提高鉆孔樁樁底壓漿工效及保證質量的技術措施

劉寶新，唐世杰，陳躍武

(1.中建六局鐵路公司，天津 300121;2.黑龍江北方有色建設有限責任公司，黑龍江哈爾濱 150046)

提高鉆孔樁樁底壓漿工效及保證質量的技術措施

劉寶新1，唐世杰2，陳躍武2

(1.中建六局鐵路公司，天津 300121;2.黑龍江北方有色建設有限責任公司，黑龍江哈爾濱 150046)

鉆孔樁樁底壓漿技術是向鉆孔灌注樁樁底沉渣和圍巖土體內壓入一定量水泥漿，使樁底沉渣和樁底一定范圍土體孔隙內充滿水泥漿液，經(jīng)物理、化學作用使其強度大幅提高，從而實現(xiàn)單樁豎向承載力的提高。結合高鐵鉆孔樁樁底壓漿施工實踐，介紹了2種壓漿工藝過程，闡明了提高壓漿工效、保證注漿質量關鍵技術措施實施的重要性。

鉆孔樁;樁底壓漿;鉆孔植管;注漿管;水泥漿;開塞;壓力注漿

1 概述

2010年我們在哈大高鐵TJ－2標段施工鉆孔灌注樁期間，根據(jù)新增工程設計要求，同時進行了現(xiàn)澆樁樁底即壓漿和已成樁樁周鉆孔植管樁底壓漿的施工，總計樁底壓漿258根樁，現(xiàn)澆樁即壓漿約占2/3，其它為鉆孔植管后壓漿。為在確保質量的前提下按期完成注漿工作量，在注漿工藝過程中進行了大膽的改進和嘗試，收到了良好的工程效果和可觀的經(jīng)濟效益。通過此次樁底深處壓漿施工，對土體深部壓力注漿機理及在壓漿工序中所采取的封孔、開塞、壓力注漿諸多參數(shù)優(yōu)化控制有了新的認識。提出了保證樁底壓漿質量和提高施工效率關鍵技術措施實施的重要性。

1 工程條件

哈大高鐵TJ－2標段鉆孔樁樁底壓漿施工現(xiàn)場位于沈陽北約20 km高鐵并線施工區(qū)段，鉆孔樁為樁長40～45 m、樁徑1.0 m的摩擦樁群樁基礎。地層自上而下分層厚度為:黑色腐植土0.5～1.0 m;黃褐色粘土10～14 m;黃色中、粗砂8～15 m;強風化黃白色粉質泥巖8～12 m;以下至樁底為灰黑色強風化泥巖。強風化泥巖最大無側限抗壓強度0.8 MPa，裂隙發(fā)育，失水風化速度快并呈龜裂塊狀剝落，強度降至極低。該地層是鉆孔樁樁底壓漿對應層，從巖性分析看，在足夠的漿體壓力作用下可對其包圍巖土產(chǎn)生孔隙充填式注漿和裂隙劈裂式注漿，從而提高樁底巖土強度，樁底沉渣相對未擾動圍巖土體其強度更低，且孔隙度和孔隙率更大，壓力漿體更易注入渣體內使其強度成倍提高。因此，在該區(qū)段鉆孔樁底壓漿可提高樁體豎向承載力，達到減小基礎沉降之工程目的。

2 設備材料選擇

根據(jù)樁底壓漿設計要求，考慮到注漿孔封孔后時準誤差及地表對灌注砼、封孔水泥漿試驗的終凝時間與地下條件實際終凝時間的誤差，注漿開塞壓力可能增大，因此選擇GPB－40型大壓力無級變量注漿泵1臺，其工作壓力為40 MPa，泵量100 L/min;正常壓漿選擇吉林－1型中壓力無級變量泵3臺(經(jīng)加裝磁力調速電機為無級調速)，其工作壓力為 10 MPa，泵量 100 L/min。

鉆孔樁周邊漿管植入鉆孔的成孔機選用XY－1(2)型鉆機共3臺，φ42 mm鉆桿、φ91 mm全面硬質合金鉆頭。

3套自制攪拌機集中安裝在供漿站，輸漿管、注漿管全部采用φ25 mm×3 mm無縫鋼管;封孔漿管采用3/4 in(φ19 mm)PVC軟管。

選用PO32.5袋裝普通硅酸鹽水泥，外加劑選用聚羧酸鹽多功能高效減水劑。

3 工藝過程及技術措施的實施

3.1 現(xiàn)澆鉆孔樁樁底即壓漿

現(xiàn)澆鉆孔樁樁底即壓漿工藝就是將注漿無縫鋼管隨樁體鋼筋籠一同下入樁孔內，注漿管在鋼筋籠上三等分布置，注漿管通過工程主籠、注漿管引導籠的綁套及引導籠最底端懸掛連接使其出漿袖閥口下至樁孔最底部，漿管以管箍連接并管頂端高出地表1 m左右，正常灌注水下砼后待砼體終凝后并初期強度較小時以漿管內注入高壓水壓開出漿閥包圍砼體形成注漿通道，即時接入壓力水泥漿并壓足設計用量。

