樁基后注漿技術(shù)在橋梁工程中的應(yīng)用

劉 巖

（中鐵大橋勘測設(shè)計院集團(tuán)有限公司 武漢 430056）

灌注樁后注漿工藝包括樁基樁端注漿與樁基樁側(cè)注漿兩部分，是灌注樁的輔助工法。該技術(shù)旨在灌注樁成樁一定時間后，通過預(yù)設(shè)于樁身內(nèi)的注漿管及與之相連的樁端、樁側(cè)注漿閥注入水泥漿，使樁端、樁側(cè)沉渣（虛土）和泥皮得到固化，并加固樁底和樁周一定范圍的土體，以大幅提高樁的承載力，增強(qiáng)樁的質(zhì)量穩(wěn)定性，減小樁基沉降。該工藝已廣泛應(yīng)用于房屋建筑基礎(chǔ)工程中，并取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益，但在橋梁工程中應(yīng)用較少。

鄭州市西三環(huán)航海路立交橋梁面積97 280.1 m2，樁基共994根，均為摩擦灌注樁。其中：直徑1.2 m的樁基534根，直徑1.5 m的樁基460根。場區(qū)內(nèi)地下水匱乏、地層條件較簡單，地層自上而下可分為新近人工填筑土、全新世沖積粉土及上更新世沖積粉土和粉質(zhì)黏土。根據(jù)工程地質(zhì)特性及樁基類型，本項目樁基較適合采用后注漿工藝，以達(dá)到提高樁基承載力，減少樁基工程數(shù)量，降低基礎(chǔ)造價的目的。

1 樁基后注漿施工工藝

1.1 施工工藝流程［1］

本項目樁基后注漿施工采用單向注漿，施工工藝流程見圖1。

圖1 壓力注漿工藝流程圖

1.2 注漿管的制作與安裝

1.2.1 樁側(cè)后注漿管制作與安裝

距樁底12 m以上、樁頂8 m以下布置注漿閥，每隔10～12 m設(shè)置1道側(cè)注漿閥，樁長50 m及以上的設(shè)置3道側(cè)注漿閥，樁長50 m以下的設(shè)置2道。每道注漿閥對應(yīng)1根DN25注漿鋼管，鋼管綁扎布置在鋼筋籠外側(cè)，隨鋼筋籠一起下孔，注漿管端部用三通連接注漿噴管，注漿噴管為1根內(nèi)徑直徑25 mm帶鋼絲的柔性高壓塑料管，沿鋼筋籠外側(cè)繞樁身環(huán)形布置，在噴頭管的外側(cè)打孔后纏塑料帶密封，見圖2。樁端注漿管注漿孔呈梅花形布置；樁側(cè)注漿管注漿孔沿外側(cè)打孔，2種注漿管注漿孔封孔方法相同。

圖2 后注漿管示意圖

1.2.2 樁端后注漿管制作與安裝

利用聲測管作底注漿管，用3根直徑50 mm聲測鋼管呈等邊三角形布置。超聲波檢測后進(jìn)行樁端注漿。

3根直徑50 mm鋼管綁扎布置在鋼筋籠內(nèi)側(cè)，隨鋼筋籠一起下入孔底。選取2根聲測管做注漿管，2根注漿管下部分別用三通連接1根內(nèi)徑25 mm帶鋼絲的柔性高壓塑料管，注漿噴頭管繞樁身環(huán)形布置，注漿噴頭管的外側(cè)打孔后纏塑料帶密封。其中1根作為備用管，主注漿管出現(xiàn)意外導(dǎo)致注漿失敗時啟用，見圖2、圖3。

圖3 樁端注漿管布置圖

1.3 施工控制要點(diǎn)

（1）開塞時間。灌注樁后注漿施工中，開塞在混凝土澆注后12～24 h內(nèi)進(jìn)行，開塞后用清水沖洗注漿管道，直至溢出清水，然后用堵頭重新封閉注漿管。

（2）后注漿施工時間。成樁2 d后可開始注漿，先樁側(cè)注漿，后樁端注漿，樁側(cè)注漿順序?yàn)橄壬虾笙拢韧鈬笾虚g，樁側(cè)注漿和樁端注漿時間間隔3～6 h。

（3）持荷時間、注漿量、注漿壓力及注漿流量的控制。

①持荷時間：壓力達(dá)到設(shè)計值后持荷時間應(yīng)不小于5 min。

②注漿量按《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》［2］第6.7.4條、《公路與橋涵工程地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》［3］第5.3.6條計算確定，單樁注漿量估算：

