樁底后壓漿技術(shù)在鉆孔灌注樁中的應(yīng)用及效果分析

鄭永兵

【摘要】隨著我國社會經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展與綜合國力的不斷提升，高層建筑及橋梁工程建設(shè)也得到了長足發(fā)展。相比常規(guī)灌注樁施工技術(shù)，后壓漿技術(shù)在解決孔底沉渣、孔壁泥皮、增加樁側(cè)壁摩阻力等問題方面有著較大優(yōu)勢，因此該項(xiàng)技術(shù)被更多應(yīng)用于當(dāng)前高層建筑與橋梁工程建設(shè)中。樁底后壓漿技術(shù)最先在歐洲部分國家得到應(yīng)用，取得了比較好的應(yīng)用效果，我國應(yīng)用此項(xiàng)技術(shù)于工程實(shí)踐的時間尚短，只是在近些年的一些跨海橋梁建設(shè)中，為了減少沉降和提升鉆孔承載力而嘗試使用了該項(xiàng)技術(shù)，如東海大橋建設(shè)、杭州大橋建設(shè)等。雖然是應(yīng)用過程中收獲到了不錯的效果，也實(shí)現(xiàn)了預(yù)期目的，但由于該項(xiàng)技術(shù)比較復(fù)雜，目前對其原理及作用機(jī)理的研究仍然不是十分透徹。

本文以現(xiàn)有工程經(jīng)驗(yàn)、試驗(yàn)以及理論為基礎(chǔ)，研究了漿液在土層中的作用模式，以及對樁端阻力及樁側(cè)摩阻力的影響方式;研究了漿液在土體中的作用機(jī)理。根據(jù)樁底后壓漿期間的大量跟蹤觀測數(shù)據(jù)，分析了樁底后壓漿的作用效果。

本文首先對樁底后壓漿技術(shù)機(jī)理進(jìn)行了分析，包括加固機(jī)理和承載力影響因素;然后對技術(shù)工藝施工流程和要點(diǎn)進(jìn)行了詳細(xì)闡述，其中要點(diǎn)包含壓漿管制作與布置、混凝土澆筑、壓漿設(shè)備和管路的安裝與鋪設(shè)、壓注清水、水泥漿配置標(biāo)準(zhǔn)、樁底壓力灌漿等六方面內(nèi)容;最后對樁底后壓漿技術(shù)應(yīng)用效果進(jìn)行了描述。

【關(guān)鍵詞】樁底后壓漿技術(shù);鉆孔灌注樁;施工方法;作用機(jī)理;承載特性

【DOI】10.12334/j.issn.1002-8536.2021.

20.005

緒論

所謂后壓漿技術(shù)，是通過預(yù)先設(shè)置于鋼筋籠上的壓漿管，在樁體達(dá)到一定強(qiáng)度后 （一般為7-10天），向樁側(cè)或樁底進(jìn)行壓力注漿，固結(jié)樁側(cè)泥皮和孔底沉渣，并使樁側(cè)和樁端一定范圍內(nèi)的土體得到加固，從阿而達(dá)到提高樁基礎(chǔ)整體性和承載力、控制樁基礎(chǔ)沉降的目的。

隨著我國經(jīng)濟(jì)持續(xù)快速的發(fā)展，交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的投入不斷增加，交通路網(wǎng)逐漸伸展，大量的過河、跨江、越海橋梁不斷涌現(xiàn)。如何將后壓漿施工技術(shù)應(yīng)用于實(shí)際工程建設(shè)中，發(fā)揮技術(shù)核心優(yōu)勢，已取得理想的工程效果，并在提高工程質(zhì)量的同時，降低投入成本和施工難度，以及在提升施工工藝和豐富施工手段的基礎(chǔ)上，縮短施工周期，是當(dāng)前高層建筑及橋梁工程建設(shè)需要認(rèn)真面對的問題。

1、樁底后壓漿技術(shù)機(jī)理分析

1.1 加固機(jī)理

作為后壓漿技術(shù)原材料之一，水泥漿的固化與其和沉淤、泥皮產(chǎn)生物理作用和化學(xué)反應(yīng)有直接關(guān)系，這也是水泥土強(qiáng)度得到有效提升的關(guān)鍵。在壓漿過程中，漿液會通過滲透作用與樁端最疏松處殘?jiān)嘟Y(jié)合，形成密度較大的結(jié)石，在提高強(qiáng)度的同時也消除了樁底沉渣所帶來的不利影響。注漿量與注漿壓力之間的高度正相關(guān)性，不僅使沉渣、干渣石、虛尖的硬度變得更強(qiáng)，也使樁身混凝土與樁側(cè)周圍土體間的間隙變得趨向無限小，即提升了二者之間的粘結(jié)力，也提高了樁身下段樁側(cè)的摩阻力。

