淺談鉆孔灌注樁后壓漿技術(shù)的施工工藝與質(zhì)量控制要點(diǎn)

張金燕

(山西機(jī)械化建設(shè)集團(tuán)有限公司，山西 太原 030013)

單一工藝鉆孔灌注樁因其穿孔時(shí)的固有缺陷，極易產(chǎn)生樁底沉渣、樁周泥膜等安全隱患。鉆孔灌注樁后壓漿技術(shù)是指在樁頂或樁側(cè)處，當(dāng)樁身達(dá)到一定強(qiáng)度后，利用高壓注塑泵，經(jīng)灌注管道向樁身內(nèi)注入以水泥為主要成分的泥漿，并將孔底沉淀物及樁側(cè)泥包層固結(jié)起來，從而克服傳統(tǒng)鉆孔樁的固有缺點(diǎn)，達(dá)到提高樁身承載力、降低樁身沉降的一種技術(shù)。這一技術(shù)在20世紀(jì)80年代初期被引進(jìn)到國(guó)內(nèi)，到現(xiàn)在已經(jīng)得到了很好的發(fā)展。

1 設(shè)計(jì)與施工要點(diǎn)

1.1 設(shè)計(jì)要點(diǎn)

鉆孔灌注樁后壓漿技術(shù)在實(shí)際工程中的運(yùn)用，需要綜合考慮地質(zhì)條件、結(jié)構(gòu)荷載、樁的工作要求和樁型的適用性等因素，確定合理的參數(shù)，為設(shè)計(jì)奠定基礎(chǔ)。對(duì)鉆孔樁而言，由于樁端堆積的沉積物無法被移除，所以在樁端加壓可以有效地提高其豎向承載力，而在側(cè)向加壓的同時(shí)還可以增加其抗拉強(qiáng)度，因此在樁端樁側(cè)漿液對(duì)鉆孔樁的橫向承載及豎向提升均表現(xiàn)出良好的效果。在鉆孔灌注樁后壓漿技術(shù)設(shè)計(jì)中，可以考慮采用“雙擠入法”，即先對(duì)樁身進(jìn)行側(cè)向加壓，再對(duì)樁頭進(jìn)行加壓，這樣可以極大地提高鉆孔樁的總承載力，在以多用途側(cè)向壓樁灰泥為中心進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)進(jìn)行上、下壓樁灰泥的設(shè)計(jì)，并應(yīng)體現(xiàn)鉆孔樁有關(guān)規(guī)范中的承載能力要求。在此基礎(chǔ)上，采用單樁豎向靜載實(shí)驗(yàn)以配合上述公式，確定單樁壓漿的標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)量，為保證承載力達(dá)標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)注水壓力及注水量進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)是十分必要的。單樁壓漿量承載力的提高，與土質(zhì)、樁徑、樁長(zhǎng)等因素有關(guān)，而大直徑、大間距的單樁承載力的提高，相對(duì)于單樁承載力的提高，需要提高20%左右。注漿壓力計(jì)算的確定要考慮到壓漿點(diǎn)深度、土質(zhì)特征等因素，而這一因素又直接關(guān)系到鉆孔灌注樁的施工技術(shù)，故其數(shù)值應(yīng)在規(guī)范的范圍內(nèi)，并與樁身實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)相結(jié)合。不同濃度的溶液同樣會(huì)對(duì)注射壓力和注射量產(chǎn)生影響，在具體的設(shè)計(jì)中，應(yīng)該充分考慮到溶液濃度的差異性。

1.2 施工要點(diǎn)

