灌注樁后注漿技術在城市高架橋工程中的應用

詹俊華，李選棟

（鄭州市市政工程勘測設計研究院，河南鄭州　450052）

灌注樁后注漿技術在城市高架橋工程中的應用

詹俊華，李選棟

（鄭州市市政工程勘測設計研究院，河南鄭州450052）

通過對鉆孔灌注樁后注漿技術作用機理研究分析，介紹一種可靠的后注漿裝置、工藝參數和工藝流程在工程實例中的應用。以鄭州市三環快速化工程為實例，分析探討了應用該技術所取得的效益。

鉆孔灌注樁；后注漿；樁端承載力；樁側摩阻力

0　引言

近年來我國城市高架橋發展迅速，基礎形式一般采取灌注樁基礎，單樁承載力要求較高，為了滿足設計要求，大都采用群樁基礎，且樁長、樁徑尺寸都比較大，使得基礎部分在整個工程總造價中所占比重較大，同時由于樁長很長，給施工造成很大的困難。如何提高鉆孔灌注樁的承載力，降低施工難度，提高經濟效益是工程中迫切需要解決的課題。

1　灌注樁后注漿技術作用機理

灌注樁后注漿技術主要是針對解決鉆孔灌注樁施工中存在因孔底沉渣難以處理干凈而降低端阻及因泥漿護壁而降低側摩阻的缺點。灌注樁后注漿技術提高樁承載力，減少樁沉降量的作用機理如下：

（1）充填膠結效應。在樁底為卵、礫、砂等粗粒土實現滲入注漿條件下，土體孔隙被高壓漿液充填、散粒被膠結，土體強度和變形模量大幅度提高。

（2）加筋效應。在樁底為黏性土、粉土、粉細砂等細粒土實現劈裂注漿條件下，細粒土體被網狀結石分割加筋成復合土體，復合土體的強度變形形狀由于網狀結構的制約和強化作用而大為改善，從而提高總側阻力和總端阻力。

（3）固化效應。樁底沉渣和樁側泥皮與注入的漿液發生物理化學反應而固化，使單位端阻力和側阻力顯著提高。

（4）擴底（徑）效應。當被加固體位于樁底時，總樁端阻力因擴底效應而提高；當被加固體位于樁側時，總側阻力因樁身擴徑效應而顯著增大［1］。

（5）樁身上抬效應。在樁端進行壓力注漿時，當樁端的滲透能力受到限制，形成的梨形體內的漿液壓力不斷升高，在高壓液體的作用下，將給樁端面施加向上的反向預應力，能使樁身微微上抬，產生上抬效應。當鉆孔灌注樁承受向下的豎向荷載時，此反向應力將承擔部分荷載，且樁底注漿可以使樁上抬而產生反向摩阻力，相似于“預應力”原理，提高側阻力，減少沉降量［2］。

總之，樁基后注漿作用機理可概括為填充膠結效應、加筋效應、固化效應、擴底效應和樁身上抬效應。

2　影響后注漿灌注樁承載力的因素

影響后壓漿灌注樁承載力的因素十分復雜，這是由鉆孔灌注后壓漿樁的特點所決定的。這些因素大體可分為兩個方面：一是注漿施工因素，包括漿液的類型、注漿量、注漿壓力等；二是樁身的因素，包括樁端土性、樁長、樁徑和樁身質量等。

3　灌注樁后注漿施工工藝介紹

3.1工程概況

鄭州市三環線全長44 km，其中高架橋段長約32.5 km。三環線高架采用的基礎形式為大直徑灌注樁（樁徑有1.0 m、1.2 m、1.5 m和1.8 m四種形式），估算樁基工程造價約18億元。

地質條件：上部為第四紀粉土、粉質黏土層，下部為第三紀粉土、粉質黏土層，地下40～50 m有不均勻的膠結層。

3.2施工流程

成孔→注漿管閥制作安裝→預埋注漿管下鋼筋籠→清孔→樁身混凝土澆注→注漿管開塞→拌制水泥漿→注漿設備安裝，注入漿液→觀測注漿壓力和注漿量穩定注漿→設備拆除［3］。圖1為施工流程圖。

圖1　施工流程圖

3.3灌注樁清孔要求

灌注樁清孔應根據單樁承載力設計時樁側阻力、樁端阻力的增強系數取值，樁長、長徑比、土層情況等因素確定沉渣厚度，當增強系數取值較大時，沉渣厚度應取小值。

試樁應嚴格按照相關規范進行二次清孔，二次清孔在下完導管后進行，二次清孔采用氣舉反循環或泵吸反循環，二次清孔后的孔底沉渣厚度小于100 mm，二次清孔完成后，立即灌注水下混凝土。

