詹偉勝

【摘要】 本文結(jié)合某特大橋橋位試樁情況，探索后壓漿技術(shù)，表明灌注樁后壓漿技術(shù)可以大幅度提高其承載力，加快施工進度， 提高樁基質(zhì)量的穩(wěn)定性和可靠度。

【關(guān)鍵詞】 橋梁工程 灌注樁后壓漿 試樁 檢測

前言：隨著樁基工程技術(shù)的迅速發(fā)展，后壓漿灌注樁顯出了強勁的發(fā)展勢頭，應(yīng)用范圍不斷擴大，新的注漿設(shè)備不斷開發(fā)、新的注漿工藝不斷出現(xiàn)。與此相適應(yīng)，在工程實踐中，壓力注漿的質(zhì)量控制手段不斷完善，管理水平逐步提高；在理論研究方面，對影響后壓漿灌注樁工程特性因素的認識不斷深入，對樁端壓力注漿機理的認識不斷深化，對后壓漿灌注樁承載力的計算理論和計算方法的研究不斷取得進展。

一、傳統(tǒng)鉆孔灌注樁與后壓漿灌注樁技術(shù)分析

后壓漿灌注樁技術(shù)原理是指在鉆孔灌注樁成樁并達到一定強度后，通過埋設(shè)在樁身的注漿管，將經(jīng)過計算得到一定水灰比的水泥漿壓入樁端底層。這些漿液經(jīng)過滲透、填充、壓密及固結(jié)等物理或化學形式作用，改變了樁端及其附近土體的物理力學性質(zhì)，從而提高樁的承載性。其施工工藝是：方案設(shè)計→鉆孔→下鋼筋籠→埋設(shè)注漿管→清孔→澆注混凝土→成樁→注漿。

后壓漿灌注樁技術(shù)與傳統(tǒng)鉆孔灌注樁技術(shù)比較有以下幾個方面的優(yōu)勢。

1、能夠減少樁底沉渣厚度，加固樁端持力層。在傳統(tǒng)鉆孔灌注樁清孔時，為了維持孔壁穩(wěn)定，施工時使用泥漿護壁，這樣就不可能將孔底沉渣完全清除干凈。另外，泥漿濃度不容易控制，泥漿太稀會使沉渣沖不出來，泥漿太濃則沉渣多。還有就是泥漿池未清理，使大量沉淀物被重新送回孔內(nèi)等都可以造成沉渣清理不凈。

在后壓漿灌注樁技術(shù)中，注入的水泥漿與樁端沉渣混合固化，凝結(jié)成一個強度高、化學性能穩(wěn)定的結(jié)合體，能夠減少沉渣厚度。同時，水泥漿會沿著樁端持力層的孔隙擴散和滲透，提高樁端土體密度并能有效傳遞和分擔荷載，使樁端土層強度得到明顯提高，從而提高樁端阻力。

2、能夠改善樁與土界面特征。在傳統(tǒng)鉆孔灌注樁進行樁身灌注混凝土施工時，由于灌注導管長而細，且管內(nèi)充滿泥漿，樁身混凝土在導管內(nèi)落差比較大，非常容易受到導管內(nèi)泥漿的影響而導致混凝土離析，使樁尖混凝土強度降低，造成灌注樁承載力下降。另外，護壁需要使用泥漿作護壁液，泥漿循環(huán)時在孔壁周圍形成泥皮。由于樁身混凝土與樁周土之間泥皮的存在，阻礙了樁身混凝土與樁周土的粘結(jié)，相當于在樁土間涂了一層潤滑油，不同程度地降低了鉆孔灌注樁樁側(cè)的摩阻力。

采用后壓漿灌注樁技術(shù)時，在樁端壓漿過程中，隨著壓漿量和注漿壓力的提高，水泥液會沿著樁側(cè)泥皮上滲泛出，充填樁身與樁周土體的間隙并滲入到樁周土層一定寬度范圍，漿液固結(jié)后能夠影響樁周土體，改善了樁土接觸面的條件。

3、能夠減少樁基沉降變形。在傳統(tǒng)鉆孔灌注樁施工完成時，樁身混凝土固結(jié)后，一般情況下有一定的收縮性，這樣會使樁身與樁周土體不能充分地結(jié)合在一起，降低了樁側(cè)摩阻力。

在后壓漿灌注樁技術(shù)中，在壓漿壓力作用下，樁端土層得到擠壓密實，能夠使樁端壓縮變 形部分在施工期內(nèi)提前完成，減少日后使用期的豎向壓縮變形。

二、灌注樁后壓漿技術(shù)的機理

灌注樁后壓漿技術(shù)是在樁體形成后， 由樁端和樁側(cè)的預(yù)埋管壓入水泥漿， 通過漿液的滲擴、擠密和劈裂等方式， 增大了樁體的幾何尺寸， 使樁體—水泥土—周邊土依據(jù)土層結(jié)構(gòu)條件而產(chǎn)生不規(guī)則的變化， 改善了樁與土之間的結(jié)合效果， 清除了部分泥皮， 增加了樁體與土層的受力面積， 固化樁端土層， 提高樁端承載力， 改善樁土界面， 使樁周一定范圍內(nèi)的土體得到加固， 增大樁側(cè)摩阻力， 從而大幅度提高單樁承載力和減小沉降。