Gc＝αpd＋αsnd

式中：αp，αs分別為樁端、樁側(cè)注漿系數(shù)；n為樁側(cè)注漿斷面數(shù)；d為樁徑，m；Gc為注漿量，以水泥質(zhì)量計，t。

對群樁初始注漿的數(shù)根基樁的注漿量應(yīng)按上述估算值乘以1.2的系數(shù)。

以直徑1.2 m樁為例，依照本工程地層情況，單樁注漿量估算值為：

即對于樁徑1.2 m的樁，注漿量為：樁側(cè)注漿水泥用量1.0 t／道；樁底注漿水泥用量3 t；單根樁注漿水泥總用量，兩道側(cè)注漿閥時5 t，三道側(cè)注漿閥時6 t。

對于樁徑1.5 m的樁，注漿量為：樁側(cè)注漿水泥用量1.5 t／道；樁底注漿水泥用量3.5 t；單根樁注漿水泥總用量，兩道側(cè)注漿閥時6.5 t，三道側(cè)注漿閥時8 t。

③注漿壓力及注漿流量為：樁側(cè)注漿壓力1～2.5 MPa；樁端注漿壓力2～4 MPa。注漿流量為75 L／min。

（4）材料選用與水灰質(zhì)量比。配制注漿漿液采用普通硅酸鹽水泥，水泥要求新鮮、不結(jié)塊，并按有關(guān)規(guī)定批次送檢，合格后方可使用；漿液水灰質(zhì)量比取0.6。

（5）注漿終止條件。當(dāng)滿足下列條件之一時可終止注漿：①注漿總量和注漿壓力均達(dá)到設(shè)計要求；②對每一道注漿來說，注漿量達(dá)到設(shè)計值，但注漿壓力沒有達(dá)到設(shè)計值。此時改為間歇注漿（間歇時間為30～60 min），再注設(shè)計值30%的水泥漿為止；③對每一道注漿來說，注漿壓力達(dá)到設(shè)計值并在持荷5 min后，注漿量少于設(shè)計值，此時保證注漿量不低于設(shè)計值的80%即可。

1.4 注漿施工過程中常出現(xiàn)的情況和處理措施

（1）壓力逐漸上升，但達(dá)不到設(shè)計要求的壓力，這可能是漿液在粘土中形成脈狀劈裂滲透，或漿液濃度低、凝膠時間長，或部分漿液溢出。處理措施是：調(diào)整漿液水灰比，注漿方式改為間歇注漿。

（2）注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。處理措施是：注漿方式改為間歇注漿。

（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，或遇到空隙薄弱部位。處理措施是：控制注漿速度，注漿方式改為間歇注漿。

（4）壓力上升很快，而注漿速度上不去，表明土層密實(shí)或凝膠時間過短。處理措施是：適當(dāng)提高壓力控制值，并調(diào)整漿液水灰比。

（5）壓力大大超過設(shè)計壓力，但注漿量與設(shè)計值相差較大，往往是操作不當(dāng)引起，在剛注入水泥漿時就掛高檔位注漿，壓力立即升高，形成無法注漿的假相。處理措施是：控制注漿速度。

（6）壓力有規(guī)律上升，即使達(dá)到容許壓力，注漿速度也很正常（變化不大），這表明注漿是成功的。

（7）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，可以認(rèn)為是第3種情況的空隙部位已被漿液填滿，這種情況也是成功的。

2 后注漿樁基檢測

2.1 后注漿樁基檢測目的

（1）測定本工程橋梁范圍內(nèi)各土層的樁側(cè)摩阻力和選定持力層的樁端阻力，測定單樁豎向抗壓極限承載力。

（2）驗(yàn)證樁基后注漿工藝的可靠性。

2.2 檢測內(nèi)容

（1）單樁豎向靜載試驗(yàn)。試樁單樁豎向靜載試驗(yàn)采用錨樁法。

（2）樁身應(yīng)變、應(yīng)力檢測。通過在樁身內(nèi)部安裝的應(yīng)力、應(yīng)變傳感器測量樁身各截面的內(nèi)力，結(jié)合樁頂所施加的作用力可推算出樁側(cè)摩阻力和樁端阻力為詳細(xì)測試分層樁側(cè)摩阻力和樁端阻力為設(shè)計提供可靠參數(shù)，本次試驗(yàn)采用分布式光纖技術(shù)和振弦式鋼筋應(yīng)變計，共同監(jiān)測樁身應(yīng)變、應(yīng)力，見圖4、圖5。