3.4注漿裝置制作及安裝

注漿裝置的制作與安裝應根據是否共用聲測管、樁側注漿位置、鋼筋籠制作工藝、注漿開塞時間等情況，選擇合適的注漿裝置、制作和安裝工藝。

對樁端注漿，應利用聲測管作底注漿管，聲測管布置3根，呈等邊三角形，聲測管為Φ50鋼管，頂端高出地面500 mm，并用堵頭封嚴，防止泥漿等雜物進入。超聲波檢測后進行樁端注漿。3根Φ50鋼管綁扎布置在鋼筋籠內側，隨鋼筋籠一起下入孔底。選取兩根聲測管做注漿管，2根注漿管下部分別用三通聯接1根內徑φ25帶鋼絲的柔性高壓塑料管，注漿噴頭管繞樁身環形布置，注漿噴頭管的外側打孔后纏防水塑料帶密封。2根中1根作為備用管，主注漿管出現意外注漿失敗時啟用。圖2為樁端注漿管端頭構造圖。

圖2　樁端注漿管端頭構造圖

對樁側注漿樁長45 m及以上的設置3道側注漿閥，樁長45 m以下的設置2道，按照以下原則布設側注漿閥：最下面一道距離樁底12～18 m，最上面一道距離樁頂8～15 m，每道側注漿閥豎向間距為12 m。每道注漿閥對應一根注漿鋼管，注漿管采用DN25鋼管，鋼管綁扎布置在鋼筋籠外側，隨鋼筋籠一起下孔，注漿管端部用三通聯接注漿噴管，注漿噴管為1根內徑φ25帶鋼絲的柔性高壓塑料管，繞樁身環形布置，沿鋼筋籠外側布置，在噴頭管的外側打孔后纏塑料帶密封。圖3為樁側注漿管端頭構造圖。

3.5開塞

灌注樁后注漿施工中，采用樁底不填碎石方案、開塞時間提前的措施。開塞在混凝土澆注后12～24 h進行，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壓漿管。

圖3　樁側注漿管端頭構造圖

3.6后壓漿施工時間

考慮注漿量和注漿的效果，后注漿施工時間原則上越早越好，但需考慮以下幾個因素：

（1）由于共用聲測管進行樁底注漿，注漿時間應當考慮灌注樁聲測時間，超聲波檢測混凝土質量需要混凝土具備一定的強度，時間一般不應小于3 d。

（2）混凝土強度應能滿足注漿壓力要求，不至于因注漿壓力造成樁身混凝土損壞。根據目前注漿設備情況，一般注漿泵工作壓力不大于10 MPa，因此，注漿施工時要求樁身混凝土強度等級不小于15 MPa。

該工程在成樁3～7 d后開始注漿，先側注漿，后樁底注漿，多斷面樁側注漿順序為先上后下，先外圍后中間，樁側注漿和樁底注漿時間間隔3～6 h。

3.7注漿量（水泥用量）及注漿壓力

注漿量按《建筑樁基技術規范》（JGJ 94—2008）第6.7.4條、《公路與橋涵工程地基基礎設計規范》（JTG D63—2007）第5.3.6條計算確定，單樁注漿量估算［4］：

對群樁初始注漿的數根基樁的注漿量應按上述估算值乘以1.2的系數。

該工程注漿壓力：樁側注漿壓力2～2.5 MPa，樁底注漿壓力2～4 MPa；注漿流量：75 L/min。

當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到設計要求；

（2）對每一道注漿來說，注漿量達到設計值，但注漿壓力沒有達到設計值，此時改為間歇注漿，再注設計值的30%水泥漿為止；

（3）對每一道注漿來說，注漿壓力達到設計值并在持荷5 min后，注漿量少于設計值，此時保證注漿量不低于設計值的80%即可。

3.8注漿漿液制備

水泥漿注漿材料應根據土層情況、地下水條件、土的滲透系數、水泥土強度要求等因素確定。

該工程配制注漿漿液采用P.O 42.5級普通硅酸鹽水泥，水泥要求新鮮、不結塊，并按有關規定批次送檢，合格后方可使用。漿液水灰比取0.55～0.6，攪拌時間不少于3 min，漿液用3 mm×3 mm的濾網進行過濾，漿液采用純水泥漿。