要確保灌注樁后擠壓技術(shù)能夠在科學(xué)地應(yīng)用，就一定要對(duì)施工效率和質(zhì)量進(jìn)行重視，其中就包括了對(duì)壓漿泵的選擇，一定要與工程需求充分地結(jié)合起來。在目前施工階段，使用的是自動(dòng)測(cè)量的壓漿泵，并具有實(shí)時(shí)顯示、實(shí)時(shí)傳輸?shù)墓δ?，與此同時(shí)，還要與施工條件相結(jié)合，對(duì)泥漿貯存桶、攪拌機(jī)進(jìn)行選擇。在擠出過程中，利用計(jì)算機(jī)軟件對(duì)擠出液的壓力、擠出液的流速等進(jìn)行控制，并可對(duì)擠出液的有關(guān)參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)下載。對(duì)于注水井中的樁液，其最大噴射壓力必須大于1.5倍，表計(jì)測(cè)量范圍必須在1.5～2倍之間。管路閥門、導(dǎo)管的個(gè)數(shù)、樁長(zhǎng)、地層狀況等與提高承載力的需要有關(guān)，樁端采用直管壓漿，樁底采用單面閥門。對(duì)于需要提高承載力的鉆孔灌注樁，在樁身兩側(cè)及樁頭兩端均可設(shè)置大直徑的鉆孔灌注樁，并在鉆孔灌注樁的外側(cè)設(shè)置大直徑的鉆孔灌注樁。按打捆要求從壓榨液的上部管道入手，進(jìn)行壓榨[1]。為了保證壓力溶液管能夠達(dá)到壓力溶液管的壓力要求，應(yīng)該在鋼籠分散的過程中對(duì)壓力溶液管的密封性進(jìn)行認(rèn)真的檢查。通常情況下，會(huì)選擇壓力溶液管泄漏等注水方法，應(yīng)該及時(shí)進(jìn)行焊接，保證有完整的壓漿溶液密封管。當(dāng)樁的混凝土強(qiáng)度達(dá)到某一設(shè)計(jì)值(一般為70%)時(shí)，才能采用加壓法施工。在進(jìn)行水壓測(cè)試前，應(yīng)先做一次加壓工作，以保證測(cè)試的加壓強(qiáng)度為1.2倍，在壓漿砂漿施工結(jié)束之后，還需要對(duì)其進(jìn)行重點(diǎn)檢查，由于其施工屬于典型的地下隱蔽工程，在目前階段，相關(guān)試驗(yàn)主要采用鉆孔、靜態(tài)試驗(yàn)等方法，在進(jìn)行完施工后的承載力測(cè)試時(shí)，應(yīng)該根據(jù)規(guī)范，將試驗(yàn)樁抽運(yùn)到一定的數(shù)量，對(duì)其進(jìn)行測(cè)試時(shí)應(yīng)該以強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)要求的鉆孔灌注樁為中心，在20d壓漿溶液結(jié)束后，可進(jìn)行后壓樁的承載能力試驗(yàn)。

2 鉆孔后壓漿工作原理

后壓漿工藝采用埋設(shè)注水管道的方法，當(dāng)樁身的強(qiáng)度達(dá)到一定程度后，再注水泥漿強(qiáng)化樁的缺陷，從而改善樁的完整性，并對(duì)樁的摩擦環(huán)境進(jìn)行固化，增加固化樁身的摩擦。后鉆孔灌注法是在樁身底部及樁身兩側(cè)預(yù)埋管線及加壓設(shè)備，當(dāng)樁身強(qiáng)度達(dá)到一定程度后，利用高壓噴射泵經(jīng)擠壓管線將水泥漿液抽吸到井壁底部，再經(jīng)一系列物理、化學(xué)作用對(duì)樁身及周邊土層進(jìn)行強(qiáng)化，以解決傳統(tǒng)鉆孔灌注法存在的問題，達(dá)到改善樁身完整性，改善樁身摩擦環(huán)境，增加樁身摩擦力的目的。后壓液可分為側(cè)壓液和樁底壓液。

