羅國龍，田 龍，李華龍，龍 剛，劉 剛，張志偉，代子洲，郭弘鵬，盧慧忠

(中建三局集團(tuán)有限公司，陜西 西安 710065)

0 引言

隨著我國高層建筑、大型橋梁等工程的興建，鉆孔灌注樁具有承載力高、施工方便、工期短、造價低、施工可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，在結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)工程中被廣泛應(yīng)用。但鉆孔灌注樁由于施工期間需泥漿護(hù)壁，樁端往往存在孔底沉渣和樁周泥皮，地層土壤中也存在孔隙導(dǎo)致土壤有一定壓縮性，從而導(dǎo)致樁底不密實(shí)，使得鉆孔灌注樁的實(shí)際承載力低于設(shè)計(jì)預(yù)期且具有較大提升空間和注漿提升必要性，因此目前業(yè)界普遍采用后壓漿技術(shù)提高樁基承載力。

西安奧體大橋?yàn)?021年第十四屆全運(yùn)會配套工程，其橋梁主塔為高達(dá)123m的空間異形結(jié)構(gòu)，承受荷載較大且受力復(fù)雜，設(shè)計(jì)在主塔樁基上使用后壓漿技術(shù)，并要求壓漿閥具有防堵、防串漿等功能，目的是確保樁基承載力得到有效提高，縮短樁長，降低造價，同時減小基礎(chǔ)在河道內(nèi)的施工難度。該工程沿線地質(zhì)主要是砂土，樁基持力層更是中粗砂和礫砂等，按JTG 3363—2019《公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》中第6.3.4條，砂土地基尤為適合采用樁基后壓漿技術(shù)，其樁側(cè)承載力提高系數(shù)達(dá)2倍左右。此舉可大大縮短樁長，降低河道內(nèi)深樁基的施工難度和成本。

然而，傳統(tǒng)的鉆孔灌注樁后壓漿技術(shù)由于壓漿閥不具備防堵、全方位出漿及定壓打開、卸壓關(guān)閉等功能，實(shí)際壓漿施工過程中，鋼筋籠自重導(dǎo)致壓漿閥被壓入沉渣底部并擠死底部出漿口而造成堵塞，使得壓漿無法完成。另外，由于常規(guī)壓漿閥及其工藝無法實(shí)現(xiàn)定壓打開、卸壓關(guān)閉功能，實(shí)際施工過程中往往存在低于設(shè)計(jì)壓力施工、偷工減料等行為。同時，不同壓漿管間存在串漿、漏漿問題，導(dǎo)致漿料壓力不足，無法完全填充樁端附近空隙，樁基承載力得不到足夠提升。

為解決上述不足，西安奧體大橋?qū)σ环N新型定壓開關(guān)防堵式壓漿閥進(jìn)行了研究與應(yīng)用，并形成了有實(shí)用價值、同類型橋梁首創(chuàng)的施工工藝和施工經(jīng)驗(yàn)(見圖1)。

圖1 西安奧體大橋主墩樁基效果

1 新型定壓開關(guān)防堵式壓漿閥工作原理

鉆孔灌注樁成樁后，安裝、調(diào)試壓漿泵、壓漿管、新型定壓開關(guān)防堵式壓漿閥。壓漿時，合理控制壓力、持荷時間，使壓漿泵中的漿液通過漿液輸送管輸送到閥體時，漿液會先在閥蓋積聚，形成一定的壓強(qiáng)后，漿液會推動閥蓋向下打開，彈簧被壓縮；同時，閥蓋的中軸下壓，下銷釘沿內(nèi)軸的弧形孔向下移動，帶動內(nèi)套筒旋轉(zhuǎn)，從而使得外套筒底與內(nèi)套筒底出漿孔重合，外套筒側(cè)與內(nèi)套筒側(cè)出漿孔重合，漿液流出；當(dāng)漿液灌滿樁底縫隙后，閥蓋上下壓差逐步減小，彈簧逐漸回彈，內(nèi)套筒旋轉(zhuǎn)回原來位置，閥體關(guān)閉，從而壓漿達(dá)到設(shè)計(jì)量，使灌注樁承載力達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