3.1.1 注漿管的制作

注漿管底口以焊接方式封堵，管底端0.5 m段管壁鉆φ5 mm孔眼多個，其孔眼總面積為注漿管通漿面積2倍左右為宜，所鉆孔眼用防水膠帶緊裹3層，使其成為具有單向袖閥作用的注漿管;為了避免漿管安裝下入樁孔時與孔壁、鋼筋籠、導管擦碰損壞密封帶破壞袖閥，漿管底密封膠帶段套以φ40 mm×2 mm管0.6 m，并以焊接方式與漿管固定;為保證漿管底口能夠下至樁孔孔底，在漿管底端加焊懸掛筒，即將長度10 cm的φ25 mm×3 mm短鋼管并焊在無袖閥眼漿管最底端即可。

3.1.2 注漿管的安裝

鉆孔樁主籠嚴格按設計要求加工制作成數(shù)節(jié)，主籠下接的漿管導籠因樁長設計不等而施工孔深不一需合理配接，漿管安裝總長度應大于該樁孔深度2 m為宜;漿管按接籠順序用12號鐵絲捆綁在鋼筋籠內側，鐵絲與漿管間要以松滑式綁扎，綁扎點間距3～4 m為宜，漿管綁結點以上2 m內應無接箍;為防止孔口接籠時漿管滑出籠外或落入孔內，在每節(jié)籠底端每根漿管加綁一道緊固鐵絲，在接籠時上下對接漿管時將其解開以方便旋緊漿管;漿管下入樁孔時，底管底端的懸掛短管要插掛在與導籠底端主筋焊接在一起的托桿上，并要求上下活動自如，而后按序將裝好注漿管的引導籠、主籠下入樁孔內并固定主籠于孔口橫桿;為確保袖閥密封膠帶不被因漿管內外液柱壓差過大破壞，每下一節(jié)鋼筋籠后，均應在漿管內注滿清水并在一定壓差下檢查管內水位無變化方可對接后序鋼筋籠及漿管，如有漏水須提出漿管并排除故障后續(xù)接鋼筋籠和漿管;最后一節(jié)主籠及漿管下入樁孔并孔口固定后，用吊鉤上提漿管并轉角90°使其下端懸掛機構脫鉤后緩下漿管至樁孔底，并漿管注滿清水檢查無漏失后封堵管口，以防雜物堵塞漿管通道。

3.1.3 灌注水下砼

二次清孔后按序接好導管后即可灌注水下砼，要強調的是充分做好灌前準備工作，保證灌注順利，盡可能減少導管上下竄動頻次。

3.1.4 開塞

現(xiàn)澆灌注樁即壓漿施工，最關鍵的工序是開塞，開塞時間的確定是以灌注砼浸水狀態(tài)下地表試驗的終凝時間、砼初期強度增長與時間曲線關系確定參考時區(qū)的，開塞時區(qū)一般在灌注砼終凝后且砼體強度≯3 MPa時間范圍內為宜。經(jīng)現(xiàn)場地表試驗及壓漿實際開塞操作驗證，本次即壓漿開塞時區(qū)為初灌水下砼后10～15 h為宜，如開塞接入漿泵壓力較大，開塞時區(qū)可在初灌后10～20 h。

3.1.5 水泥漿配制

水泥漿的制做與儲存要分為兩個獨立的攪拌筒，制漿筒上要有明顯加水標記，不同的水位標記要注明相應的水泥加量，以確保水泥漿配制的水灰比滿足設計要求;儲漿筒也是壓漿泵的吸漿罐，制好的水泥漿要經(jīng)細砂網(wǎng)過濾后置于儲漿筒內，為保證水泥漿均勻不沉淀，儲漿筒內須安裝攪拌葉緩慢攪拌漿體，以便供給多臺壓漿泵注漿使用。

水泥漿的配制參數(shù)如表1。

表1 水泥漿配制參數(shù)表

3.1.6 壓漿工序

接管→清水通管→關閉孔口閥清水開塞→打開孔口閥用引漿漿體置換輸漿管清水為水泥漿→關閉孔口閥并壓入引漿0.3～0.5 m3后換正常注漿用水泥漿→觀察壓力勻速注入按設計用量配制的水泥漿。

3.2 已成樁樁底后壓漿

已成樁樁底后壓漿就是在樁體周邊外鉆孔植入注漿管到樁底一定深度，用封孔水泥漿封堵孔管環(huán)狀空間后，將水泥漿通過注漿管壓入樁底巖土體內以提高其強度，實現(xiàn)提高單樁豎向承載力之工程目的。

