布袋樁施工常見問題及對策研究

周綱 鄭鵬飛 王毅紅

摘 要：基于土工合成材料在鹽漬土地基中耐腐蝕的特點，采用一種適用于超強鹽漬土地區(qū)的防腐蝕新技術(shù)——大直徑袋裝混凝土灌注樁（簡稱“布袋樁”），以察爾汗鹽湖的察格高速項目為依托，對布袋樁這種新工藝在施工過程中的問題進行總結(jié)、分析和研究，提出了解決和預(yù)防性對策，對混凝土澆注前防腐袋的完整性給出了較科學(xué)的控制方法。

關(guān)鍵詞：超強鹽漬土；布袋樁；防腐袋；注漿排漿法

中圖分類號：U419.5 文獻標志碼：B

Research on Common Problems of Bagged Concrete Piles and Solutions

ZHOU Gang1， ZHENG Pengfei1，WANG YiHong2

（1. CCCC First Highway Consultants Co. Ltd.， Xian 710068， Shaanxi， China；

2. School of Civil Engineering，Changan University， Xian 710061， Shaanxi， China）

Abstract： Given that the geosynthetics are characterized by their corrosion resistance in salty soil， bagged concrete piles （referred to as BCPS） with large diameters were applied to super saline soil areas. Based on the project of QarhanGolmud Expressway starting from Qarhan Salt Lake， problems that might occur during the construction of bagged concrete piles were studied and summarized， and preventative measures and solutions were proposed. Reasonable ways to maintain the completeness of the preservative bags before pouring the concrete were also mentioned.

Key words： super saline soil； bagged concrete pile； preservative bag； concrete pouring and discharging

0 引 言

在察爾汗鹽湖地區(qū)，由于土壤中易溶鹽含量高、成分復(fù)雜，地下水位較高、變化復(fù)雜且礦化度高[13]，場地土及地下水對混凝土結(jié)構(gòu)具有強烈的腐蝕作用[45]。為解決察格高速橋梁樁基礎(chǔ)混凝土防腐蝕和耐久性問題，我院工程技術(shù)人員采取內(nèi)增外隔（即混凝土自身提高防腐蝕性能并將混凝土與腐蝕環(huán)境隔離）的防腐思路，基于土工合成材料在鹽漬土地基中耐腐蝕的特點，發(fā)明了一種新型防腐專利技術(shù)——大直徑袋裝混凝土灌注樁技術(shù)，即把樁基混凝土灌注在防滲土工材料制作的布袋內(nèi)形成裹體現(xiàn)澆樁，故形象的稱為“布袋樁”。該技術(shù)通過土工材料將樁基礎(chǔ)與鹽漬土環(huán)境完全隔離，克服了鹽漬土環(huán)境下混凝土耐久性差、壽命預(yù)測缺乏規(guī)范且依據(jù)不足的困難，解決了氯鹽為主的超強鹽漬土環(huán)境下混凝土耐久性和承載力的問題，使修建大型混凝土建筑物稱為可能。

1 布袋樁主要施工流程與特點

大直徑袋裝混凝土灌注樁技術(shù)的施工主要流程見圖1。

相對于普通鉆孔灌注樁的施工工藝，布袋樁增加了成孔后防腐袋安裝、注漿排漿法2道工序。

施工中采用常規(guī)工藝成孔后，為了將樁基混凝土與強腐蝕的地基環(huán)境隔離，需要將工廠加工成型的防腐袋置入鹵水泥漿充盈的鉆孔內(nèi)，并使防腐袋與設(shè)計樁長同深。

防腐袋與鉆孔同深后，向防腐袋內(nèi)注入符合工程要求的泥漿或淡水，利用水頭高度和泥漿濃度形成的壓力差，將防腐袋外的鹵水泥漿排出鉆孔，使防腐袋在孔深范圍內(nèi)撐開并與孔壁緊密粘結(jié)。這是安裝鋼筋籠、澆注基樁的袋內(nèi)混凝土以完成混凝土與環(huán)境隔離的關(guān)鍵[6]。