1.2 承載力影響因素

孔樁單樁承載力影響因素主要有以下五點(diǎn)：

（1）孔壁完整性差。較差的孔壁完整性會降低孔樁單樁承載能力。

（2）樁身混凝土與樁周土體間的粘結(jié)性對承載力有直接影響，但起關(guān)鍵作用的是孔壁上的泥皮。如果不能將泥皮處理掉，樁側(cè)摩阻力將無法得到有效提升。

（3）孔底殘?jiān)鼘螛冻休d力的提升有直接影響，同時也是影響橋梁和建筑物沉降效果的主要因素之一。工程建設(shè)中，一般會通過多次清洗的方式來清除孔底殘?jiān)?，但清洗效果卻始終不好。

（4）干渣石和虛尖的形成是影響樁底混凝土強(qiáng)度的主要因素之一，干渣石和虛尖的形成與混凝土離析現(xiàn)象有關(guān)，而導(dǎo)致混凝土離析現(xiàn)場發(fā)生的原因在于混凝土初灌的方式，以及所使用的工具。

（5）樁側(cè)摩阻力的降低也與樁身混凝土和孔壁間存在的間隙有關(guān)，間隙形成主要原因之一是混凝土固結(jié)而發(fā)生體積收縮。

2、工程施工工藝

2.1 工藝施工流程

工藝施工內(nèi)容主要包括：工程地質(zhì)資料、參數(shù)選擇、鉆進(jìn)成孔、清孔、制作鋼筋籠、裝配壓漿管路、下鋼筋籠、密封性檢測、灌注樁身混凝土、壓水開塞、混凝土聲測、養(yǎng)護(hù)、安裝后壓漿設(shè)備、準(zhǔn)備后壓漿材料、壓漿水泥漿液、后壓漿驗(yàn)收、承載力試驗(yàn)等。具體流程見圖2。

2.2 工藝施工要點(diǎn)

2.2.1 壓漿管制作與布置

首先來看壓漿管的制作，壓漿管也可用來做聲測管，其直徑約為30-60mm，由三部分組成，分別是進(jìn)漿管（由樁頂?shù)綐兜祝⒊鰸{管（由樁底到樁頂）、壓漿器。其中壓漿器位于樁底部，但需要超出鋼筋籠底部約0.3-0.5m，其組成部件分別是：由 30mm的鋼管組裝而成的U形管、 8mm的穿孔、橡膠管、8mm厚的薄鋼板（見圖3）。在布置方面，根據(jù)樁徑大小，靈活增加或減少連通注漿裝備數(shù)量，一般為2-6套。進(jìn)漿管與出漿管需要同時被固定在鋼筋籠內(nèi)側(cè)，一般用絲扣來進(jìn)行固定。為確保密封性良好，在下方鋼筋籠時需不斷進(jìn)行注水操作，如發(fā)現(xiàn)有氣泡產(chǎn)生，則說明密封性不夠，需提出重新進(jìn)行固定。需要指出的是，為了避免壓漿管在施工時被無意壓斷，需要保證其低于地表20cm。

2.2.2 混凝土澆筑

混凝土澆筑操作需在鋼筋籠和壓漿管下方完成后進(jìn)行，中間需要對孔隙進(jìn)行清洗，清洗次數(shù)視樁底沉渣量大小而定。清孔工作完成后，按要求灌注樁身混凝土。

2.2.3 壓漿設(shè)備和管路的安裝與鋪設(shè)

壓漿設(shè)備一般有壓漿泵和水泥攪拌機(jī)，壓漿管路主要是地表輸漿軟管。結(jié)合工程施工經(jīng)驗(yàn)，比較常用的壓漿泵是BW-150型壓漿泵，若選用其他形式壓漿泵，泵壓值必須大于10MPa，最好是柱塞式泥漿泵。常用水泥攪拌機(jī)一般為自制式，或者也可選用自落式JAC-350型攪拌機(jī)。在地表輸漿管的選用上，首選耐壓值高的鋼絲編織高壓膠管，耐壓值至少達(dá)到10MPa。

2.2.4 壓注清水

壓注清水的主要目的是為保證壓漿管路暢通，但要在混凝土灌注后24小時內(nèi)進(jìn)行操作。操作時，需注意采取適當(dāng)措施重開覆蓋在壓漿器周圍的混凝土層，否則無法實(shí)現(xiàn)壓漿。當(dāng)遇到擴(kuò)孔、塌孔問題，以及充盈系數(shù)較大時，需要將壓水操作提前至混凝土澆筑完成后的5個小時左右進(jìn)行。