3.2.1 設計技術要求

在樁徑1.0 m樁周三等分布置3個注漿孔，孔中心距樁身外緣不大于0.5 m，設計深度大于樁底深度1.0～1.5 m。注漿管采用φ25 mm×3 mm無縫鋼管，螺紋管箍連接。單樁壓入水泥量≥3 t，每根漿管壓入水泥量≥1 t。水泥漿水灰比0.5，注漿壓力≤3 MPa。

3.2.2 注漿工序

拆除原承臺→清理場地→布置注漿鉆孔→安裝鉆機并鉆孔→終孔后下入注漿管(封孔漿管)→封堵鉆孔環(huán)狀空間→開塞→注漿至設計量。

3.2.3 鉆孔及注漿工藝

采用液動沖擊釬頭拆除原承臺并人工清理場地，壓伏原樁頭鋼筋于地表便于工作即可;安裝XY－1(2)型鉆機于設計注漿孔位上;采用φ130 mm鉆頭開孔后下入φ127 mm套管1 m改φ91 mm全面硬質合金鉆頭鉆至設計孔深;由于鉆遇巖土在18～30 m段為中、粗砂，須采用優(yōu)質低固相泥漿清渣護壁;注漿孔經(jīng)檢測深度合格后立即下入注漿管和封堵漿管，封堵管底口要高于壓漿管底口2 m;漿管下入鉆孔后立即從孔口處填入中、粗砂10 kg左右使壓漿管底約1.5 m段埋入砂中不受封堵水泥漿的影響，而后立即接通封堵用水泥漿壓漿泵壓注封孔水泥漿使其充滿鉆孔管環(huán)狀空間;封孔后20 h即可開塞壓漿。

4 樁底壓漿的關鍵技術措施

4.1 現(xiàn)澆鉆孔樁樁底即壓漿

4.1.1 壓漿管制作與安裝

壓漿管端要盡可能下至樁孔孔底，最好將底管袖閥出漿口段插入孔底沉渣內，要做到這一點，必須要做好如下幾個關鍵環(huán)節(jié)。

(1)保證每根下入樁孔內的漿管上下提拉活動度好，就是說主筋與注漿管綁扎鐵絲要滿足鐵絲與主筋相對緊固而鐵絲與注漿管呈寬松活動狀態(tài);

(2)鐵絲套以上2 m內注漿管不要有管接箍連接，以防下放漿管時綁扎鐵絲套阻礙管箍而漿管管底下不到樁孔孔底;

(3)底管底端懸掛短管要與注漿管焊接牢固，以防漿管不斷接長后重力加大拉開焊口發(fā)生跑管事故;

(4)導籠底端懸掛漿管的托桿要采用直徑＞16 mm圓鋼并要規(guī)則折彎后牢固焊接在導籠主筋上，以防托桿受力變形脫掛失效和焊口拉開事故發(fā)生;

(5)漿管與管箍連接絲扣一定要足扣并保證加工精度，接管時在絲扣處加裹生膠帶以提高其密封性能，保證漿管在足壓下無任何泄漏事故發(fā)生;

(6)在壓漿管下入樁孔前一定要檢查袖閥口密封膠帶及保護套是否完好，發(fā)現(xiàn)損壞立即修復后再下入孔內;

(7)接長注漿管前要加清水于注漿管內認真檢查下入孔內漿管密封性能，發(fā)現(xiàn)泄漏立即提出漿管排除故障后再連接后續(xù)漿管，管內加水不得馬虎，以確保下管過程中管內外壓差不至過大破壞密封膠帶，保證注漿之前漿管通漿暢通無阻。

4.1.2 水泥漿配制與使用

對水泥漿的要求是:(1)用新鮮水泥制漿;(2)漿體中須按比例加入減水劑以保證在較小的水灰比條件下具有良好的流動性和漿體穩(wěn)定性;(3)制好的漿體須用細砂網(wǎng)過濾后進入吸漿筒，以防渣塊堵塞泵閥造成漿泵泄壓甚至無法工作，在注漿中拆卸漿泵往往造成管路水泥漿凝固，因此導致輸漿管大批報廢和工效大幅下降，還可能導致該漿管注漿中斷超時注漿管內水泥漿凝固無法壓入后續(xù)設計用量水泥漿而影響注漿質量;(4)儲漿筒要定期清理，一般間隔48 h應徹底清理筒壁掛漿形成的水泥皮層一次，否則因振動水泥皮層落入漿體進入泵室閥體內同樣會導致如上所提及的不良后果。

