濕陷性黃土地層樁基后壓漿技術(shù)應(yīng)用與研究

范暉 雷濤 王鵬路

0 引言

后壓漿技術(shù)是指在成樁后對樁端或樁側(cè)土體進(jìn)行壓力注漿，在成樁時在樁底或樁側(cè)預(yù)置壓漿管路和壓漿裝置，待樁身達(dá)到一定強(qiáng)度后，通過壓漿管路，利用高壓壓漿泵壓注以水泥為主劑的漿液，壓力漿液對樁端沉渣、樁側(cè)泥皮及樁周土體起到滲透、填充、置換、劈裂、壓密及固結(jié)等不同作用，改變土體的物理力學(xué)性能及樁土邊界條件，從而提高了樁基的承載力，減少了沉降量。

由于黃土濕陷產(chǎn)生的負(fù)摩阻力對樁基的承載力是極為不利的，目前，國內(nèi)外學(xué)者從負(fù)摩阻力的形成機(jī)理、計算理論進(jìn)行了很多研究，并取得了很多成果，在準(zhǔn)確計算負(fù)摩阻力的基礎(chǔ)上通過加大樁基尺寸來消除負(fù)摩阻力的影響，是目前常見的做法。

西安市地區(qū)地表以下相當(dāng)厚土層具有濕陷性，導(dǎo)致樁基尺寸普遍較大。例如，西安市東北二環(huán)立交原設(shè)計樁長59 m，鉆孔深度達(dá)到了63 m。由此而產(chǎn)生了一系列問題，如鉆孔機(jī)械選型困難、施工難度增大等。為了合理解決這些問題，在該工程中首次引入濕陷性黃土地層中樁基后壓漿技術(shù)，通過自平衡樁基靜載荷試驗分析樁基承載力提高的效果。

1 工程概況

西安市東二環(huán)—北二環(huán)立交工程是利用世界銀行貸款實施的西安城市綜合交通改善工程，是西安市“十一五”期間的重點建設(shè)項目。

該立交場地地貌單元為渭河三級階地，地形較平坦，地面標(biāo)高介于399.94 m～403.84 m之間。場地地層自上而下依次由第四系全新統(tǒng)人工填土(Qml4)，上更新統(tǒng)風(fēng)積(Qeol32)黃土、殘積(Qlel3)古土壤，中更新統(tǒng)風(fēng)積(Qeol22)黃土、沖積(Qal2)中砂、中粗砂及粉質(zhì)粘土構(gòu)成。據(jù)室內(nèi)土工試驗結(jié)果，②層，④層黃土土樣自重濕陷系數(shù) δzs＞0.015，濕陷系數(shù) δs2.0＞ 0.015，均具濕陷性，場地自重濕陷量計算值Δzs介于42.0 mm～1 014.2 mm之間，綜合判定場地屬自重濕陷性黃土場地，濕陷等級為Ⅱ級(中等)～Ⅲ級(嚴(yán)重)。

2 后壓漿樁基承載力提高機(jī)理

漿液擴(kuò)散機(jī)理隨土層類別、性質(zhì)、上覆壓力、邊界條件等而變化，可分為充填注漿、滲透注漿、劈裂注漿、擠密注漿四種情況。在實際樁端壓漿過程中，并不是以某一種漿液擴(kuò)散形式單獨作用，而是以某種擴(kuò)散形式為主，其他形式為輔，同時共同作用。

2.1 減少樁底沉渣厚度，加固樁端持力層

不管樁端土性質(zhì)如何，注入的漿液與樁端沉渣混合固化，凝結(jié)成一個強(qiáng)度高、化學(xué)性能穩(wěn)定的結(jié)石體，減少沉渣厚度。同時，漿液會沿著樁端持力層的孔隙擴(kuò)散和滲透，使樁端土層強(qiáng)度得到明顯提高，從而提高樁端阻力。對于不同的樁端土質(zhì)條件，樁端壓漿加固的作用機(jī)理并不完全相同。

2.2 改善樁—土界面特征

在樁端壓漿過程中，隨著壓漿量和壓漿壓力的提高，在樁端以上一定高度內(nèi)會沿著樁側(cè)泥皮上滲泛出，加固泥皮、充填樁身與樁周土體的間隙并滲入到樁周土層一定寬度范圍，漿液固結(jié)后調(diào)動起更大范圍內(nèi)的樁周土體參與樁的承載力，改善了樁土接觸面的條件。

2.3 減少樁基沉降變形

在壓漿壓力作用下，樁端土層得到擠壓密實，使樁端壓縮變形部分在施工期內(nèi)提前完成，減少工后的豎向壓縮變形。

3 施工工藝及方法

本工程橋梁樁基為φ150 cm灌注樁，樁長45 m，全橋樁基共計340根，全部采用后壓漿技術(shù)進(jìn)行處理。

3.1 施工流程

準(zhǔn)備工作→按設(shè)計水灰比拌制水泥漿→過濾后存于貯漿桶→用軟管將壓漿泵出漿口接至樁基壓漿管上→用清水打開壓漿閥，待管道暢通后再壓入水泥漿→檢測成樁質(zhì)量。

