桩底后压浆技术在钻孔灌注桩中的应用及效果分析

2021-09-22郑永兵

中国房地产业·中旬 2021年7期

郑永兵

【摘要】随着我国社会经济的持续发展与综合国力的不断提升，高层建筑及桥梁工程建设也得到了长足发展。相比常规灌注桩施工技术，后压浆技术在解决孔底沉渣、孔壁泥皮、增加桩侧壁摩阻力等问题方面有着较大优势，因此该项技术被更多应用于当前高层建筑与桥梁工程建設中。桩底后压浆技术最先在欧洲部分国家得到应用，取得了比较好的应用效果，我国应用此项技术于工程实践的时间尚短，只是在近些年的一些跨海桥梁建设中，为了减少沉降和提升钻孔承载力而尝试使用了该项技术，如东海大桥建设、杭州大桥建设等。虽然是应用过程中收获到了不错的效果，也实现了预期目的，但由于该项技术比较复杂，目前对其原理及作用机理的研究仍然不是十分透彻。

本文以现有工程经验、试验以及理论为基础，研究了浆液在土层中的作用模式，以及对桩端阻力及桩侧摩阻力的影响方式;研究了浆液在土体中的作用机理。根据桩底后压浆期间的大量跟踪观测数据，分析了桩底后压浆的作用效果。

本文首先对桩底后压浆技术机理进行了分析，包括加固机理和承载力影响因素;然后对技术工艺施工流程和要点进行了详细阐述，其中要点包含压浆管制作与布置、混凝土浇筑、压浆设备和管路的安装与铺设、压注清水、水泥浆配置标准、桩底压力灌浆等六方面内容;最后对桩底后压浆技术应用效果进行了描述。

【关键词】桩底后压浆技术;钻孔灌注桩;施工方法;作用机理;承载特性

【DOI】10.12334/j.issn.1002-8536.2021.

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绪论

所谓后压浆技术，是通过预先设置于钢筋笼上的压浆管，在桩体达到一定强度后（一般为7-10天），向桩侧或桩底进行压力注浆，固结桩侧泥皮和孔底沉渣，并使桩侧和桩端一定范围内的土体得到加固，从阿而达到提高桩基础整体性和承载力、控制桩基础沉降的目的。

随着我国经济持续快速的发展，交通基础设施建设的投入不断增加，交通路网逐渐伸展，大量的过河、跨江、越海桥梁不断涌现。如何将后压浆施工技术应用于实际工程建设中，发挥技术核心优势，已取得理想的工程效果，并在提高工程质量的同时，降低投入成本和施工难度，以及在提升施工工艺和丰富施工手段的基础上，缩短施工周期，是当前高层建筑及桥梁工程建设需要认真面对的问题。

1、桩底后压浆技术机理分析

1.1 加固机理

作为后压浆技术原材料之一，水泥浆的固化与其和沉淤、泥皮产生物理作用和化学反应有直接关系，这也是水泥土强度得到有效提升的关键。在压浆过程中，浆液会通过渗透作用与桩端最疏松处残渣相结合，形成密度较大的结石，在提高强度的同时也消除了桩底沉渣所带来的不利影响。注浆量与注浆压力之间的高度正相关性，不仅使沉渣、干渣石、虚尖的硬度变得更强，也使桩身混凝土与桩侧周围土体间的间隙变得趋向无限小，即提升了二者之间的粘结力，也提高了桩身下段桩侧的摩阻力。

1.2 承载力影响因素

孔桩单桩承载力影响因素主要有以下五点：

（1）孔壁完整性差。较差的孔壁完整性会降低孔桩单桩承载能力。

（2）桩身混凝土与桩周土体间的粘结性对承载力有直接影响，但起关键作用的是孔壁上的泥皮。如果不能将泥皮处理掉，桩侧摩阻力将无法得到有效提升。

（3）孔底残渣对单桩承载力的提升有直接影响，同时也是影响桥梁和建筑物沉降效果的主要因素之一。工程建设中，一般会通过多次清洗的方式来清除孔底残渣，但清洗效果却始终不好。

（4）干渣石和虚尖的形成是影响桩底混凝土强度的主要因素之一，干渣石和虚尖的形成与混凝土离析现象有关，而导致混凝土离析现场发生的原因在于混凝土初灌的方式，以及所使用的工具。

（5）桩侧摩阻力的降低也与桩身混凝土和孔壁间存在的间隙有关，间隙形成主要原因之一是混凝土固结而发生体积收缩。

2、工程施工工艺

2.1 工艺施工流程

工艺施工内容主要包括：工程地质资料、参数选择、钻进成孔、清孔、制作钢筋笼、装配压浆管路、下钢筋笼、密封性检测、灌注桩身混凝土、压水开塞、混凝土声测、养护、安装后压浆设备、准备后压浆材料、压浆水泥浆液、后压浆验收、承载力试验等。具体流程见图2。