2.1 樁側(cè)壓漿提高承載力機(jī)理

1)在樁身兩側(cè)的細(xì)粒土中進(jìn)行后注漿，當(dāng)注漿壓力大于劈裂壓力時(shí)，會(huì)出現(xiàn)水力劈裂，出現(xiàn)劈裂加固效果；在充填和固結(jié)的共同作用下，樁側(cè)土體的孔隙率減小，密度增大，表現(xiàn)出滲透充填的膠結(jié)效果。以上兩種作用，既可恢復(fù)樁周土質(zhì)，又可增強(qiáng)樁周土質(zhì)；此外，泥石流還像樹木的根須一樣，深深地扎進(jìn)了樁頭周圍的泥土里；2)在樁身后部的壓實(shí)點(diǎn)處，由于懸浮物的壓實(shí)作用，會(huì)產(chǎn)生一凸起的懸浮物。形成一種明顯的懸浮狀態(tài)；3)在不受壓點(diǎn)處，在樁身一側(cè)形成一種土質(zhì)覆蓋層，既可獨(dú)立固結(jié)，也可與泥漿薄膜共同固結(jié)，使原有的樁身混凝土成為一種復(fù)合型樁身，使其具有更大的滑移面和更大的樁身摩擦力[2]；4)用漿液填充樁身混凝土和樁周土層間的空隙，提高了樁土間的粘結(jié)力，提高了樁身的摩阻。

2.2 樁底后壓漿提高承載力機(jī)理

1)因?yàn)闃兜讐簼{在樁的下端形成了一個(gè)放大頭，它對(duì)樁底和周邊的土層進(jìn)行了壓縮，使得它變得更加致密，從而增大了樁端和周邊的土層的橫向壓力，從而提高了樁的樁側(cè)摩阻力；2)在樁底減壓時(shí)，隨著滲碳量的增大及滲碳?jí)毫Φ脑龃螅徊糠謶腋∥飼?huì)流入到樁周較弱的土壤層，從而改善了樁土周圍的性質(zhì)，增大了與樁周土壤的摩擦力；3)在樁底后壓漿的壓力和樁端土壤的封堵是同步的，由于壓漿的作用使樁身提前上升，從而增加了樁身的摩阻；4)樁身受壓后，樁身側(cè)摩阻、樁端摩阻均增大，樁身承載力得到明顯提高。

3 鉆孔灌注樁后壓漿施工過程中極易出現(xiàn)的問題及改善措施

3.1 后壓漿鋼管的連接操作

3.1.1 存在問題

為節(jié)約工程成本，許多施工單位通常利用焊接工藝，使鋼管在有壓水環(huán)境下進(jìn)行高效連接。但在實(shí)際施工中，因受壓的鋼管壁面較薄，極易發(fā)生焊合，因此盡管鋼管彼此相連，但其隱蔽內(nèi)常有孔洞，在混凝土澆筑時(shí)，孔洞極易被水泥漿堵塞，這將極大地影響到樁基礎(chǔ)的承載力和質(zhì)量。

3.1.2 處理措施

具體來說，有兩種方法：1)采用加壓的方法將鋼管與加壓的方法聯(lián)結(jié)在一起；2)在每根壓力管道裝入井口后，都要同時(shí)做一次水槍測(cè)試，一旦發(fā)現(xiàn)管道中的液面降低，就要立即查明原因，并采取相應(yīng)的措施來排除。

3.2 壓水

3.2.1 存在的問題

在工程施工中，有些施工單位只重視壓漿溶液的施工本身，而忽略了壓力水處理管道的操作，誤以為只要壓力管的安裝不出問題就可以完成施工。但實(shí)際上，在后壓漿液的管道中，除了管道外和出口外，還會(huì)覆蓋一層混凝土，若不結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際，將會(huì)嚴(yán)重影響壓榨液的順利完成。

3.2.2 處理措施

在鉆孔灌注樁后壓漿施工中壓水是一個(gè)重要的步驟。一般情況下，為了保證壓水通路的通暢性，在澆筑后24h之內(nèi)，都需要進(jìn)行水試。但在施工過程中，在擠漿狀態(tài)下的樁身極易發(fā)生垮塌、脹大、荷載過大等問題，此時(shí)必須進(jìn)行預(yù)加壓水，以保證在加壓作用下的水分能夠滲透進(jìn)水泥鋪面[3]。

