■邱嘉鵬

(福建省交通規(guī)劃設(shè)計院，福州 350004)

樁底后壓漿技術(shù)為近年來工程界迅速發(fā)展并廣泛應(yīng)用的新技術(shù)，以其廣泛的適用性和便捷的施工方式成為樁基處理的重要技術(shù)手段。在2007 年9 月29 日發(fā)布的《公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》 (JTG D63—2007)中就已經(jīng)加入了后壓漿灌注樁的承載力修正計算的內(nèi)容，無疑對后壓漿技術(shù)的規(guī)范和推廣具有極其重要的意義。下文在對后壓漿技術(shù)的原理進行分析的基礎(chǔ)上，針對目前常見的壓漿構(gòu)造提出改進的方案，并介紹改進方案在高速公路擴建中的應(yīng)用。

1 樁端壓漿的基本原理

樁端壓漿是利用樁底(或樁周)小主應(yīng)力分布規(guī)律和劈裂壓漿原理，利用壓漿液的壓力有控制性地將樁底(樁周)地基巖土劈開，注入適宜的漿液，通過樁與巖土互壓和漿液析水使樁底(樁周)巖土體發(fā)生濕陷固結(jié)、膠結(jié)固結(jié)等作用，形成的漿脈充填于孔隙、裂隙中，達到擠密壓實的目的。漿脈厚度、擴散寬度隨樁底(樁周)地層情況和底部應(yīng)力分布自行調(diào)整，使應(yīng)力再分配，從而改善樁底(樁周)地基的內(nèi)部應(yīng)力狀態(tài)，有效地改善和提高樁底地基巖土的穩(wěn)定性和承載力。

2 樁端壓漿的作用

2.1 提高樁端承載力

樁端壓漿通過樁與巖土互壓和漿液析水使樁底巖土體發(fā)生濕陷固結(jié)、膠結(jié)固結(jié)等作用，形成的漿脈充填于孔隙、裂隙中，達到擠密壓實的目的。漿脈厚度、擴散寬度隨樁底地層情況和底部應(yīng)力分布自行調(diào)整，使應(yīng)力再分配，從而改善樁底地基的內(nèi)部應(yīng)力狀態(tài)，有效地改善和提高樁底地基巖土的穩(wěn)定性和承載力。根據(jù)樁底土層的不同，《公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》 (JTG D63—2007)第5.3.6 條對樁端阻力增強系數(shù)βP 給出了參考值(見表1)?？梢妼︻w粒越大、孔隙率越大的土層，樁端壓漿的效果越明顯；對黏性土則效果較差。

表1 樁端阻力增強系數(shù)βP

2.2 提高樁側(cè)摩阻力

對于采用泥漿護壁的灌注樁，注入樁端的水泥漿液，在壓力作用下，漿液會在樁端以上一定高度范圍內(nèi)(8～12m)沿著樁土間上滲，通過滲透、劈裂、充填、擠密和膠結(jié)作用，填充樁身與樁周遍土體的空隙，并滲入樁周土體一定寬度范圍，在樁周形成脈狀結(jié)石體，從而使樁側(cè)摩阻力大幅度提高。根據(jù)樁底土層的不同，《公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》 (JTG D63—2007) 第5.3.6 條對樁端阻力增強系數(shù)βs 給出了參考值(見表2)?？梢姡瑯抖藟簼{對樁側(cè)摩阻力的增強效果與樁端阻力具有一樣的規(guī)律，即對顆粒和孔隙大的土層效果更佳。

表2 樁側(cè)阻力增強系數(shù)βs

2.3 改善樁底沉渣的不利影響

樁底沉渣的存在因其強度低嚴重影響樁端承力的發(fā)揮，樁端沉渣與注入的水泥漿液發(fā)生物理化學(xué)反應(yīng)固化，凝結(jié)成強度高、性能穩(wěn)定的結(jié)石體，提高樁端阻力。

2.4 減少樁基的工后沉降

在灌漿壓力作用下，樁底持力層受到預(yù)壓應(yīng)力，使一部分樁端壓縮變形在樁基施工期內(nèi)提前完成，減少后期使用階段的豎向壓縮變形。

3 樁端后壓漿的管道結(jié)構(gòu)