其中，該壓漿閥底部和側(cè)壁的出漿孔不會完全密封，如果在灌漿前閥體內(nèi)滲入漿液，漿液便會在重力和土層吸附力作用下從出漿孔間的間隙排出，解決了閥體內(nèi)存在漿液導(dǎo)致壓漿閥內(nèi)外壓強(qiáng)差變小，彈簧達(dá)不到可壓縮強(qiáng)度，閥蓋不打開的問題；該壓漿閥采用內(nèi)置花口旋開，可避免常規(guī)壓漿閥由于鋼筋籠自重壓制導(dǎo)致的無法開啟問題；同時，該壓漿閥內(nèi)套筒底部開設(shè)有內(nèi)套筒出漿孔，側(cè)壁上開設(shè)有內(nèi)套筒側(cè)出漿孔；外套筒底部開設(shè)有外套筒出漿孔，側(cè)壁上開設(shè)有外套筒側(cè)出漿孔，使得壓漿方向更多元(見圖2，3)。

圖2 定壓開關(guān)防堵式壓漿閥結(jié)構(gòu)示意

圖3 定壓開關(guān)防堵式壓漿閥實(shí)際效果

在施工中，該壓漿閥可充分利用聲測管進(jìn)行鉆孔灌注樁的后壓漿施工，只有在聲測管中的漿液在閥蓋上達(dá)到一定壓強(qiáng)后，彈簧才會開始壓縮，通過測量聲測管中漿液的壓強(qiáng)值是否達(dá)到彈簧的壓縮強(qiáng)度，可防止施工中少灌漿或不灌漿等偷工減料現(xiàn)象發(fā)生，保證樁的質(zhì)量和承載力。當(dāng)漿液灌注到壓漿閥中，在高壓和重力作用下，漿液會推動壓漿閥的閥蓋向下移動，帶動內(nèi)套筒轉(zhuǎn)動后使得底部出漿孔順利打開，這些漿液經(jīng)過滲透、填充、置換、劈裂、壓密及固結(jié)等物理或化學(xué)形式單獨(dú)或共同作用，形成一個密實(shí)的結(jié)實(shí)體，改善了樁-土界面條件，使樁的承載力和樁側(cè)阻力得到不同程度的提高，樁的沉降得以減小，大大提高鉆孔灌注樁的樁基承載力，有效減小樁的沉降量，進(jìn)而解決沉渣、泥皮等工程通病。

2 新型定壓開關(guān)防堵式壓漿閥研究與應(yīng)用

2.1 現(xiàn)場施工工藝流程

根據(jù)現(xiàn)場條件，初步確定新型定壓開關(guān)防堵式壓漿閥現(xiàn)場使用工藝流程，指導(dǎo)現(xiàn)場有序施工：制作加工→隨機(jī)抽取試件→試件現(xiàn)場同條件測試→現(xiàn)場安裝→現(xiàn)場施工。

2.2 現(xiàn)場實(shí)施應(yīng)用

2.2.1試件現(xiàn)場同條件測試

在工廠批量加工前，應(yīng)該對試件進(jìn)行抽檢，現(xiàn)場按施工方案在施工同等條件下進(jìn)行試驗(yàn)，即對壓漿閥用注漿機(jī)注水進(jìn)行壓力試驗(yàn)，工作壓力取3.0～6MPa。通過試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行壓漿閥結(jié)構(gòu)、施工安排分析優(yōu)化，以保證后期施工質(zhì)量與效率。

2.2.2現(xiàn)場安裝、驗(yàn)收

現(xiàn)場安裝時，樁端注漿用聲測管作為注漿管，將其綁扎在鋼筋籠內(nèi)側(cè)隨鋼筋籠下入孔底。本工程樁徑2.5m，設(shè)4根聲測管，呈十字交叉型。新型壓漿閥上套筒頂部通過螺紋與聲測管相連，聲測管與漿液輸送管一端相連；漿液輸送管的另一端與壓漿泵相連，因本工程樁基檢測管兼后壓漿管，鋼筋籠焊接時要保證各項(xiàng)要求到位，同時必須保證壓漿閥比鋼筋籠端部多出30cm，并保證壓漿閥和聲測管的絲口與牙具制作達(dá)到設(shè)計(jì)要求。同時，檢查壓漿閥外部孔洞處貼的防漏膠布是否完整，以免因混凝土灌注而將洞口堵塞影響壓漿效果，如圖4所示。