因此，防腐袋安裝就位、注漿排漿確保防腐袋在鹵水泥漿的撐開，是現(xiàn)澆混凝土布袋樁區(qū)別于常規(guī)鉆孔樁施工的2個主要流程。

2 布袋樁施工中常見問題及對策

2.1 防腐袋長度的確定

防腐袋長度需要考慮設(shè)計樁長、孔口工作長度、樁底綁扎及配重高度（圖2、3）。

孔口預(yù)留一定的長度是為了保護樁頭和上部做防水處理。為便于現(xiàn)場施工，孔口工作長度一般取200 cm，且不得小于基樁孔內(nèi)外水頭差與100 cm的箍口長度之和。

建議樁底綁扎長度不大于孔徑的0.6倍。配重底至卡盤（圖4）頂?shù)姆栏即L度須與孔深相同。

2.2 防腐袋加工要求

防腐袋是利用土工復(fù)合材料具有防腐蝕、抗?jié)B透、高強度、耐磨損、親和力強等特點，一次熱壓成形的僅上端開口的密封防滲土工布袋。防腐袋的整體完整性是將混凝土樁基礎(chǔ)與強腐蝕環(huán)境隔離的最基本保證；除工廠的嚴格檢查外，防腐袋使用前應(yīng)在現(xiàn)場進行100%充氣檢查，若有漏氣現(xiàn)象，則不得在工程中使用。

防腐袋所用的三布兩膜防滲土工布的主要技術(shù)指標滿足設(shè)計要求外，還需在加工過程中注意以下事項。

（1）加工防腐袋的土工布幅面建議按照基樁的直徑選擇。原則上基樁直徑在120 cm以下時，采用單幅土工布且樁長方向只有1條接縫；基樁直徑在120 cm以上時，接縫不多于2條。

（2）防腐袋撐開后為確保防腐袋與鉆孔壁粘合，防腐袋的直徑應(yīng)比基樁成孔直徑大10 cm。

2.3 防腐袋施工損傷的預(yù)防措施

為避免施工時劃傷、劃破防腐袋，應(yīng)采取以下措施。

（1）樁頂部的鋼護筒必須進行倒角磨邊處理，保證光滑無尖刺。

（2）將防腐袋袋口固定在定位卡盤模具上，袋口夾具與袋體間應(yīng)夾設(shè)橡膠墊，防止硬性損傷，如圖5所示。

（3）防腐袋的底部配重宜采用表面光滑、無明顯棱角的碎石或礫石。綁扎用的鐵繩頭應(yīng)進行防護處理，以防刺傷防腐袋。

（4）鋼筋籠的螺旋鋼筋點焊在主筋上時，外側(cè)焊縫應(yīng)打磨掉尖刺狀部分，焊點呈梅花形分布。

（5）鋼筋籠應(yīng)按預(yù)制混凝土圓餅型（圖6）定位，預(yù)制圓餅時可包裹土工布，避免棱角對防腐袋的擠壓剪切。圓餅厚度為20～40 mm，圓餅半徑R按照公式（2）計算

式中：R為混凝土保護層圓餅型預(yù)制塊半徑（mm）；c為保護層設(shè)計要求的厚度，建議取100 mm；ds為鋼筋籠加勁筋外徑（mm）；e為圓餅型預(yù)制塊中間圓孔與鋼筋籠加勁筋的工作間隙，建議取5 mm。

（6）在直徑與加勁筋相同的光圓鋼筋底部，鋼筋籠點焊成與鋼筋籠錐形頭直徑相同的閉合圓形鋼筋，以遮擋主筋尖刺狀的鋼筋頭。在閉合圓形鋼筋與主筋焊接完成后，用土工布綁扎底部加勁筋，以減少安裝鋼筋籠時對防腐袋的摩擦和劃損，如圖7所示。