3.1 傳統(tǒng)樁端壓漿管道的構(gòu)造

傳統(tǒng)的樁端后壓漿所用的管道多為直管型，單向進漿，頂端設(shè)止逆閥，底端用鋼板焊接密封，底部為側(cè)面打孔的花管段(見圖1)，花管段多采用膠帶包扎后隨鋼筋籠一同放入打好的樁基孔中。待樁基強度達到75%時，采用高壓水(2～4MPa)沖開膠帶，將符合要求的水泥漿壓入。

圖1 傳統(tǒng)壓漿管道構(gòu)造圖

但這種直管型壓漿管在實際應(yīng)用中卻出現(xiàn)了諸多問題，具體表現(xiàn)在：

(1)花管段插入樁底沉渣，沉渣固結(jié)后容易堵住花管的孔洞。

(2)壓漿管在施工中容易被砂石堵塞，而單向直管又無法將砂石掏出，只能將砂石壓入底部花管段，徹底堵住管道。

(3)壓漿管若由于接頭破裂等原因出現(xiàn)漏漿，施工者無法識別，無法采取補救措施。

(4)單向壓漿，沖開膠帶時使用的大量清水與剛開始時較稀的水泥漿也被壓入土層中，容易沖刷形成空洞，反而不利于承載力提高。

以上缺點導(dǎo)致采用傳統(tǒng)壓漿管道構(gòu)造的樁基在施工中極容易堵管和漏漿，壓漿效果受到極大影響，成功率不高。

3.2 改進后的壓漿管道構(gòu)造

針對傳統(tǒng)樁端壓漿管道的上述缺點，可采用如下改進措施，改進后的壓漿管道構(gòu)造見圖2～圖4：

3）道路綠化帶宜疏密相間，在路外有重要景觀節(jié)點，不宜過多用道路景觀進行遮擋，保證駕駛?cè)嗽谛旭傔^程中能同時能享受豐富的沿江風(fēng)光。

(1)將直管型的壓漿管道改成U 型壓漿管道。U 型管道無論在壓漿前還是壓漿中，都可以進行管道的清洗，并可待管道中的水泥漿濃度達到要求后再增加壓力進行壓漿。對管道壓力的控制更加準確。此外，U 型管道在管道出現(xiàn)漏漿的情況時出水口壓力會顯著降低，從而識別漏漿，可及時停止對應(yīng)管道的壓漿作業(yè)，防止漏漿對樁體進一步破壞。

(2)將豎直的花管放置在U 型管的底部，變?yōu)樗较蚍胖?，可以增加花管與土體的接觸面積，提高壓漿的效率。

(3)放置鋼筋籠和壓漿管之前，在樁孔底部灌入一層礫石，壓漿管放入之后再灌入一層。保證花管段不被泥漿和沉渣堵塞，同時成為為管道和土層間的緩沖和擴散層。礫石也會在水泥漿灌入后密結(jié)成型，有利于提高樁基的端部承載力。

圖2 改進后的壓漿管道構(gòu)造圖(底部平面)

圖3 改進后的壓漿管道構(gòu)造圖(立面)

圖4 改進后的花管(端部壓漿器)構(gòu)造圖

4 改進型壓漿管在公路擴建工程中的應(yīng)用

4.1 工程概況

高速公路擴建中不可避免地遇到橋梁的加寬。因為橋梁直接橫向拼接加寬對比新建一座平行的橋梁具有更大的行車靈活性，所以成為橋梁擴建的主要方式之一。新舊橋梁結(jié)構(gòu)的橫向拼接對新橋的工后沉降具有較高的要求。而在東南沿海地區(qū)，基巖往往埋藏很深，按承載力設(shè)計的橋墩往往都為摩擦樁。舊橋的沉降已經(jīng)基本完成，新橋如果也采用普通摩擦樁顯然會造成較大的工后沉降差異，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)開裂，甚至破壞，而所有新建橋梁均采用端承樁形式會造成很大的浪費。

