鉆孔灌注樁后壓漿技術的應用分析

汪銀根

(蘇交科集團股份有限公司，江蘇 南京 210017)

0 前 言

鉆孔灌注樁廣泛應用于工程建設中，但受施工工藝的影響，也存在諸多的不利于樁基承載特性的因素。為改善鉆孔灌注樁施工工藝的缺陷，消除樁端沉渣和樁側(cè)泥皮等隱患，國內(nèi)外學者對樁端、樁側(cè)后壓漿技術開展了大量的研究，尤其是對后壓漿樁的承載力性能進行了研究，并通過工程實例驗證了后壓漿技術的有效性[1]。后壓漿技術采用對孔底和孔壁實施壓力注漿措施，利用高壓壓漿泵注入以水泥為主劑的漿液，對孔底沉渣和樁側(cè)泥皮進行固化，從而提高樁端承載力以及漿液上返段樁體的側(cè)摩阻力，并減少樁基的沉降量[2]。后壓漿技術雖然優(yōu)點突出，但在蘇北地區(qū)無任何經(jīng)驗可借鑒，有必要在工程應用中進行探索和完善，保證公路橋梁的安全和可靠。

1 工程概況

宿城至泗洪段高速公路(以下簡稱“宿泗高速”)起止里程樁號K0+000.000～K38+183.791 m，路線全長約38.184 km，道路全線建設主線橋23座，橋梁全長16 363.0 m，包括2座特大橋、10座大橋和11座中橋。地質(zhì)勘察表明，線路范圍的地基穩(wěn)定性一般，樁基的側(cè)摩阻力標準值多為30～60 kPa，通過加大樁徑和樁柱個數(shù)，樁基長度仍然在50 m以上，樁基施工難度較大，造價較高，而采用后壓漿技術能提高樁的豎向和水平承載力，降低樁基沉降，并可優(yōu)化設計樁長，節(jié)約工程造價，帶來顯著的經(jīng)濟效益[3]。

2 鉆孔灌注樁后壓漿技術

2.1 后壓漿設計

結(jié)構(gòu)荷載、地質(zhì)條件、樁型及樁的使用要求是鉆孔灌注樁壓漿設計時考慮的重點。由于鉆孔灌樁采用泥漿護壁，沉渣在樁端聚集難以清理干凈，使用樁端壓漿有利于提升豎向承載力，而樁側(cè)壓漿則有利于提升樁體的抗拔力，樁端樁側(cè)壓漿有助于提升豎向與水平向的承載力。因此，通過先樁側(cè)后樁端的樁端樁側(cè)組合壓漿，可綜合提升鉆孔灌注樁的承載力；當采用多斷面樁側(cè)壓漿設計時，壓漿則應先上后下。《建筑樁基技術規(guī)范》(JGJ 94—2008)和《公路橋涵地基與基礎設計規(guī)范》(JTG D63—2007)均對鉆孔灌注樁的承載力設計做出規(guī)定，按照規(guī)范的計算公式估算后壓漿單樁極限承載力標準值，并通過單樁豎向靜載荷試驗最終確定壓漿樁極限承載力[4]。

為滿足鉆孔灌注樁的承載力要求，必須嚴格控制注漿量和注漿壓力。樁徑、樁長、土層性質(zhì)、單樁承載力增幅等因素是影響單樁壓漿量的主要因素，獨立單樁、樁距較大群樁的壓漿量宜在計算單樁壓漿量數(shù)值基礎上再增加20%的注漿量。注漿壓力主要根據(jù)土層性質(zhì)、壓漿點深度來計算確定，是影響鉆孔灌注樁注漿施工效果的重要因素，應按照規(guī)范規(guī)定的范圍取值，并根據(jù)試樁的結(jié)果進行修正。漿體濃度的不同直接影響注漿量和注漿壓力，不同濃度的漿體具有不同的行為特性，稀漿的滲透性較好，中等濃度漿體具有充填、壓實、擠密的作用，濃漿對已壓入的漿體起脫水作用，應根據(jù)土層的特點及加固需求選用不同濃度的漿液。

2.2 壓漿設備及施工工藝

為保證鉆孔灌注樁壓漿施工的質(zhì)量和效率，應選擇符合工程需求的壓漿泵，壓漿泵一般應具有實時顯示、自動計量和實時傳輸?shù)墓δ埽瑵{液攪拌機及儲漿桶可根據(jù)施工條件選配。壓漿過程中水泥漿流量及壓漿壓力由電腦程序?qū)崟r監(jiān)控，并上傳數(shù)據(jù)。壓漿泵的額定壓力應達到鉆孔灌注樁壓漿設計最大注漿壓力的1.5倍以上，在壓漿泵上配備的壓力表量程應達到額定泵壓的1.5～2.0倍。導管及管閥的數(shù)量與地層情況、樁長和承載力增幅要求等相關，樁端采用直管壓漿，在樁底設置單向閥。對于樁長較長、承載力增幅要求較高的孔灌注樁壓漿施工，應在樁端和樁側(cè)均設置壓漿管，環(huán)向壓漿管應固定在鋼筋籠上，按照設計位置綁扎在鋼筋籠外側(cè)，先從最上排壓漿管開始壓漿。

為保證壓漿管滿足壓漿壓力的要求，在鋼筋籠下放過程中必須檢查壓漿管的密封性，通常采用注入清水的方法進行檢驗，若壓漿管出現(xiàn)漏水情況，必須及時補焊，并確保壓漿管全長范圍內(nèi)的密封性完好。在樁體混凝土強度達到設計強度80%以上時，在完成樁身完整性檢測后，可開展壓漿工作。在開始壓水試驗前，必須進行試壓，試壓壓力宜達到壓漿控制壓力的1.2倍。

