后压浆技术在市政桥梁桩基中的应用

赵振东

(中水电(郑州)投资发展有限公司，河南郑州 450001)

0 引言

桥梁后压浆技术是以注浆泵将配置好的水泥浆加压输入桩身内导管，通过桩底或桩侧注浆阀注入周围介质，通过渗入(粗粒土)和劈裂(细粒土)作用注入桩底沉渣和周围一定范围的土体中，并在桩土软弱界面上扩大至桩底以上10 m～20 m甚至更高的范围。通过水泥浆的渗入胶结固化效应，提高桩的承载力的一种先进工艺[1，2]。通过后压浆技术的应用可以有效改善桩基周围土层情况，提高桩基承载力，节约工程费用，在建筑桩基处理中应用较多[3-5]。在郑州三环路快速化工程的桥梁桩基中，也大量采用了后压浆技术，并取得了良好效果。

1 工程概况

郑州三环路快速化工程，是郑州市重点工程之一，项目位于郑州的中心城区，是郑州市主城区快速路系统“一环两纵三横”中的关键“一环”。

西三环陇海路互通立交是三环路快速化的控制性工程。其中，陇海路主线长度1 114 m(K －1+494.30～K0+599.26)，共11联。西三环主线长度2 470 m(K6+157.29～K8+627.61)，共28联。西三环立交南北向为西三环快速通道，东西向为陇海路快速通道，立交包括 ES，EN，NE，NW，WS，WN，SE，SW，JS 九条匝道，共69联。

陇海互通立交桩基数量达到1 509根。其中，西三环主线桩基共602根，包括直径1.5 m的486根、1.2 m的116根;匝道桩基共678根，包括直径1.5 m的110根、1.2 m 的 548根、1 m 的20根。上述钻孔灌注桩全部采用后压浆技术施工。

2 灌注桩后压浆施工

2.1 施工工艺

灌注桩基础后压浆施工工艺流程如图1所示。

1)压浆前的准备。应对压浆泵系统进行选型，并安装好压浆设备及压浆管。其中，压浆系统由浆液搅拌器、带滤网的贮浆斗、压浆泵、压力表、高压胶管、预埋在桩中的压浆导管和单向阀等组成。2)浆液的制备。制备浆液时，采用与灌注桩水泥同强度等级的普通硅酸盐水泥与清水拌制成水泥浆，水灰比根据压浆情况适时调整，一般水灰比为0.6。后压浆正式压浆作业前，应进行试压浆，对浆液水灰比、压浆压力、压浆量等工艺参数调整优化，最终确定工艺参数。3)开塞。灌注桩后压浆施工中，采用桩底不填碎石方案、开塞时间提前的措施。开塞在混凝土浇筑后24 h之内进行，开塞后用清水冲洗注浆管道，直至溢出清水，然后用堵头重新封闭压浆管。4)压浆。注浆压力根据地层性质和深度而定，风化岩压力最高，软土压力最低。成桩7 d桩基声波检测后开始注浆，先桩侧注浆，后桩底注浆，桩侧注浆顺序为先上后下，先外围后中间，桩侧注浆和桩底注浆时间间隔3 h～6 h。

图1 灌注桩基础后压浆施工工艺流程

2.2 施工设备

施工设备和机具主要包括:浆液搅拌器、带滤网的贮浆斗、压浆泵、压力表、高压胶管、预埋在桩中的压浆导管和单向阀、电子称等。其中，压浆泵是实施后压浆的主要设备，压浆泵一般采用额定压力6 MPa～12 MPa，额定流量30 L/min～100 L/min的压浆泵，压浆泵的压力表量程为额定泵压的1.5倍～2.0倍。考虑到压浆过程中流量和压力调整的方便，工程中常采用流量及压力可调整的高压泵。本工程施工采用的压浆泵技术参数见表1。

表1 压浆泵技术参数(2TGZ型)