3.2 壓漿設(shè)備及壓漿管安裝

壓漿系統(tǒng)主要有漿液攪拌器、帶濾網(wǎng)的貯漿桶、壓漿泵、預(yù)埋在鋼筋籠內(nèi)側(cè)的壓漿管和壓漿閥，其中壓漿泵是實施后壓漿的主要設(shè)備?？紤]到壓漿過程中流量和壓力調(diào)整方便，在該工程中選用了BW150型壓漿泵，16 MPa壓力表。泵的壓力和流量可以隨時變檔調(diào)整。

貯漿桶的容量與漿液攪拌器的攪拌能力相匹配，攪拌器漿液出口設(shè)置水泥漿濾網(wǎng)，避免水泥團(tuán)進(jìn)入貯漿桶后吸入壓漿泵導(dǎo)致堵管。

壓漿管采用規(guī)格為公稱口徑1.5 in焊接鋼管(采用國標(biāo)低壓流體輸送用焊接管)，壓漿管底部安裝壓漿閥，每根樁設(shè)置三根壓漿管，并按120°夾角布置在鋼筋籠內(nèi)側(cè)，用鐵絲綁扎在鋼筋籠上，同鋼筋籠一起下入孔內(nèi)。

也可以利用超聲波檢查混凝土質(zhì)量的聲測管作為壓漿管，先聲測、后壓漿，既經(jīng)濟(jì)又方便。

3.3 水泥漿

壓漿材料采用42.5普通硅酸鹽水泥，初凝時間為3 h～4 h，稠度為17 s～18 s，7 d強(qiáng)度不小于10 MPa。

水泥漿配合比通過試驗確定。

3.4 開閥

壓漿前，為使整個壓漿管路暢通，先用清水壓開壓漿閥。開閥要逐步升壓，當(dāng)壓力驟減、流量突增時，表明管路已經(jīng)開通，必須立即停機(jī)，防止大量水涌入地下。用清水打開壓漿閥的壓力一般為6 MPa～10 MPa左右。

3.5 壓漿

待樁體混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計強(qiáng)度的80%并大于20 MPa后實施后壓漿。壓漿時將一個承臺的兩根樁作為一組進(jìn)行，兩根樁循環(huán)壓漿。兩根樁分別有三根壓漿管，編號均是A，B，C管，先壓第一根樁的A管，壓漿量約占總量的70%，再壓第二根樁的A管，然后依次壓完第一根樁的B，C管和第二根樁的B，C管，這樣就能保證每根樁的兩根壓漿管壓漿間隔在30 min以上，給水泥漿在土層中擴(kuò)散的時間。

后壓漿采用壓漿量和壓漿壓力雙控，以壓漿量為主，壓力控制為輔。當(dāng)滿足下列條件之一時即可終止壓漿:

1)壓漿量達(dá)到 3.75 t。

2)壓力超過3 MPa，壓漿量未達(dá)到 3.75 t，間隔 10 min～15 min再壓漿，仍壓不進(jìn)去，即可終止壓漿。

4 后壓漿樁基承載效果

通過對C-20號，C-17號試驗樁(實體工程樁)進(jìn)行的壓漿前、后自平衡靜載試驗，對其效果進(jìn)行了對比分析，試驗結(jié)果如表1，表2所示。

表1 C-20號試樁壓漿前后樁基承載能力試驗結(jié)果

表2 C-17號試樁壓漿前后樁基承載能力試驗結(jié)果

壓漿前樁基承載力均為16 875 kN，壓漿后樁基承載力分別為24 068 kN，25 268 kN，提高的比例分別是 42.6%和 49.7%。

采用樁端后壓漿技術(shù)后，樁端阻力提高幅度非常大，兩根試驗樁樁端阻力分別提高了124.3%和152.6%。

試驗結(jié)果表明，C-20號，C-17號樁樁端壓漿的效果良好，試樁采用的后壓漿施工工藝能夠大幅度提高單樁極限承載力，滿足設(shè)計要求。

根據(jù)試驗結(jié)果，本工程將原設(shè)計的59 m樁長縮短為45 m，通過對340根灌注樁進(jìn)行的費用、工期、承載力三項指標(biāo)分析，采用后壓漿技術(shù)節(jié)約投資約754萬元，縮短工期約57 d，產(chǎn)生了巨大的經(jīng)濟(jì)效益。

5 結(jié)語

1)鉆孔灌注樁后壓漿技術(shù)工藝設(shè)備簡單，料廣價廉，操作方法易于掌握，能顯著提高鉆孔灌注樁的承載力，是降低基礎(chǔ)施工成本的有效方法和手段，具有較高的推廣價值。

2)對注漿量與承載力的關(guān)系、注漿壓力在不同地層條件下與注漿量的優(yōu)化比、承載力的增大幅度值等都還需進(jìn)一步進(jìn)行量化研究。

3)由于目前國內(nèi)尚無統(tǒng)一的后壓漿技術(shù)工藝的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，建議盡快組織有關(guān)專家研究討論制定國內(nèi)統(tǒng)一的相關(guān)技術(shù)規(guī)范，以便各單位參考使用。

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