2.2 工艺施工要点

2.2.1 压浆管制作与布置

首先来看压浆管的制作，压浆管也可用来做声测管，其直径约为30-60mm，由三部分组成，分别是进浆管（由桩顶到桩底）、出浆管（由桩底到桩顶）、压浆器。其中压浆器位于桩底部，但需要超出钢筋笼底部约0.3-0.5m，其组成部件分别是：由 30mm的钢管组装而成的U形管、 8mm的穿孔、橡胶管、8mm厚的薄钢板（见图3）。在布置方面，根据桩径大小，灵活增加或减少连通注浆装备数量，一般为2-6套。进浆管与出浆管需要同时被固定在钢筋笼内侧，一般用丝扣来进行固定。为确保密封性良好，在下方钢筋笼时需不断进行注水操作，如发现有气泡产生，则说明密封性不够，需提出重新进行固定。需要指出的是，为了避免压浆管在施工时被无意压断，需要保证其低于地表20cm。

2.2.2 混凝土浇筑

混凝土浇筑操作需在钢筋笼和压浆管下方完成后进行，中间需要对孔隙进行清洗，清洗次数视桩底沉渣量大小而定。清孔工作完成后，按要求灌注桩身混凝土。

2.2.3 压浆设备和管路的安装与铺设

压浆设备一般有压浆泵和水泥搅拌机，压浆管路主要是地表输浆软管。结合工程施工经验，比较常用的压浆泵是BW-150型压浆泵，若选用其他形式压浆泵，泵压值必须大于10MPa，最好是柱塞式泥浆泵。常用水泥搅拌机一般为自制式，或者也可选用自落式JAC-350型搅拌机。在地表输浆管的选用上，首选耐压值高的钢丝编织高压胶管，耐压值至少达到10MPa。

2.2.4 压注清水

压注清水的主要目的是为保证压浆管路畅通，但要在混凝土灌注后24小时内进行操作。操作时，需注意采取适当措施重开覆盖在压浆器周围的混凝土层，否则无法实现压浆。当遇到扩孔、塌孔問题，以及充盈系数较大时，需要将压水操作提前至混凝土浇筑完成后的5个小时左右进行。

2.2.5 水泥浆配置标准

水泥浆配置标准有五点：

（1）保证水泥浆液粘度足够低，渗透力和流动性足够好，保证浆液能够顺利进入细小裂缝中。

（2）注意控制和调节浆液凝固时间，尽可能保证浆液不流失。

（3）在保证浆液结合率高且强度大的同时，不使凝固体积收缩。

（4）保证被选择浆液在使用时不发生离析、不发生沉淀，确保质量足够好。

（5）被选择使用浆液不会对环境造成污染，不会对人体产生危害。

2.2.6 桩底压力灌浆

当混凝土强度达到60%左右时便可进行压浆操作，一般需要3-7天时间。压浆前需要根据压浆管路的污浊情况确定清洗次数，确认管路足够干净后开始压浆。过程中，管路内残留和多余清水和浆液将会从另一出浆口被排除，当有配置水泥浆从出浆口被持续排除时，说明管路内已填满水泥浆，此时需要关闭出浆管口。低档慢压和先稀后浓是压浆基本原则，这有利于浆液在土体中顺利扩散，但需要注意的是，实际施工中的压浆操作并不是单根进行的，而是多根同时进行的，因此需要保证每根压浆管都能得到均匀压浆，同时注意控制好压浆速度，一般以30L/min为宜，压力不要超过3MPa。

3、应用效果分析

采用后压浆技术进行钻孔灌注后，灌浆效果较之前相比得到显著提升，水泥浆液上返高度达到了10m以上，随着桩侧硬结土层的加厚（一般在10cm左右），强度得到了明显提高。结合实际施工效果发现，对于不同孔隙率地基土，水泥浆液扩散效果也有明显不同，27%-35%孔隙率的地基土，其水泥浆液扩散可达1.9-2.3m，深入距离达到1m以上。另外，承载能力在压浆后也得到大幅度提升。压浆前后桩承载力见表1;侧阻和端阻承载力见表2;S1、S2、S3、N3桩后压浆施工参数见表3。

结论：

从工程施工效果看，采用后压浆技术进行钻孔灌注后，灌浆效果较之前相比得到显著提升，并且在一定程度上降低了工程成本和施工难度，比如减少了桩基的数量。桩底后压浆技术应用效果主要体现在以下几点：

（1）随着桩底后压浆技术的合理应用，非嵌岩桩单桩承载力有所提升，基本能够达到嵌岩桩水平，降低施工难度的同时也节约了成本。

（2）随着桩底后压浆技术的合理应用，以往被认为的废桩也得到了很好利用，进一步节约了资源。

（3）随着桩底后压浆技术的合理应用，桩端持力层与桩周条件得到明显改善，随着桩端阻力与桩侧摩阻力的增强，桩荷载传递性也得到大幅度提升。

但需要指出的是，当前对桩底后压浆技术的应用还处于初级阶段，技术原理并不是很成熟，因此还需要研究人员和资深工程人员对该项技术进行深入探究和再开发。

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