（7）鋼筋籠錐形頭底部焊接1塊4～6 mm厚的鋼板，以緩沖第1盤水下混凝土澆注時沖擊力對防腐袋底部束口的沖擊破壞。

（8）防腐袋下端束口盡量選用強度高、延伸率小的塑料帶、麻繩或緊口卡帶，盡可能不用質(zhì)地堅硬的鋼絲或鋼繩綁扎，避免防腐袋施工及澆注混凝土過程中尖頭器物刺破防腐袋。

（9）拔排漿管時，應(yīng)緩慢進行，減少對防腐袋的剪切損傷。

（10）鋼筋籠在現(xiàn)場焊接接長時，應(yīng)在井口安裝遮擋裝置，并將袋內(nèi)水灌滿，以防電弧焊火花燒傷防腐袋。

2.4 防腐袋完整性檢測方法

工程實踐中，土工布制作的防腐袋下放后，檢查是否漏水的方法有3種：防腐袋撐開后，袋內(nèi)水頭差在20 min內(nèi)的變化不大于50 mm，說明防腐袋不漏水；通過孔內(nèi)鹵水泥漿摻入的化學(xué)材料與袋內(nèi)水摻入的化學(xué)添加劑發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生上冒氣泡判斷，若無氣泡，說明防腐袋良好；防腐袋可采用導(dǎo)電型HDPE土工膜，通過電火花測試設(shè)備對防腐袋進行檢測。

在施工過程中，應(yīng)對防腐袋進行多次漏水檢測，如出現(xiàn)破損須及時更換或采取其他補救措施，建議利用前2種方法同時驗證。

2.5 下放防腐袋過程中浮力的解決對策

由于防腐袋用土工布制成，其比重較鉆孔內(nèi)的鹵水泥漿小很多，僅僅依靠自身的重量不能克服浮力，施工過程中需要在防腐袋底部進行配重，使防腐袋在配重的作用下，克服浮力達到設(shè)計深度。

2.6 下放防腐袋過程中活塞效應(yīng)的產(chǎn)生及解決對策

防腐袋外鹵水泥漿的排出是防腐袋順利撐開并與鉆孔孔壁無縫隙粘合的前提。注漿排漿過程中的活塞效應(yīng)是在下沉至孔底的防腐袋中，注入符合工程要求的泥漿或清水的過程時，防腐袋在孔內(nèi)撐開并與孔壁較緊密地接觸，形成類似活塞的形狀，使防腐袋外鹵水泥漿排泄通道阻隔，導(dǎo)致孔底部分鹵水泥漿無法排除[78]。

為了解決防腐袋注漿擠壓排出袋外、鉆孔內(nèi)的鹵水泥漿，以及排漿過程中出現(xiàn)的活塞效應(yīng)，使防腐袋在袋內(nèi)泥漿壓力的作用下緊貼孔壁，滿足鋼筋籠的下放的空間要求，就需要利用水頭差、泥漿比重產(chǎn)生的壓力差。

式中：h為袋內(nèi)外水頭差（mm）；ρs為袋外鹵水泥漿比重（N·mm-3）；ρn為袋內(nèi)淡水泥漿或淡水比重（N·mm-3）。

對于長細比較大的樁基礎(chǔ)，僅靠水頭差還不能完全克服注漿后出現(xiàn)的活塞效應(yīng)，所以解決活塞效應(yīng)的另一個關(guān)鍵是保證袋外鹵水泥漿排泄通道的暢通。為了做到排漿通道的暢通，需要在鉆孔后，預(yù)先將1～3根壁厚5 mm、直徑50～75 mm長至孔底的排漿管沿鉆孔孔壁均勻分布。排漿管底部2 m范圍內(nèi)設(shè)置梅花形小孔，小孔直徑5 mm，以減少排漿管底堵塞。

樁基礎(chǔ)的長細比較小時，活塞效應(yīng)問題不突出，施工中設(shè)置一定的壓力差后，防腐袋外的鉆孔內(nèi)的鹵水泥漿可順利排出。另外，鋼筋籠安裝與注漿排漿施工宜同時進行。