圖4 安裝示意與現(xiàn)場效果

現(xiàn)場安裝完畢后，應(yīng)組織各參建方進(jìn)行實(shí)體安裝驗(yàn)收，項(xiàng)目技術(shù)部定期做好技術(shù)復(fù)核工作，確保新設(shè)備、新工法按施工方案合理施工，保證施工質(zhì)量。

2.2.3現(xiàn)場實(shí)施研究應(yīng)用

1)漿液配制 ①壓漿水泥 采用P·O42.5級普通硅酸鹽無結(jié)塊的雙檢水泥。②強(qiáng)度要求 7d強(qiáng)度≥10MPa。③水泥漿性能要求 漿液的水灰比0.5～0.7，隨著壓漿的進(jìn)程先稀后濃；初凝時間為 3～4h，稠度12～15s。④嚴(yán)格控制漿液配合比，攪拌時間≥2min，漿液進(jìn)入儲漿桶時必須用16目紗網(wǎng)進(jìn)行2次過濾并對聲測管進(jìn)行注水沖洗，防止雜物堵塞壓漿孔及管路。⑤外加劑 摻入一定量的微膨脹劑(配合比根據(jù)試驗(yàn)確定)，確保漿體無收縮。本工程在制漿過程中正值冬天，發(fā)現(xiàn)氣候?qū)χ茲{具有較大影響，通過總結(jié)，當(dāng)制漿氣候冷時，需將水泥漿的溫度控制在5℃以上，以避免將冰、雪等摻入混合材料。另外，如果制漿氣候炎熱，則需將漿料溫度控制在40℃以內(nèi)，并做好防熱防曬工作。從混合到使用水泥漿的時間必須在4h內(nèi)控制。如果有大量灌漿且集中，則建議建立1個制漿站以實(shí)現(xiàn)集中制漿和傳輸。

2)持續(xù)時間 5min。

3)壓漿流量 宜≤75L/min。

現(xiàn)場施工時，實(shí)行壓漿量與壓力雙控，以壓漿量(水泥用量)控制為主、注漿壓力控制為輔。若注漿壓力達(dá)到控制壓力，并持荷5min，同時達(dá)到設(shè)計(jì)注漿量的80%，也可認(rèn)為滿足了設(shè)計(jì)要求。

4)出現(xiàn)下列情況之一時應(yīng)改為間歇注漿，或調(diào)低漿液水灰比：①注漿壓力長時間低于正常值；②地面出現(xiàn)冒漿或周圍樁孔串漿。

5)每根壓漿管在每一循環(huán)過程中必須保證壓漿施工的連續(xù)性，壓漿停頓時間>30min，應(yīng)對管路進(jìn)行清洗。

6)為減少管路系統(tǒng)對注漿壓力的損失，注漿泵與注漿孔口距離宜≤30m，并確保注漿過程中注漿管路不發(fā)生彎折。

7)按本工程施工經(jīng)驗(yàn)，注漿前要用清水(高壓)打通通道，注水暢通后再注水泥漿。壓漿前需檢查設(shè)備是否正常運(yùn)轉(zhuǎn)，檢查攪拌好的水泥漿稠度與初凝、終凝時間及配制的水泥漿是否滿足壓漿需要。

