鉆孔灌注樁樁底后壓漿應用與分析

河南省公路工程局集團有限公司 吳德華

河南省第一公路工程有限公司 任鵬

鉆孔灌注樁樁底后壓漿應用與分析

河南省公路工程局集團有限公司 吳德華

河南省第一公路工程有限公司 任鵬

隨著我國高速公路和城市建筑的不斷發(fā)展，對樁基礎的承載力提出了更高的要求。一般方法是加大加深樁身，然而這將大大提高單樁的成本和施工難度。同時由于鉆孔灌注樁施工工藝本身存在樁的缺陷，尤其是灌注樁樁底存在的沉渣很大程度上影響著樁的承載力。灌注樁后壓漿技術(shù)很好地解決鉆孔灌注樁施工工藝本身存在著樁的缺陷，并提高了樁的承載力。本文，筆者敘述了灌注樁后壓漿適用的地質(zhì)條件，加固機理，參數(shù)的確定，施工工藝及在實際工程中的應用，通過試驗數(shù)據(jù)對比分析，表明灌注樁后壓漿技術(shù)很好地解決鉆孔灌注樁施工工藝本身存在著樁的缺陷，并提高了樁的承載力，有效降低工程造價。

一、適用的地質(zhì)條件

本文，筆者介紹的施工方法適用于灌注樁的持力層應為碎石層，碎石含量應在50%以上，充填土與碎石無膠結(jié)或者為輕微膠結(jié)，碎石的石質(zhì)要堅硬，碎石分布均勻，碎石層厚度要滿足設計要求。

二、后壓漿技術(shù)作用原理

在灌注樁施工中將鋼管沿樁鋼筋籠外壁埋設，樁混凝土強度滿足要求后，將水泥漿液通過鋼管由壓力作用壓入樁端的碎石層孔隙中，使得原本松散的沉渣、碎石、土粒和裂隙膠結(jié)成一個高強度的結(jié)合體。水泥漿液在壓力作用下由樁端在碎石層的孔隙里向四周擴散，對于單樁區(qū)域，向四周擴散相當于增加了端部的直徑，向下擴散相當于增加了樁長；群樁區(qū)域所有的漿液連成一片，使得碎石層成為一個整體，從而使得原來不滿足要求的碎石層滿足結(jié)構(gòu)的承載力要求。在鉆孔灌注樁施工過程中，無論如何清孔，孔底都會留有或多或少的沉渣；在初灌時，混凝土從細長的導管落下，因落差太大造成樁底部位的混凝土離析形成“虛尖”、“干碴石”；孔壁的泥皮阻礙了樁身與樁周土的結(jié)合，降低了摩擦系數(shù)，以上幾點都影響到灌注樁的樁端承載力和側(cè)壁摩阻力。漿液壓入樁端后首先和樁端的沉渣、離析的“虛尖”、“干碴石”相結(jié)合，增強該部分的密實程度，提高了承載力；漿液沿著樁身和土層的結(jié)合層上返，消除了泥皮，提高了樁側(cè)摩阻力，同時漿液橫向滲透到樁側(cè)土層中也起到了加大樁徑的作用。以上幾點均對提高灌注樁的單樁承載力起到不可忽視的作用。

三、技術(shù)壓漿參數(shù)的設定

壓漿參數(shù)主要包括壓漿水灰比、壓漿量以及閉盤壓力，由于地質(zhì)條件的不同，不同工程應采用不同的參數(shù)。在工程樁施工前，應該根據(jù)以往工程的實踐情況， 先設定參數(shù)，然后根據(jù)設定的參數(shù)，進行試樁的施工，試樁完成后達到設計的強度，進行樁的靜載試驗，最終確定試驗參數(shù)。

1.水灰比。水灰比一般不宜過大和過小，過大會造成壓漿困難，過小會使水泥漿在壓力作用下形成離析，一般采用015～017。

2.壓漿量。壓漿量是指單樁壓漿的水泥用量，它與碎石層的碎石含量以及樁間距有關(guān)，取決于碎石層的孔隙率，在碎石層碎石含量為50%～70%，樁間距為4～5m的條件下，壓漿量一般為115～210t。它是控制后壓漿施工是否完成的主要參數(shù)。

3.閉盤壓力。閉盤壓力是指結(jié)束壓漿的控制壓力，一般來說什么時候結(jié)束一根灌注樁的壓漿，應該根據(jù)事先設定的壓漿量來控制，但同時也要控制壓漿的壓力值。在達不到預先設定的壓漿量，但達到一定的壓力時就要停止壓漿，壓漿的壓力過大，一方面會造成水泥漿的離析，堵塞管道，另一方面，壓力過大可能擾動碎石層，也有可能使得樁體上浮。

然后根據(jù)預先設定的參數(shù)，進行試驗樁的施工，再根據(jù)試樁的靜載試驗結(jié)果，最后確定工程樁的壓漿參數(shù)，就可以進行工程樁的施工了。

四、后壓漿技術(shù)施工工藝

工藝流程：灌注樁成孔——鋼筋籠制作——壓漿管制作——灌注樁清孔——壓漿管綁扎——下鋼筋籠——灌注樁混凝土后壓漿施工

需要注意的幾個施工要點如下：

1.壓漿管的制作。在制作鋼筋籠的同時制作壓漿管。壓漿管采用直徑為25mm的黑鐵管制作，接頭采用絲扣連接，兩端采用絲堵封嚴。壓漿管長度比鋼筋籠長度多出55cm，在樁底部長出鋼筋籠5cm，上部高出樁頂混凝土面50cm但不得露出地面以便于保護。壓漿管在最下部20cm制作成壓漿噴頭（俗稱花管），在該部分采用鉆頭均勻鉆出4排（每排4個）、間距3cm、直徑3mm的壓漿孔作為壓漿噴頭；用圖釘將壓漿孔堵嚴，外面套上同直徑的自行車內(nèi)胎并在兩端用膠帶封嚴，這樣壓漿噴頭就形成了一個簡易的單向裝置:當注漿時壓漿管中壓力將車胎迸裂、圖釘彈出，水泥漿通過注漿孔和圖釘?shù)目紫秹喝胨槭瘜又校炷凉嘧r該裝置又保證混凝土漿不會將壓漿管堵塞。