1、填膠結(jié)效應(yīng)

在卵石、礫石、砂中進行后壓漿，被加固土體孔隙部分地為漿液充填， 散粒被膠結(jié)時， 土體強度和剛度大幅度提高， 當被加固體位于樁底時， 樁端阻力因擴底效應(yīng)而提高， 當被加固體位于樁側(cè)時， 樁側(cè)阻力因樁徑擴大效應(yīng)而增大。

2、加筋效應(yīng)

對黏性土、粉土進行后壓漿， 單一土體被加筋成復合土體， 復合土體的強度變形性狀， 由于加筋作用而大為改善， 同時， 壓漿過程中， 伴隨土體固結(jié)和化學硬化作用。樁頂受荷后， 樁側(cè)、樁端的復合土體能有效地傳遞和分擔荷載， 從而提高總樁側(cè)阻力和總樁端阻力。

3、固化效應(yīng)

樁周與樁端土層與壓入的水泥漿發(fā)生物理化學反應(yīng)而固化，使單位端阻力和側(cè)阻力顯著提高， 顯示固化效應(yīng)， 同時， 采用后壓漿技術(shù)不但使灌注樁的施工質(zhì)量得到穩(wěn)定的提高， 而且還有利于發(fā)揮樁側(cè)與樁端土的承載潛力， 使得單樁承載力得到較大幅度的提高， 另外， 由于后壓漿過程中對樁周及樁端土體進行了加固并預(yù)先消除了一部分土體變形， 樁基沉降量不但顯著減小， 而且沉降均勻， 并且沉降穩(wěn)定得較快。

采用后壓漿技術(shù)， 在相應(yīng)減少樁數(shù)的條件下， 建筑物總沉降量可減小30 %～ 50 %， 并可顯著減小差異沉降。地質(zhì)多砂層和卵石層， 可顯著提高單樁承載力， 這項技術(shù)在作用上直觀、可靠， 但在具體實施上要求有嚴格的管理和很強的技術(shù)支持， 如壓漿閥的制、安， 壓漿參數(shù)的選定， 壓漿過程控制等。

三、灌注樁后壓漿技術(shù)在橋梁工程中的應(yīng)用

1、工程實例

某大橋橋長530m，主跨為混凝土連續(xù)剛構(gòu)50m+2*80m+50m，橋位地處三角洲平原，局部零星分布剝蝕殘丘，橫跨三角洲平原及地方道路，地層巖土性較復雜，第四系覆蓋層厚度較大，主要由砂層、粉質(zhì)粘土及表層的耕植土、素填土組成，軟土主要為海陸交互相成因，包括淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土、粉砂夾淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土、細砂混夾淤泥等?；诪榘讏紫瞪辖y(tǒng)泥質(zhì)粉砂巖、砂巖、砂礫巖等紅色巖系，局部可見風化倒序現(xiàn)象，中風化巖面起伏較大，標高2.32～-36.22m，埋深3.40～43.20m，微風化巖面起伏大，標高13.86～-46.82m，埋深19.00～53.80m。

下部橋墩采用雙柱式墩，橋墩順橋向尺寸1.8米，橫橋向為雙柱各2米。每一個墩下設(shè)2根直徑2.2米鉆孔灌注樁，樁基按摩擦樁設(shè)計。

2、后壓漿技術(shù)方案

橋梁施工過程，為保證樁基的承載力達到要求，除了選用合理的鉆具、采用合理的工藝參數(shù)和加強質(zhì)量管理外，大橋指揮部經(jīng)過充分論證，決定使用樁底后壓漿技術(shù)，通過改善樁的承載特性，來保證樁的承載力和施工質(zhì)量的可靠度。

本大橋在試樁工程中進行了普通灌注樁和后壓漿灌注樁載荷試驗。針對主橋的試樁試驗共進行了3期，分別采用了直管后壓漿試驗和U 型管后壓漿試驗，并對鉆孔進行了取芯和CT 掃描。根據(jù)CT掃描結(jié)果，采用U管注漿，在樁頭附近形成向上的弧形擴大頭型水泥漿影響區(qū)，局部存在固結(jié)現(xiàn)象，水泥漿可上串約10m，水泥漿分布隨下覆土層性質(zhì)與地下流體變化不規(guī)則排列。采用直管注漿，在樁頭附近未形成擴大頭，水泥漿零星隨機分布深度為129～134m。由此可知，U型管壓漿方案更可靠，施工質(zhì)量更有保證。

3、壓漿參數(shù)

