樁底復合式后壓漿樁基承載機理和施工工藝研究

王鑫玥

（山西省智慧交通研究院有限公司，山西太原 030032）

隨著交通強國建設的不斷推進，山區公路建設將不可避免地出現大量橋梁樁基工程。土質山區橋梁樁基多采用摩擦型鉆孔灌注樁，成孔時機械振動及開挖對周圍土層產生擾動，應力釋放導致樁周出現一定范圍的松軟土，同時樁底沉積大量虛渣，難以清除，使得樁基側摩阻力和樁端阻力難以得到有效發揮，極大影響樁基承載性能[1]。設計時出于安全考慮多采用大直徑長樁或超長樁，導致混凝土、鋼材等高耗能材料用量大、工程造價高、施工難度大、碳排放量多，不符合綠色低碳公路建設理念。

為改善樁基受力特性，通常在樁基灌注后采用后壓漿技術進行補強[2]。目前相關規范[3-4]中的主要技術是開式注漿，即直接將漿液壓入周圍土層，通過漿液和土層的膠結固化作用，改良樁周土層性質，提高樁側摩阻力和樁端阻力。閉式注漿采用較少，主要通過樁端膠囊膨脹擠壓樁底虛土，提升樁端承載力。本文提出一種樁端復合式后壓漿技術[5-6]，該技術繼承了開式注漿和閉式注漿的優點，同時克服了兩種注漿方式的缺點，通過“開式-閉式-開式”3 次復合式注漿，實現漿液的靶向精準注入，顯著提升樁基承載力。

本文以山西在建汾陽至石樓高速公路工程為依托，首先分析樁基后壓漿技術形式及相應的作用機理，然后通過現場復合式后壓漿樁基靜荷載試驗研究該技術對樁基承載力的提升效果，最后提出適用于該技術的施工工藝，相關研究成果可為類似工程提供參考。

1 樁基后壓漿形式及作用機理

現有樁基后壓漿技術主要包括開式注漿、閉式注漿和復合式注漿。

1.1 開式注漿技術

開式注漿是當前采用最為廣泛的后壓漿方式，如圖1 所示，通過壓漿管直接將漿液注入周圍土層。該技術簡單可行，操作方便，應用成熟。但由于地層孔隙分布的不規律，其注漿區域可控性低，漿液在高壓作用下沿砂、土、碎石層中的裂隙四處亂竄，漿液流失問題突出，導致注漿穩定性較差，注漿后樁基承載力離散性大，部分樁基承載力提升明顯，部分卻難以達到理想的注漿效果，承載力提升效果微弱。

圖1 開式注漿技術

1.2 閉式注漿技術

樁底閉式是在鋼筋籠底部安裝圓形鋼板膠囊，如圖2 所示。鋼板膠囊上開設有注漿通孔，注漿管通過注漿通道直接與膠囊內部連通，灌注樁成樁后通過注漿管向樁基底部鋼板膠囊內注漿，高壓漿液使膠囊膨脹，擠壓樁端土層，形成樁底擴大頭，類似于給癟胎充氣。該技術可以壓密樁端土層，消除樁底沉渣，形成擴大頭，進而提高樁基承載力。然而由于鉆孔中充滿泥漿，底部裝有鋼板膠囊的鋼筋籠在下放孔底的過程中猶如實心活塞，泥漿只能從鋼板膠囊和樁孔側壁之間的縫隙上返，下部漿液產生較大向上反力，極大阻礙鋼筋籠的下放過程，并且鋼板膠囊沉入樁底后，孔底沉渣二次清孔困難，因此該技術在實體工程中應用較少。

1.3 復合式后注漿技術

樁底復合式后壓（注）漿技術（圖3）是在鋼筋籠底部安裝帶有4 根注漿管的鋼板膠囊，通過“外-內-外”3次復合式注漿，實現對漿液“定域、定量、定向”的有效控制和約束，將漿液主要集中在樁底發揮作用，進而極大提高樁端承載力。鋼板膠囊采用中空環形，上面設置有U 型提手、開式注漿管和閉式注漿管，如圖3a 所示。中間孔洞的作用主要是在鋼筋籠下放時，方便泥漿通過孔洞向上排出，使鋼筋籠較容易下放至孔底，同時可通過中間孔洞對樁底進行二次清渣。