圖4 光纖傳感器原理簡圖

圖5 鋼筋應(yīng)力計監(jiān)測樁身應(yīng)變

（3）樁基完整性檢測。采用超生脈沖法對樁基的連續(xù)性、完整性、均勻性進(jìn)行檢測，判斷樁基缺陷的程度并確定其位置。

2.3 試驗(yàn)檢測成果

試驗(yàn)選取6根試樁，樁徑1.2 m、樁長38 m、混凝土等級C30。為便于對樁基后注漿效果進(jìn)行對比分析，進(jìn)行試驗(yàn)檢測的6根樁中，1根樁不注漿，2根樁只樁端注漿，3根樁采用樁端與樁側(cè)復(fù)合注漿。考慮樁身擴(kuò)徑對計算結(jié)果的影響，采用實(shí)測結(jié)果結(jié)合規(guī)范的方法，得到試驗(yàn)成果見表1、表2。

表1 單樁豎向承載力檢測成果

表2 后注漿灌注樁樁側(cè)阻力、樁端阻力值檢測成果 kPa

試驗(yàn)結(jié)果表明，灌注樁樁基承載力均滿足設(shè)計要求，樁端、樁側(cè)后注漿施工工藝及工藝流程可靠。灌注樁樁端、樁側(cè)采用后注漿工藝后，對鉆孔摩擦樁承載力起主要作用的鉆孔樁樁側(cè)土摩阻力標(biāo)準(zhǔn)值可提高1.5倍，樁的整體承載能力有大幅度提高。

3 樁基后注漿的優(yōu)、缺點(diǎn)

3.1 樁基后注漿的優(yōu)點(diǎn)

（1）可大幅度提高鉆孔灌注樁的承載力，技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益顯著。樁基采用后注漿工藝后，因灌注樁承載力提高直接降低了基礎(chǔ)工程造價；同時因樁底虛土得到固化，可間接減少因樁基不均勻沉降帶來的其他經(jīng)濟(jì)損失，表現(xiàn)出顯著的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益。

（2）提高樁基的質(zhì)量。樁基采用后注漿工藝后，可改變樁底虛土（包括孔底擾動土、孔底沉渣土、孔口與孔壁回落土）的組成結(jié)構(gòu)，可解決普通灌注樁樁底虛土這一技術(shù)難題，對確保樁基工程質(zhì)量具有重要意義。

（3）施工工藝簡單，便于普及。樁基后注漿施工方法及注漿設(shè)備簡單，便于普及與推廣。

3.2 樁基后注漿的缺點(diǎn)

（1）影響注漿效果因素多。樁基后注漿工藝，包括注漿管的設(shè)置、漿液的配合比、注漿壓力、注漿量、注漿工藝流程及技術(shù)控制指標(biāo)等，需結(jié)合灌注樁成孔、成樁工藝及地質(zhì)條件進(jìn)行確定；施工過程中須做到精心施工，避免造成注漿管堵塞、地面冒漿、地下竄漿等現(xiàn)象出現(xiàn)，否則會影響壓力注漿工藝的效果。

（2）增加樁基施工工期。壓力注漿必須在樁身混凝土達(dá)到一定強(qiáng)度值后進(jìn)行，會增加樁基施工工期，樁基施工時需優(yōu)化施工組織設(shè)計，減少因注漿對工期的影響。

4 結(jié)語

經(jīng)實(shí)踐證明，灌注樁后注漿工藝在混凝土灌注樁的承載力提高中表現(xiàn)出較大的優(yōu)勢，且經(jīng)濟(jì)效益顯著。本項目灌注樁采用此工藝后，節(jié)省水下C30混凝土12 856.2 m3、節(jié)省鋼筋593.8 t、鋼料87.2 t。樁基施工費(fèi)用節(jié)省1 785萬元，占樁基礎(chǔ)總施工費(fèi)用的16.3%。達(dá)到了提高樁基承載力，減少樁基工程數(shù)量，降低基礎(chǔ)造價的目的。

由于此工藝在國內(nèi)橋梁行業(yè)大規(guī)模應(yīng)用案例很少，因此本項目設(shè)計過程中對樁基承載力留有適當(dāng)?shù)母挥嗔浚绻麑Υ斯に囎鲞M(jìn)一步研究，對鉆孔摩擦樁的優(yōu)化幅度可達(dá)到30%。采用此工藝在直接降低工程造價的同時，還可以間接減少因樁基不均勻沉降帶來的其他經(jīng)濟(jì)損失，且施工工藝簡單，便于普及。因此灌注樁后注漿工藝在橋梁工程中的應(yīng)用推廣前景十分廣闊，對提升巖土工程設(shè)計與施工技術(shù)水平具有重大的經(jīng)濟(jì)、社會與環(huán)境效益。

［1］ 龔維明，戴國亮，黃生根.大型深水橋梁鉆孔樁樁端后壓漿技術(shù)［M］.北京：人民交通出版社，2009.

［2］ JGJ94－2008建筑樁基技術(shù)規(guī)范［S］.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2008.

［3］ JTG D63－2007公路與橋涵工程地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范［S］.北京：人民交通出版社，2007.