3.1 壓漿管布置。采用3根φ60mm普通鋼管（聲測管兼用）作為壓漿管，壓漿管均勻綁扎于鋼筋籠內(nèi)側(cè)，隨鋼筋籠下放、逐根焊緊，在下放過程中應(yīng)注入清水并檢查連接密封情況，若發(fā)現(xiàn)漏水，應(yīng)將其提出重接，確保壓漿管路密封。

3.2 壓漿量與壓漿量分配。①總壓漿量設(shè)計值為8.5t，考慮損耗實際按10.5t控制。壓漿分3次循環(huán)，每一循環(huán)的壓漿管采用均勻間隔跳壓。②壓漿量分配：第1循環(huán)為50%；第2循環(huán)為30%；第3循環(huán)為20 %。③壓漿時間及壓力控制。第1循環(huán)：每根壓漿管壓完后，間隔時間不小于2.5h，然后用清水沖洗管路；第1循環(huán)完成后3h內(nèi)進行第2循環(huán)。第2循環(huán)：每根壓漿管壓完后，間隔不小于3.5h，再用清水沖洗管路；第2循環(huán)完成后不超過6h進行第3循環(huán)。

第1循環(huán)與第2循環(huán)主要考慮壓漿量。第3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。

4、試樁后壓漿效果檢測

試樁采用自平衡載荷試驗法，對SZ4樁埋設(shè)了雙荷載箱，壓漿前對上下荷載箱均進行了試驗，壓漿后僅對下荷載箱進行試驗。自平衡載荷試驗法利用所測樁自身的反力來平衡加載力，省去了傳統(tǒng)靜壓試驗方法中龐大笨重的加載裝置，顯著提高了測試技術(shù)的效率和精度。

為了檢驗注漿效果，在注漿前后對6#平臺進行了CT檢測。結(jié)果表明：水泥漿集中分布于樁底下2～4m深度范圍內(nèi)，其向上局部分布，呈不規(guī)則形態(tài)，在樁底向上4～5m 范圍內(nèi)局部有水泥漿分布，有些水泥漿在樁底向上10m范圍仍有分布。

檢測結(jié)果表明，通過后壓漿技術(shù)極大地改善了樁的荷載傳遞特性，提高了樁的承載能力。其作用機制是未壓漿樁在樁頂荷載作用下，軸力逐漸往下傳遞，側(cè)阻力由上而下逐步發(fā)揮，待樁頂位移達到一定程度后，端阻力才開始起作用。而壓漿樁在樁端壓力作用下，對樁由下而上施加了一個預(yù)應(yīng)力，樁端土體及一定范圍的樁周土預(yù)先完成了一部分變形，使樁端阻力從一開始就參與作用，從而較充分地發(fā)揮土體的強度，可大幅提高承載力和減少沉降，并依照先樁側(cè)后樁端的順序注入一定量的純水泥液，固結(jié)樁端沉渣和樁身幾個斷面層附近的泥皮，增大了樁底和樁周土體的強度，使樁端阻力和樁側(cè)摩阻得到大幅度提高，這樣便改變了樁的受力類型，從摩擦型灌注樁轉(zhuǎn)化為摩擦端承樁或端承摩擦樁。

5、后壓漿技術(shù)與未采用該技術(shù)的對比分析

采用后壓漿技術(shù)，極限承載力測試值是壓漿前的1.48～2.0倍，壓漿后端阻力是壓漿前的2.46～7.21倍。樁端壓漿不僅可提高樁端阻力，還可改善樁周土和樁土接觸面的性質(zhì)，使樁周摩阻力也得到提高，并成為摩阻力提高的主要原因。本大橋壓漿前，側(cè)阻力占總極限荷

載的85.77%～93.04%，壓漿后側(cè)阻力比例為77.86%～65.33%。側(cè)阻力增量對樁極限承載力的貢獻為56%～88%。在粗砂土層中采用后壓漿技術(shù)后，樁的極限承載力測試值是壓漿前的1.68倍，側(cè)阻力增量占總增量比例為81%；在粉細砂中，樁的極限承載力測試值平均值是壓漿前的1.65倍，側(cè)阻力增量占總增量比例為70%，即在粗粒土層中采用后壓漿技術(shù)，對提高鉆孔灌注樁承載力的效果比在細粒土層中的更明顯。

結(jié)束語：

后壓漿技術(shù)在橋梁工程大直徑鉆孔灌注樁中已得到較為廣泛的應(yīng)用， 施工簡便、效果明顯。按照大鉆孔灌注樁經(jīng)后壓漿技術(shù)設(shè)計規(guī)定的壓漿量和壓力進行，可提高其承載力在40%以上，不僅能降低工程造價， 操作也比較簡單易行，還可以加快施工進度， 提高樁基質(zhì)量的穩(wěn)定性和可靠度。

參考文獻：

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[2]龔楚湘.鉆孔灌注樁后壓漿技術(shù)效果的機理分析[J].科技情報開發(fā)與經(jīng)濟，2005.