3.9正常注漿與注漿失敗

（1）正常注漿過程中經常出現的情況：

a.壓力逐漸上升，但達不到設計要求的壓力，這可能是漿液在黏土中形成脈狀劈裂滲透，或漿液濃度低、凝膠時間長，或部分漿液逸出。

b.壓漿開始后壓力不上升，甚至離開初始壓力值呈下降趨勢，這可能是漿液外逸。

c.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。

d.壓力上升很快，而速度上不去，表明土層密實或凝膠時間過短。

e.壓力有規律上升，即使達到容許壓力，壓漿速度也很正常（變化不大），這表明壓漿是成功的。

f.壓力上升后又下降，而后再度上升，并達到預定的要求值，可以認為是空隙部位已被漿液填滿，這種情況也是成功的。

（2）注漿失敗

由于施工操作不當（如注漿單向閥門反向安裝）或土層本身性質導致注漿孔堵塞，引起后注漿施工中預置的兩根注漿管全部失效，導致設計的漿液不能注入，或管路雖通但實際注漿量達不到50%，且注漿壓力達不到終止壓力，視為注漿失敗。

（3）注漿失敗的處理

a.出現注漿壓力長時間低于正常值，或地面出現冒漿時改為間歇注漿，間歇時間為30～60 min，或調低水灰比。

b.在樁側重置注漿孔通過埋設的注漿管補充注漿，注漿量與注漿壓力宜超出正常注漿設計值的30%～50%。

c.樁端注漿失敗時，采用抽芯方法埋設注漿花管補充注漿，注漿花管應采用單向閥裝置，注漿壓力宜超出正常注漿設計值的30%。

3.10質量檢驗與控制要求

（1）應根據工程地質勘察報告、設計文件等編制后注漿施工組織設計方案，注漿施工前應對操作工人進行詳細的技術交底。

（2）后注漿正式施工前應提供水泥材料質檢報告、注漿泵壓力表檢定證書、試注漿記錄、設計工藝參數、后注漿作業施工方案、特殊情況處置預案等。

（3）施工過程中對注漿裝置制作、安裝質量應進行檢查驗收，對開塞、水泥漿制配、注漿過程、注漿失敗的處理過程應進行旁站監理，并對水泥用量、水灰比、注漿壓力等關鍵參數及時記錄簽證。

3.11樁基實驗結果

該工程試驗樁基以樁長45 m，樁徑1.2 m為例，通過后注漿施工后，經過靜載試驗，單樁豎向極限承載力達到18 000 kN，相比未注漿樁基承載力提高了約30%。在同等單樁設計承載力條件下，根據地質條件，樁長、樁徑及持力層選擇均可優化［5］。實踐證明，該工程使用后注漿工藝，樁基礎節約了20%。

4　結論

灌注樁后注漿技術可以大幅度提高樁承載力，減少樁的沉降，在工程應用上可獲得很大的經濟效益和社會效益。特別是在下列條件下應優先推薦采用灌注樁后注漿技術：

（1）對變形比較敏感的結構，在同等承載力條件下可到大大減小樁基的沉降量；

（2）地質條件不是很好，有較大承載力能力的持力層較深，采用摩擦樁樁長過長，而使基礎工程費用在整個工程中所占比例較大；

（3）底層下分布較多不規則的鈣質膠結層，采用后注漿技術能減小樁長，避免樁基穿過鈣質膠結層，降低施工難度。

［1］劉金礪，祝經成.泥漿護壁鉆孔灌注樁后注漿技術及應用［J］.建筑科學，1996（2）：13-18.

［2］張忠苗.灌注樁后注漿技術及應用［M］.北京:中國建筑工業出版社，2009.

［3］陳立新，蘇斌，楊宗耀.灌注樁樁基后注漿施工工法［J］.巖土工程技術，2010（1）:51-54.

［4］JTG D63—2007，公路橋涵地基與基礎設計規范［S］.

［5］周同和，李民生，鄭華民，等.鄭州市三環快速化工程后注漿灌注樁承載力荷載試驗報告［R］.鄭州：化工部（鄭州）基礎工程研究檢測中心，鄭州大學綜合設計研究院有限公司，2014.

U445.55+1

B

1009-7716（2016）01-0121-04

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2016.01.035

2016-09-01

詹俊華（1981-），男，河南商水人，碩士，工程師，從事橋梁設計工作。