2.2.5 水泥漿配置標(biāo)準(zhǔn)

水泥漿配置標(biāo)準(zhǔn)有五點(diǎn)：

（1）保證水泥漿液粘度足夠低，滲透力和流動性足夠好，保證漿液能夠順利進(jìn)入細(xì)小裂縫中。

（2）注意控制和調(diào)節(jié)漿液凝固時間，盡可能保證漿液不流失。

（3）在保證漿液結(jié)合率高且強(qiáng)度大的同時，不使凝固體積收縮。

（4）保證被選擇漿液在使用時不發(fā)生離析、不發(fā)生沉淀，確保質(zhì)量足夠好。

（5）被選擇使用漿液不會對環(huán)境造成污染，不會對人體產(chǎn)生危害。

2.2.6 樁底壓力灌漿

當(dāng)混凝土強(qiáng)度達(dá)到60%左右時便可進(jìn)行壓漿操作，一般需要3-7天時間。壓漿前需要根據(jù)壓漿管路的污濁情況確定清洗次數(shù)，確認(rèn)管路足夠干凈后開始壓漿。過程中，管路內(nèi)殘留和多余清水和漿液將會從另一出漿口被排除，當(dāng)有配置水泥漿從出漿口被持續(xù)排除時，說明管路內(nèi)已填滿水泥漿，此時需要關(guān)閉出漿管口。低檔慢壓和先稀后濃是壓漿基本原則，這有利于漿液在土體中順利擴(kuò)散，但需要注意的是，實(shí)際施工中的壓漿操作并不是單根進(jìn)行的，而是多根同時進(jìn)行的，因此需要保證每根壓漿管都能得到均勻壓漿，同時注意控制好壓漿速度，一般以30L/min為宜，壓力不要超過3MPa。

3、應(yīng)用效果分析

采用后壓漿技術(shù)進(jìn)行鉆孔灌注后，灌漿效果較之前相比得到顯著提升，水泥漿液上返高度達(dá)到了10m以上，隨著樁側(cè)硬結(jié)土層的加厚（一般在10cm左右），強(qiáng)度得到了明顯提高。結(jié)合實(shí)際施工效果發(fā)現(xiàn)，對于不同孔隙率地基土，水泥漿液擴(kuò)散效果也有明顯不同，27%-35%孔隙率的地基土，其水泥漿液擴(kuò)散可達(dá)1.9-2.3m，深入距離達(dá)到1m以上。另外，承載能力在壓漿后也得到大幅度提升。壓漿前后樁承載力見表1;側(cè)阻和端阻承載力見表2;S1、S2、S3、N3樁后壓漿施工參數(shù)見表3。

結(jié)論：

本文首先對樁底后壓漿技術(shù)機(jī)理進(jìn)行了分析，包括加固機(jī)理和承載力影響因素;然后對技術(shù)工藝施工流程和要點(diǎn)進(jìn)行了詳細(xì)闡述，其中要點(diǎn)包含壓漿管制作與布置、混凝土澆筑、壓漿設(shè)備和管路的安裝與鋪設(shè)、壓注清水、水泥漿配置標(biāo)準(zhǔn)、樁底壓力灌漿等六方面內(nèi)容;最后對樁底后壓漿技術(shù)應(yīng)用效果進(jìn)行了描述。

從工程施工效果看，采用后壓漿技術(shù)進(jìn)行鉆孔灌注后，灌漿效果較之前相比得到顯著提升，并且在一定程度上降低了工程成本和施工難度，比如減少了樁基的數(shù)量。樁底后壓漿技術(shù)應(yīng)用效果主要體現(xiàn)在以下幾點(diǎn)：

（1）隨著樁底后壓漿技術(shù)的合理應(yīng)用，非嵌巖樁單樁承載力有所提升，基本能夠達(dá)到嵌巖樁水平，降低施工難度的同時也節(jié)約了成本。

（2）隨著樁底后壓漿技術(shù)的合理應(yīng)用，以往被認(rèn)為的廢樁也得到了很好利用，進(jìn)一步節(jié)約了資源。

（3）隨著樁底后壓漿技術(shù)的合理應(yīng)用，樁端持力層與樁周條件得到明顯改善，隨著樁端阻力與樁側(cè)摩阻力的增強(qiáng)，樁荷載傳遞性也得到大幅度提升。

但需要指出的是，當(dāng)前對樁底后壓漿技術(shù)的應(yīng)用還處于初級階段，技術(shù)原理并不是很成熟，因此還需要研究人員和資深工程人員對該項(xiàng)技術(shù)進(jìn)行深入探究和再開發(fā)。

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