2.2.4應(yīng)用過程中各種工況解析

1)壓力逐漸上升，但達(dá)不到設(shè)計(jì)要求的壓力 這可能是漿液在黏土中形成脈狀劈裂滲透，或漿液濃度低、膠凝時間長，或部分漿液溢出。

2)壓漿開始后壓力不上升，甚至離開初始壓力值呈下降趨勢 這可能是漿液外溢。

3)壓力上升后突然下降 這可能是漿液從注漿管周圍溢走，或注速過大，擾動土層，或遇到空隙等薄弱部位。

4)壓力上升很快，而速度升不上去 這表明土層密實(shí)或膠凝時間短。

5)壓力有規(guī)律上升，即使達(dá)到容許壓力，壓漿速度也變化不大 這表明壓漿成功。

6)壓力上升后又下降，而后再度上升，并達(dá)到預(yù)定的要求值 這可認(rèn)為是第3種情況的空隙部位已被漿液填滿，這種情況也成功。

3 數(shù)據(jù)分析及研究

為充分驗(yàn)證該新型定壓開關(guān)防堵式壓漿閥的施工效果，結(jié)合本工程施工經(jīng)驗(yàn)和研究成果，選取相同地質(zhì)的西安地鐵16號線一期工程土建施工項(xiàng)目標(biāo)段五鉆孔灌注樁工程進(jìn)行應(yīng)用研究，并進(jìn)行橫向數(shù)據(jù)對比及分析，得出如下結(jié)論：該新型定壓開關(guān)防堵式壓漿閥施工效果良好，能有效避免傳統(tǒng)壓漿閥的各項(xiàng)弊端，起到防堵、防串漿作用，進(jìn)而確保樁基承載力得到有效提高，縮短樁長，降低造價，同時減小基礎(chǔ)在河道內(nèi)的施工難度。部分試驗(yàn)檢測數(shù)據(jù)及結(jié)果如表1所示。

表1 樁基參數(shù)

1)承載力試驗(yàn) SZ1-1，SZ1-2在終止荷載8 800kN 作用下未發(fā)生破壞，Q-s曲線呈緩變型；SZ1-3在終止荷載10 120kN作用下，試樁發(fā)生破壞，最終沉降量>40.0mm，Q-s曲線出現(xiàn)陡降段，沉降持續(xù)增大，且不能穩(wěn)定。因此，可認(rèn)為在試驗(yàn)條件下，SZ1-1，SZ1-2，SZ3-3的單樁豎向抗壓承載力極限值分別可取8 800，8 800，9 680kN,其特征值分別可取4 400，4 400，4 840kN。沉降數(shù)據(jù)如表2所示。

表2 沉降數(shù)據(jù) mm

2)樁身應(yīng)力測試 單樁豎向抗壓靜載試驗(yàn)期間，對樁身進(jìn)行了測試，根據(jù)測試結(jié)果，得到的樁身側(cè)阻力與樁端阻力實(shí)測值如表3所示。

表3 樁身側(cè)阻力與樁端阻力實(shí)測值

4 結(jié)語

1)通過運(yùn)用此新型定壓開關(guān)防堵式壓漿閥，進(jìn)一步克服傳統(tǒng)壓漿閥的各種缺陷，大大提高了鉆孔灌注樁的樁基承載力，有效減小樁的沉降量，進(jìn)而解決了沉渣、泥皮等工程通病；也無須增大鉆孔灌注樁的樁長和直徑，在保證承載力的要求下甚至可減少樁基數(shù)量；并能充分利用聲測管進(jìn)行鉆孔灌注樁的后壓漿施工；加之其本身造價低，從而降低整體施工造價，降低基礎(chǔ)成本。

2)本工藝通過運(yùn)用這種整體性好、成本較低、可有效提高單樁承載力的定壓開關(guān)防堵式壓漿閥，克服了現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，減少了施工中遇到的各種施工困難，又能保證后壓漿工藝達(dá)到預(yù)期效果，進(jìn)而確保樁基承載力，提高施工質(zhì)量，不會造成返工；同時，其制造、安裝、拆卸方便，施工簡易，從而整體縮短工期。

3)本工藝充分利用聲測管兼用后注漿管的工藝，此款新型定壓開關(guān)防堵式壓漿閥具備防堵、多方位出漿及定位開啟、泄壓關(guān)閉的功能，可彌補(bǔ)普通壓漿閥的各種缺點(diǎn)，改善了現(xiàn)在工程中普通壓漿閥在深入樁底后，大多數(shù)出漿孔被阻塞，而又無法檢測的技術(shù)缺陷，有效保證了壓漿閥的可使用性，確保后壓漿工藝達(dá)到預(yù)期效果。

4)本工法充分通過現(xiàn)場實(shí)踐后壓漿技術(shù)控制達(dá)到壓漿量，滿足要求，壓漿效果整體上升。另外，本工法中壓漿閥整體結(jié)構(gòu)為剛性構(gòu)件，克服了現(xiàn)有技術(shù)中壓漿閥底部出漿孔易破壞變形的缺陷。可使壓漿閥的底部深入到沉渣或樁端土層中一定深度，使得漿液與沉渣和樁端土層充分作用，有效提高單樁承載力；并具有阻止?jié){液回流、防止施工過程中偷工減料等優(yōu)點(diǎn)，因此具有施工質(zhì)量可控性。