2.7 孔口防腐袋的固定及坍塌預(yù)防對策

根據(jù)察爾汗鹽湖地區(qū)的地質(zhì)勘查報告，一般情況下地基土在地面以下4～6 m的含鹽量相對地表含鹽量偏低，即孔口土層普遍含鹽量很高甚至有鹽蓋的存在。由于施工中使用的淡水或淡水泥漿外溢或灑出，以及施工機械及鋼筋籠對孔口的碰撞等施工外荷載的存在，使孔口容易發(fā)生鹽融陷、防腐袋脫落等情況。為防止孔口坍塌[910]，孔口需設(shè)置護筒且其埋置深度為2～4 m并高出地面約03 m，護筒內(nèi)徑比樁徑大02～04 m。

察格高速公路現(xiàn)澆混凝土布袋樁施工中，為減少孔口鹽融陷對固定樁位及土工布袋的影響，將護筒埋設(shè)深度調(diào)整為孔口地面以下45 m左右，護筒高出地面0.5～1 m。鋼護筒頂端沿周長加焊圓滑的凸箍，并安裝活扣鋼帶，便于布袋的固定；此外還預(yù)留了鹵水泥漿排出口。成樁后，鋼護筒與設(shè)計樁頭平齊，護筒作為結(jié)構(gòu)防腐的一部分，不可取出。

2.8 鹽漬土環(huán)境下塌孔的預(yù)防對策

防腐袋的安裝采用注漿排漿法，泥漿自流流速明顯減緩后，以泥漿泵抽排。在施工過程中，為防止淡水泥漿對地基的溶陷，造成塌孔現(xiàn)象，可采取以下措施。

（1）防腐袋下放前在孔內(nèi)緊貼外緣處對稱位置設(shè)置排漿管。如采用PVC管，在混凝土澆注后不得拔出，并盡快高壓注入同標號水泥漿；如采用鋼管，排漿管在混凝土澆注前不得拔出，澆注過程中與澆筑水下混凝土的導(dǎo)管同步提升，但需注意鋼排漿管須用內(nèi)絲連接。

（2）施工過程中盡量縮短成孔與混凝土澆注前的時間間隔。

（3）盡量降低孔底沉渣厚度，可采用反循環(huán)工藝清孔。

（4）隨時注意注排的水位平衡，排漿管底部2 m處應(yīng)加工成花管，底部可用泵吸，但泵吸的速度不得大于頂部袋內(nèi)泥漿的注入量。

（5）現(xiàn)場泥漿池需硬化，不得就地挖掘，以防止泥漿對樁基附近鹽漬土地基的溶陷等影響。

3 結(jié) 語

（1）大直徑的布袋樁基本解決了超強鹽漬土環(huán)境下混凝土耐久性和承載力低的問題，適用于強鹽漬土地區(qū)且對承載力要求較高的建筑物及大型橋梁。

（2）防腐袋是混凝土灌注樁防腐蝕的主要措施，其完整性直接影響到建筑物、構(gòu)筑物及大型橋梁的使用壽命，故施工中要加強防腐袋劃破、劃傷等損傷的預(yù)防和密封性檢測，以確保防腐效果。

（3）嚴格管理施工現(xiàn)場，防止孔口坍塌及地基溶陷事故，避免現(xiàn)場鋼筋受風(fēng)攜鹽腐蝕及揚塵中的鹽混入灌注樁混凝土內(nèi)。

（4）布袋樁由于增加了下放防腐袋、注排漿等工序，尤其是在樁長較長的情況下，受活塞效應(yīng)的影響，相對施工周期較長，設(shè)計階段可考慮采取增大樁徑、減小樁長的思路。

（5）現(xiàn)澆混凝土的布袋樁相對于打入鋼管樁、打入鋼板樁圍堰以及高性能混凝土等技術(shù)方案，工藝簡單，施工方便，無需大型專用施工設(shè)備，且工程造價相對較低，防腐蝕效果可靠，構(gòu)造耐久性好，壽命可預(yù)測，在青海、內(nèi)蒙、山西、新疆等鹽湖地區(qū)具有良好的推廣價值和巨大的社會、經(jīng)濟效益。

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[責(zé)任編輯：杜敏浩]