在某沿海地區(qū)高速公路擴建工程中，成功采用后壓漿技術(shù)解決了摩擦樁工后沉降偏大的問題。該工程中一座特大橋，引橋35～40 號墩的地質(zhì)如下：1～15m 為中砂；16～50m 為殘積黏性土；50～60m 為砂土狀強風(fēng)化花崗巖。橋墩樁基根據(jù)承載力確定的長度為53m?？紤]到樁底沉渣的影響，估計此樁基的工后沉降在5～8cm 左右。故采用改進后的樁端壓漿技術(shù)進行處理。

4.2 壓漿材料要求

漿液水灰比應(yīng)根據(jù)土的飽和度和滲透性進行確定。對于飽和土宜為0.5～0.7，對于非飽和土宜為0.7～0.9(松散碎石土、砂礫宜為0.5～0.6)；低水灰比漿液宜摻加減水劑；地下水流動時，應(yīng)摻入速凝劑。

水泥漿性能要求為：初凝時間3～4h，稠度17～18s；7d 強度≥10MPa。外加劑中U 型微膨脹劑(≤5%)，膨潤土(≤5%)。

漿液進入儲漿桶時必須用16 目紗網(wǎng)進行2 次過濾，防止雜物堵塞壓漿孔及管路。漿液最終配方必須通過現(xiàn)場試配確定，確認達到性能指標后，再付諸使用。

4.3 施工工藝

在樁基施工完成后利用U 形管回路進行樁底壓漿。澆筑樁基混凝土前，應(yīng)將管道灌滿水，上口用塞子堵死，以防漏漿。為確保U 型管貼近樁底，在鋼筋籠末端設(shè)置電測觸底裝置。鋼管接頭采用專用接箍套接焊，管內(nèi)應(yīng)注入清水進行密封性試驗，確保其不漏水，使其達到高壓注漿要求。

壓漿時需保證單向出漿。管道于安裝前應(yīng)進行清洗，以清除管內(nèi)雜物。具體操作為打開回路的出漿閥，先排出注漿管內(nèi)的清水，當(dāng)出漿口流出的漿液與進口漿液的濃度相同時，關(guān)閉出漿閥開始注漿。

壓漿總體控制原則為實行壓漿量與壓力雙控。壓漿分三次循環(huán)：

(1)第一循環(huán)，每根壓漿管壓完后，間隔時間不小于2.5h，不超過3h 進行第二循環(huán)，壓漿量為40%；

(2)第二循環(huán)：每根壓漿管壓完后，間隔不小于3.5h，不超過6h 進行第三循環(huán)，壓漿量為40%；

(3)第三循環(huán)：壓漿量為20%。

為防止(減少)堵管，每一循環(huán)結(jié)束應(yīng)對各管路壓水清洗。第一循環(huán)與第二循環(huán)主要考慮壓漿量。第三循環(huán)以壓力控制為主。若注漿壓力達到控制壓力，并持荷5min，注漿量達到80%，也滿足要求。樁端壓漿終止壓力根據(jù)土層性質(zhì)、壓漿點深度確定。對于風(fēng)化巖，非飽和黏性土、粉土，宜為5.0～10.0MPa；對于飽和土宜為1.5～6.0MPa；軟土取最低值，密實土取高值。壓漿量不宜超過75L/min。

采用改進后的壓漿管道設(shè)計和以上壓漿施工工藝的樁基在施工中幾乎沒有出現(xiàn)堵管現(xiàn)象，現(xiàn)場施工進展相當(dāng)順利。樁基在達到壓漿壓力時均有少量的上拔(1～2mm),樁基承載力試驗發(fā)現(xiàn)承載力平均有32%的提高，沉降量均小于12mm。遠遠超過設(shè)計目標，取得了較好的效果。

5 結(jié)束語

樁底后壓漿技術(shù)能夠改善樁端持力層和樁周土條件，提升樁端承載力和樁側(cè)摩阻力，改善樁荷載傳遞性能，使樁基的綜合承載力得到大幅度提高并降低樁基礎(chǔ)沉降量。在實際工程中運用樁底后壓漿技術(shù)，可以縮短樁的設(shè)計長度，取得明顯的經(jīng)濟效益。在將來的工程中必將得到更多的關(guān)注和更廣泛的應(yīng)用。

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[4]JTG D63-2007,公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范[S].