3.3 噴頭無法打開

3.3.1 存在問題

在壓力大于10MPa的情況下，還是不能開啟加壓溶液的噴頭。

3.3.2 處理措施

這表示在噴頭上已有損傷，因此不應(yīng)該加大壓力，而應(yīng)該在另外一支試管中補(bǔ)充一定的壓力。

4 后壓漿鉆孔灌注樁質(zhì)量控制

4.1 準(zhǔn)備階段

在后壓漿鉆孔灌注樁準(zhǔn)備階段為防止鉆孔偏斜，在鉆孔過程中必須經(jīng)常使用經(jīng)緯儀檢視鉆桿的垂直度，一旦發(fā)現(xiàn)鉆桿有傾斜現(xiàn)象，就必須立即停下并及時(shí)修理。對(duì)于較大的、堅(jiān)硬的巖石，必須采用沖壓型或組合型。在實(shí)際工程中，采用導(dǎo)向設(shè)備也是一種簡(jiǎn)便的預(yù)防樁身偏斜的措施。

4.2 鉆孔階段

在湖塘、溝谷及河漫灘等新生粘土及泥沙地層中，鉆孔極易產(chǎn)生收縮，特別是對(duì)于流體指數(shù) IL>0.75的軟塑態(tài)和流塑態(tài)粘性土，特別是對(duì)于流體指數(shù) IL>1.0的軟塑態(tài)和流塑態(tài)粘性土，更是難以避免的收縮和收縮。關(guān)于孔徑的質(zhì)量問題包括。

1)由于地質(zhì)因素的影響，使鉆孔直徑小于規(guī)范規(guī)定的直徑，使樁身截面變小，樁身自重變輕，從而使樁身的安全性能大幅度下降；2)松軟的土層通常都在巖層的上部，這樣的空隙是鉆孔縮徑常有的事，而上部的樁身內(nèi)力又比較大，很容易引起樁身的抗壓強(qiáng)度不夠，從而引起結(jié)構(gòu)的破壞；3)鉆孔大小不按設(shè)計(jì)圖，鋼筋籠大小不合理，導(dǎo)致樁身有“筋漏”現(xiàn)象，樁身受壓變形能力下降甚至消失。在質(zhì)量控制方面，主要采取了增大測(cè)定量值、控制孔尺寸、增大溶液的質(zhì)量、增大溶液的密度、粘度、稠度等方法。另外，由于土質(zhì)地層中極易出現(xiàn)縮孔現(xiàn)象，因此如何有效地減少打樁過程中的停樁時(shí)間，對(duì)提高打樁效率具有十分重要的意義。

4.3 清孔階段

孔底的沉積物被統(tǒng)稱為沉渣，但事實(shí)上沉積物與沉渣是有區(qū)別的。沉渣是指在鉆探過程中以砂、礫石、硝酸鹽等為主的碎石，而沉積物則是由于成孔后長(zhǎng)期處于飽和狀態(tài)，泥沙與泥沙在樁底部形成了一種相對(duì)疏松的隔離層，從而影響了樁的承載力。清孔工作的重點(diǎn)是改善泥漿的質(zhì)量和減少泥漿的空隙時(shí)間。施工實(shí)踐表明，通過對(duì)樁身的合理控制，可使樁身的承載力得到較大的提高[4]。