2.3 壓漿效果的檢測

鉆孔灌注樁后壓漿工程屬于地下隱蔽工程，壓漿效果檢測相對困難。當前主要采用單樁靜載試驗、鉆孔取芯及CT檢測等方法對鉆孔灌注樁后壓漿的施工效果進行檢測[5]。現(xiàn)行的行業(yè)標準要求選用單樁豎向靜載試驗、鉆孔取芯檢測及標準貫入試驗檢測等檢測方法中的至少一種方法對灌注樁后壓漿效果進行檢測。對于鉆孔灌注樁后壓漿樁的承載力試驗檢測，應根據(jù)規(guī)范的要求抽取相應數(shù)量的檢測樁，并在樁身混凝土強度達到設計要求的條件下，后壓漿樁承載力試驗須在壓漿結(jié)束20 d后進行，漿液中摻入早強劑時可于壓漿結(jié)束15 d后進行。鉆孔取芯方法要求在樁身及樁周土體中鉆孔取芯，觀察漿液在樁端附近土層中的擴散范圍及與土層的膠結(jié)情況。CT檢測屬于無損檢測，檢測數(shù)量與取芯法檢測數(shù)量要求相同，不少于樁總數(shù)的2%，對每個基礎不少于兩根，并且其中至少一根為角樁。

3 鉆孔灌注樁后壓漿方案的比選

3.1 三種方案的經(jīng)濟效益計算

結(jié)合宿城至泗洪段高速公路的具體情況，采用后壓漿技術提高樁基承載力。對該線路樁徑為1.2、1.5、1.6、1.8 m的2 983根鉆孔灌注樁進行了后壓漿優(yōu)化設計，并對比分析了壓漿后與原樁長承載力相同(方案1)、縮短樁長5 m 壓漿后(方案2)以及壓漿前為原樁長90%的承載力(方案3)等三種方案的樁基后壓漿經(jīng)濟效益。根據(jù)地勘報告和計算公式可估算三種情況壓漿后樁基承載力，分別與壓漿前承載力對比分析。其中，不同樁徑的樁基每m費用指標見表1，后壓漿成本為1 500元/t。因此，可計算得到三種方案樁基后壓漿經(jīng)濟效益，具體情況見表2～4。

表1 不同樁徑每米費用指標

表2 樁基后壓漿經(jīng)濟效益對比(方案1)

表3 樁基后壓漿經(jīng)濟效益對比(方案二)

表4 樁基后壓漿經(jīng)濟效益對比(方案三)

由表1的計算結(jié)果可知，壓漿后按原樁長承載力進行計算，2 983根樁可縮短樁長約40 658 m，減少成本約1.36億元；壓漿水泥用量共約13 541 t，所產(chǎn)生的費用約2 031萬元，該方案可節(jié)約造價約1.16億元。由表2的計算結(jié)果可知，所有樁基均按5 m優(yōu)化縮短進行計算，可縮短樁長約14 915m，減少成本約4 836萬元；壓漿水泥用量約14 781 t，所產(chǎn)生的費用約2 217萬元，該方案可節(jié)約造價約2 619萬元。由表3的計算結(jié)果可知，壓漿前按90%原樁長承載力計算，2 983根樁可縮短樁長約15 611 m，減少成本約5 197萬元；壓漿水泥用量共約12 551 t，所產(chǎn)生的費用約1 883萬元，該方案可節(jié)約造價約3 052萬元。采用組合壓漿并按方案1計算樁基平均優(yōu)化長度7.5～23.1 m，安全系數(shù)約為1.05；采用組合壓漿并按方案2計算樁基平均優(yōu)化長度5 m，安全系數(shù)約為1.30；而采用組合壓漿并按方案3計算樁基平均優(yōu)化長度2.8～8.5 m，安全系數(shù)約為1.36。

3.2 后壓漿方案的選擇

宿城至泗洪段高速公路樁基工程采用組合后壓漿優(yōu)化的三種方案經(jīng)濟效益計算結(jié)果匯總見表5。

表5 宿城至泗洪段高速公路樁基組合后壓漿優(yōu)化情況匯總表

由表5可知，在該工程場地擬建區(qū)采用組合后壓漿技術可取得非常好的技術經(jīng)濟效果。宿城至泗洪段高速公路工程場區(qū)地質(zhì)在設計樁長范圍內(nèi)主要分布為黏土、粉質(zhì)黏土、粉土及中細砂，采用樁端(側(cè))后壓漿鉆孔灌注樁可以提高樁的承載力，減小樁的沉降量，能夠滿足工程應用的需求。對優(yōu)化樁長、壓漿后安全系數(shù)、壓漿用量以及節(jié)約造價等因素進行綜合考慮，建議采用方案3的進行后壓漿處理，方案3的安全系數(shù)約為1.36，可節(jié)約造價約3 052萬元，整個項目可取得非常好的技術經(jīng)濟效果。

4 結(jié) 論

1)樁端壓力注漿和樁側(cè)壓力注漿技術能夠改善鉆孔灌注樁施工工藝的缺陷，提高鉆孔灌注樁的使用性能。

2)壓漿方案的制定應結(jié)合工程具體情況，針對橋梁結(jié)構(gòu)荷載特點和地基地質(zhì)情況，制定科學合理的優(yōu)化方案。

3)綜合考慮優(yōu)化樁長、壓漿后安全系數(shù)、壓漿用量以及節(jié)約造價等因素，采用后壓漿技術能夠滿足工程技術要求，同時還可以取得良好的經(jīng)濟效益。

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