4.1.3 開塞

開塞時間一定要把握適當，在施工中一方面盡力將袖閥出漿口下至孔底沉渣中，另一方面要選用泵壓余量足夠的40 MPa大泵進行開塞，開塞時間一般在初灌后10～20 h均能實現(xiàn)順利開塞，開塞壓力正常在5～8 MPa，極個別在近25 MPa下開塞，開塞后注漿壓力通常在3 MPa以下。施工中發(fā)現(xiàn)，吉林－1型泵(最高泵壓8 MPa)只能正常注漿使用，開塞工作有一定困難，且機故率高。

4.1.4 工序優(yōu)化

單樁樁底即壓漿應在3根漿管均開塞后一次性連續(xù)注漿效果更好，每注一根漿管時要先封堵另兩根漿管管口以免竄出漿體，以實現(xiàn)高效率高質量注漿效果;群樁樁底即壓漿在條件允許的情況下，應選擇先外后內的帷幕注漿順序施注，最好一次連續(xù)注漿完成，這樣可在提高注漿效率的同時保證漿體向樁底豎向范圍擴散延伸以取得更加理想的壓漿效果，出現(xiàn)的情況是帷幕內后期樁底壓漿壓力會升高。

4.2 已成樁樁底后壓漿

此工法在注漿管制作，制、壓漿工序相關的關鍵技術措施與即壓漿工法相同。特別提出的是:安裝注漿管是單孔雙管(含封孔管)，在依序吊接下入孔內后，一定要以足量的中粗砂填充孔內使袖閥出漿口埋入砂粒中，以確保封堵漿體不致包裹壓漿底管袖閥出漿口段，這樣做可減少壓漿前的開塞工序。如需壓漿前開塞，可在封堵后20～30 h進行。

注漿管植入鉆孔的施工與注漿管(封堵管)的植入、封堵環(huán)狀空間最好一次性完成，并及時開塞。群樁注漿最好采取帷幕注漿順序一次性連續(xù)注完一個群樁體以實現(xiàn)高效優(yōu)質壓漿效果。

5 注漿工程效果

現(xiàn)場對個別壓漿樁底巖土體進行了鉆孔取樣，可明顯觀察到樁底巖土體內存有網(wǎng)狀水泥漿充填和團塊狀水泥結塊，水泥漿向樁底延伸最大可達2.5 m，群樁樁底巖土體水平向漿脈相互穿插為一體。

為了減少壓漿樁與前期未壓漿樁整體結構的沉降差異，對壓漿樁上部結構進行了加載預壓，預壓沉降量＜2 cm，而未注漿樁結構沉降量一般在3～7 cm。

6 結語

鉆孔樁樁底壓漿對于提高樁體豎向承載力確有明顯工程效果，特別是在松軟樁底巖土體承載力較低且樁體較短、樁周摩阻承載力較小的情況下更具明顯工程效果。要獲得好的壓漿工程效果，必須對壓漿對應的土體特性和相對應的壓漿工藝及參數(shù)進行現(xiàn)場多次試驗，優(yōu)選其最佳工藝及參數(shù)，不可套搬，要做到針對地層特性，靈活把握工藝實施過程，方能注入足量的水泥漿體，以實現(xiàn)加固樁底巖土體工程效果。

［1］陳飛，段新勝，方青春，等.鉆孔灌注樁樁側樁端后壓漿技術在武漢瑞通廣場的應用［J］.探礦工程(巖土鉆掘工程)，2004，31(1):29－31.

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Technical Measures to Increase Work-efficiency and Ensure Quality of Pile Bottom Grouting for Bored Pile

LIU Bao-xin1，TANG Shi-jie2，CHEN Yue-wu2(1.China Construction Sixth Engineering Bureau Railway Company，Tianjin 300121，China;2.Heilongjiang North Nonferrous Metals Construction Co.，Ltd.，Harbin Heilongjiang 150046，China)

Pile bottom grouting for bored pile means grouting cement slurry into the sediment and surrounding soil mass to largely increase their strength by fully filling the soil pore of the sediment at the pile tip and the soil mass to a certain range.By the physical and chemical effect，the strength was greatly enhanced to increase the vertical bearing capacity of single pile.Based on the construction practice of pile bottom grouting for bored pile of high speed railway，the paper introduced two kinds of grouting process and elucidated the importance of improving working efficiency，ensuring grouting quality and the implementation of key technical measures.

bored pile;pile bottom grouting;grouting pipe putting;grouting pipe;cement slurry;plug opening;pressure grouting

U443.15+4

A

1672－7428(2011)10－0056－04

2011－03－09;

2011－05－11

劉寶新(1973－)，男(漢族)，黑龍江蘭西人，中建六局鐵路公司總工程師、高級工程師，交通土建專業(yè)，從事鐵道工程建設與研究工作，天津市濱海新區(qū)杭州道72號，hd6jzg@126.com。