5 鉆孔后壓漿施工方案

5.1 工藝流程

壓力溶液工藝流程具體如下：壓力管制造→壓力管安裝→壓力管質(zhì)量檢查→澆注混凝土→壓力管開啟→水泥溶液配置、樁壓力溶液→水泥溶液配置、樁下溶液。

5.2 注漿管制作

1)注漿管材料。采用DN20焊接鋼管，其厚度為2.75mm；2)針筒的生產(chǎn)。在焊接鋼管兩端使用拉絲設(shè)備拉絲，拉絲長(zhǎng)度各為50mm。后用生膠帶包扎，再在另一端裝直[5]。安裝時(shí)要用管鉗擰緊，避免在整個(gè)注漿管管道安裝過程中由于脫落或不密封而造成漏漿。同時(shí)，按照孔徑的實(shí)際深度，加工出相應(yīng)的節(jié)段，節(jié)段的兩頭分別進(jìn)行車絲；3)注漿花管制作。對(duì)稱鉆孔取距300mm，鉆孔深度為12.6mm，沿孔橫斷面用3條膠帶繞制，將鐵釘固定于孔口，在鐵釘外側(cè)用3～5條高電壓膠帶繞制。在灌注管道下端采用圓錐形軟木樁進(jìn)行封堵，在樁身一側(cè)的注入器底孔用適當(dāng)?shù)耐廛浤痉饪凇?/p>

5.3 注漿管的安裝

確定注漿管的安放位置及長(zhǎng)度：1)灌注管下端必須埋入鉆孔底部的淤泥中；2)樁側(cè)注漿管道在樁體較弱的土層中布置；3)樁頂與樁側(cè)澆注管道在相同斷面內(nèi)的位置要相等。

5.4 注漿管安裝

1)二次清孔時(shí)，必須將注水管道交于樁身附近，并按以上所述的實(shí)際鉆孔深度，按以上所述計(jì)算出注水管道的長(zhǎng)度，方可進(jìn)行正確的安裝；2)在安裝所述鋼籠的過程中，完成所述注漿管的安裝。樁基注漿管下端500 mm處，為避免注漿管在下落時(shí)鉆入孔壁，應(yīng)將注漿管向下折15～25°；3)用14#線將注漿管管子與鋼筋籠的主筋連接起來，注入管道固定在鋼筋籠外面。在距離樁底注漿底部15 m以內(nèi)，樁身澆筑管端每2 m設(shè)一個(gè)錨點(diǎn)，其他部位及樁身兩側(cè)各4 m設(shè)一個(gè)錨點(diǎn)；4)相鄰的上、下兩個(gè)針筒之間用螺釘固定，在固定時(shí)要將夾頭旋緊，以免在固定管路期間出現(xiàn)脫開或防水現(xiàn)象；5)在鋼筋籠的孔口搭接之前，壓漿管道必須注滿水，以確保密封。灌漿管道充入清水后，其表面能維持穩(wěn)定，不起不落者，為灌漿管道的密封性良好。如果有，就要舉起鋼筋籠，對(duì)漏水的原因進(jìn)行檢查，在滿足要求后方可下另一節(jié)籠。在下籠的時(shí)候，要慢慢放入嚴(yán)禁用力墩下或者扭動(dòng)；6)離開水籠后，將塞子擰緊，防止污物流入壓漿管內(nèi)，損壞漿管，并采用不同的涂料對(duì)樁底澆注管道與樁側(cè)澆管道進(jìn)行區(qū)別，以免造成混亂。

6 結(jié)語

在鉆孔灌注樁后壓漿法施工技術(shù)中，由于其所處的環(huán)境較為隱秘，要求相關(guān)施工單位對(duì)樁基施工中的各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行細(xì)致的研究，從而使鉆孔后壓漿法施工的效率與質(zhì)量得到極大的提高。同時(shí)，還要充分發(fā)揮鉆孔樁后壓漿技術(shù)在道路項(xiàng)目施工過程中的作用，保證基礎(chǔ)承載能力水平，為后續(xù)工程的順利進(jìn)行打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，從而極大地提升道路項(xiàng)目施工質(zhì)量，這也將確保道路實(shí)際運(yùn)行過程中，產(chǎn)生更多的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益，并最終對(duì)我國(guó)建設(shè)可持續(xù)社會(huì)起到一定的促進(jìn)作用。