2.壓漿管的布置。將2根壓漿管對稱綁在鋼筋籠外側(cè)。成孔后清孔、提鉆、下鋼筋籠，在鋼筋籠吊裝安放過程中要注意對壓漿管的保護，鋼筋籠不得扭曲，以免造成壓漿管在絲扣連接處松動，噴頭部分應加混凝土墊塊保護，不得摩擦孔壁以免車胎破裂造成壓漿孔的堵塞。按照規(guī)范要求灌注混凝土。

3.壓漿樁位的選擇。根據(jù)以往工程實踐，在碎石層中，水泥漿在工作壓力作用下影響面積較大。為防止壓漿時水泥漿液從臨近薄弱地點冒出，壓漿的樁應在混凝土灌注完成3～7d后，并且該樁周圍至少8m范圍內(nèi)沒有鉆機鉆孔作業(yè)，該范圍內(nèi)的樁混凝土灌注完成也應在3d以上。

4.壓漿施工順序。壓漿時最好采用整個承臺群樁一次性壓漿，壓漿先施工周圈樁位再施工中間樁；壓漿時采用2根樁循環(huán)壓漿，即先壓第1根樁的A管，壓漿量約占總量的70%（111～114t水泥），壓完后再壓另1根樁的A管，然后依次為第1根樁的B管和第2根樁的B管，這樣就能保證同一根樁2根管壓漿時間間隔30～60min以上，給水泥漿一個在碎石層中擴散的時間。壓漿時應做好施工記錄，記錄的內(nèi)容應包括施工時間、壓漿開始及結(jié)束時間、壓漿數(shù)量以及出現(xiàn)的異常情況和處理的措施等。

五、鞏登高速樁基試樁實例

在上鞏登高速公路K1+359.3河洛路分離式立交樁基后壓漿試樁（完成試樁3根），試樁樁長36m，設計樁徑1.5m，混凝土強度等級為C25，采用樁底預置管式單向閥與內(nèi)導管組成后壓漿工藝，故鋼筋籠采用通長配置。采用兩對半鍍鋅鋼管，漿泵壓力1～2MPa，水灰比為0.6∶1，并配以少量的膨脹劑，每根樁的水泥用量約1000～1500kg。

1.水泥漿體。當水灰比小于0.8特別是達到0.5～0.6時，水泥漿體是塑性體而非牛頓體，在小管徑管內(nèi)流動時較困難，需要克服較大阻力，要求加大供漿泵壓。雖然壓力大易于流動，但會使?jié){液在漿管出口及滲入膠腔中的流動狀態(tài)和條件出現(xiàn)變化，如紊流等，這將不利于滲入注漿與壓密擴腔作業(yè)。因此，國內(nèi)外許多注漿專家都建議，對水灰比小于0.6的漿液注漿時，注漿管徑不小于30mm。河濱圍城樁基后壓漿試樁注漿管徑為30毫米。再者，為增加漿液的流動性，加入適量的木鈣等減水劑是可行的。同時加入少量的漿液懸浮穩(wěn)定劑。漿液結(jié)石率一般為85～88%，平均為86%，在腔內(nèi)充填粒料設計合理，漿液中加必要的防止失水收縮的微膨脹劑，會取得更好的注漿結(jié)石效果。

2.注漿用水泥材料。宜選用PO型普通硅酸鹽水泥，而不宜選用PS型礦渣水泥，后者早期強度低，干縮性大，且抗碳化能力差。

3.承載性能測試及機制分析。

（1）首先應了解灌注樁本身的完整性，可采用注漿管在注漿前1～2天對樁進行超聲波測試，判斷樁自身是否存在離析、夾泥、斷樁等嚴重缺陷，最終了解、判斷其樁身的完整性；若樁本身存在缺陷，即使注漿再多也無法達到提高承載力的目的。

（2）用底應變反射波測試，可以了解樁身完整性，同時了解樁底的沉渣情況。在實測中當樁底的沉渣多時，動測波形中可明顯見到樁底反射，注漿后再進行動測時，樁底反射已基本見不到，說明在樁底注漿后，由于樁底沉渣中的孔隙部分被漿液所充填，散粒被膠結(jié)，土體強度和變形模量大幅度地提高，其ρ和V均與混凝土樁相接近，反射系數(shù)較小，動測波形圖中反射曲線趨近于零。

（3）通過對試樁的靜載試驗（分注漿前和注漿后兩次進行），實測Q-S曲線，注漿前、后，樁的沉降及極限承載力均有明顯改善。不同的工程地質(zhì)條件有很大的差異，不可能有相同的壓漿參數(shù)，預先設定的壓漿參數(shù)往往參考相似工程的經(jīng)驗，壓漿參數(shù)的最終確定要依賴于試驗樁的結(jié)果，而全國可以借鑒的經(jīng)驗并不多，有待進一步的積累，再加上理論的探討，最終形成一個成熟的技術(shù)。灌注樁后壓漿具有提高單樁承載力，提高生產(chǎn)率，節(jié)約建設資金的優(yōu)點，所以，在具備條件的工程中推廣后壓漿施工工藝有著重要的意義和廣闊的前景。