圖3 復合式注漿技術

樁底復合式后壓漿技術的作用機理可歸納為以下幾個方面：

a）利用水泥漿的鈣化膠結作用，消除孔底沉渣，減小樁的沉降變形量，提高樁的承載力。

b）通過復合式注漿對樁底周圍地層進行了壓密固結和化學膠結鈣化，使樁底地層強度顯著提高，地層的極限承載力提高。

c）形成樁端擴大頭，增加了樁端的支承面積，使摩擦樁轉變為摩擦端承樁。

d）通過對樁端土體的擠密作用，使樁端附近土體對樁體產生握裹作用，同時漿液上返使樁體下部樁側摩阻力增加。

2 現場靜載試驗

2.1 工程概況

汾陽至石樓高速公路是山西省“四縱十五橫三十三聯”高速公路網調整規劃第九橫的重要組成部分，該項目與國家高速公路網青銀線相接，具體位置如圖4所示。該項目路線全長82.364 km，其中橋梁總計55座，總長19 245.5 m。其中特大橋2 座，總長2 236 m；大中橋51 座，總長16 968.5 m；小橋2 座，總長41 m。汾石高速橋梁樁基樁端普遍坐落于密實度較大、孔隙率較小的粉土層或黏土層中，原設計為大直徑長摩擦樁，樁長多在40～70 m 之間，樁徑多為1.5 m 或1.8 m。樁基工程規模較大，將消耗大量的人力、物力來建設。為降低工程造價，減少資源消耗，擬采用樁底復合式后壓漿技術提升樁基承載力。

圖4 汾石高速項目

2.2 靜載試驗

為給設計變更提供依據，需開展現場樁基靜載試驗，研究該技術在粉土層和黏土層中的加固效果。試樁地點位于汾石高速聶生村大橋和S340 跨線橋，如圖5 所示。兩處橋址各施作3 根試樁，均為2 根采用復合式后壓漿，1 根不注漿進行對比。試樁長度均為30 m，聶生村大橋試樁樁徑1.5 m，樁端坐落在粉土層中，S340 跨線橋試樁樁徑1.8 m，樁端坐落在黏土層中。

圖5 汾石高速橋梁樁基復合式后壓漿基樁靜載試驗

通過現場靜載試驗，得出在粉土和黏土地層中，采用樁端復合式后壓漿可提高樁基承載力1.4～1.7 倍，漿液上返影響深度約8 m，說明該技術在上述兩種地層中應用較好。通過該次試樁為汾石高速橋梁灌注樁樁基變更設計提供參考和依據，推動了該技術在汾石高速中的落地應用，降低了樁基工程造價，縮短了工期，提高了工程建設質量。

3 樁端復合式后壓漿施工工藝

樁底復合式后壓漿施工工藝流程如圖6 所示。其中鋼筋籠與鋼板膠囊現場焊接流程包括：將底部4 根注漿管等間距布設在底節鋼筋籠側壁上，并采取一定的固定措施；將鋼板膠囊平放于地面上，放底面應找平，不應有坡度或坑洼；用起重機豎直吊起底節鋼筋籠，移至鋼板膠囊上方；將底段注漿管插入鋼板膠囊上的注漿孔，并進行接口焊接，焊縫應飽滿、連續，確?；炷凉嘧r不進漿，壓漿時不漏漿；將鋼板膠囊上的提手與鋼筋籠主筋焊接，焊接過程應注意保護膠囊，避免焊渣掉落燒穿膠囊。

圖6 復合式后壓漿施工流程圖

施工過程中應注意鋼板膠囊一定要下到孔底，讓膠囊與孔底沉渣和虛土緊密接觸，鋼板膠囊不允許懸空，否則膠囊和開式注漿管出漿口被灌注混凝土包裹，后壓漿時將難以打開注漿管和膠囊，膠囊不能有效膨脹壓縮樁端土層，最終導致復合式后壓漿作用失效。后注漿應在樁基完整性檢驗合格后進行，如鋼板頂面有過厚渣土堆積則視為斷樁，需根據情況處理后再進行后注漿，處理措施可采用樁身或樁側鉆孔對渣土堆積段進行注漿補強。后壓漿過程中，第一次開式、閉式、第二次開式注漿量宜分別為注漿總量的40%、20%和40%，注漿過程中應注意觀測樁頂上抬量，采用“細流慢注、間歇注漿”的方式進行，避免樁基在高壓作用下產生過大上抬。

4 結論

本文依托在建汾陽至石樓高速公路工程，開展樁端復合式后壓漿技術承載機理和施工技術研究，得到如下結論：

a）樁端復合式后壓漿作為一種新型樁基后壓漿技術，克服了開式注漿和閉式的缺點，通過3 次復合注漿，可顯著提升樁基承載性能。

b）現場試樁表明，針對汾石高速橋梁樁基樁端持力層為黏土層和粉土層時，采用復合式后壓漿技術樁基承載力可提升1.4～1.7 倍。

c）施工過程中應注意鋼板膠囊與鋼筋籠的連接，確保連接可靠；同時注意鋼板膠囊放置于孔底，不得懸空；注漿過程中應注意注漿壓力的控制和注漿量的分配，同時關注樁頂位移。