2.3 施工质量控制

2.3.1 压浆管埋设

桩端注浆时，选用声测管作为注浆管，绑扎在钢筋笼内侧，随钢筋笼下入孔底。桩径为1.5 m时声测管布置三根呈等边三角形，当桩径为1.8 m和2.0 m时声测管布置四根呈十字交叉形，声测管为φ57 mm，管壁厚度3.5 mm的钢管，顶端高出地面50 cm并用堵头封严，防止泥浆进入。选两根声测管作为注浆管，下部分别用三通和单向阀连接一根φ25 cm带钢丝的柔性高压塑料管作为注浆喷头管。注浆喷头管绕桩身环形布置并间隔10 cm贯穿钻φ6 mm孔于管壁上，最后在外面(包裹一层透明胶布)包裹一层橡皮带密封。两根中一根作为备用管，注浆管注浆失败时使用。

2.3.2 浆液制备

水泥浆配制时，先根据试验按搅拌筒上对应刻度确定出一定水灰比的水泥浆液，注浆浆液采用P.O42.5级普通硅酸盐水泥，水泥要求新鲜、不结块。在正式搅拌前，将一定水灰比水泥浆液的对应刻度在搅拌机筒外壁上作出标记。配制水泥浆液时先在搅拌机内加一定量的水，然后边搅拌边加入定量水泥，根据水灰比再补加水，水泥浆搅拌好后达到对应刻度，搅拌时间不少于2 min，浆液用3 mm×3 mm的滤网进行过滤，浆液采用纯水泥浆。水泥浆搅拌好，过滤后放入贮浆筒，水泥在贮浆筒内也保证不断搅拌。

2.3.3 压浆控制

桩侧注浆时，桩长45 m及以上的设置3道侧注浆阀，桩长45 m以下的设置2道，按照以下位置布置注浆阀:最下面一道距离桩底12 m～18 m，最上面一道距离桩顶8 m～15 m，每道侧注浆阀竖向间距12 m。每道注浆阀对应一根注浆管，注浆管为DN25钢管，钢管绑扎在钢筋笼外侧，钢管连接三通、单向阀和一根φ25 cm带钢丝的柔性高压塑料管作为注浆喷管，布置同桩底注浆喷管。

1)注浆应满足设计需要的压力和持续时间要求，本工程注浆压力:桩侧注浆压力为2 MPa～2.5 MPa，桩底注浆压力为2 MPa～4 MPa，持荷时间:压力达到设计值后持荷时间不应小于5 min。2)为减少管路系统对注浆压力的损失，注浆泵与注浆孔口距离不宜大于30 m，并确保注浆过程中注浆管路不发生弯折。3)注浆流量一般应控制在70 L/min，为保证注浆效果，要求注浆泵最高额定压力应大于10 MPa，流量大于5 m3/h。4)注浆量按《建筑桩基技术规范》和《公路与桥涵工程地基基础设计规范》计算确定。5)压浆过程采用“双控”的方法进行控制。6)压浆作业过程中对后压浆的各项工艺参数进行检查，发现异常情况时，立即查明原因，采取措施后继续压浆。

2.3.4 常见问题及处理措施

1)压力逐渐上升，但达不到设计要求的压力，这可能是浆液在粘土中形成脉状劈裂渗透，或浆液浓度低、胶凝时间长，或部分浆液溢出。2)压降开始后压力不上升，甚至离开初始压力值呈下降趋势，这可能使浆液外溢。3)压力上升后突然下降，这可能是浆液从注浆管周围溢走，或注速过大，扰动土层，或遇到空隙薄弱部位。4)压力上升很快，而速度上不去，表明土层密实或凝胶时间过短。5)压力有规律上升，即使达到容许压力，压降速度也很正常(变化不大)，这表明压降是成功的。6)压力上升后又下降，而后再度上升，并达到预定的要求值，可以认为是第3)种情况的空隙部位已被浆液填满，这种情况也是成功的。7)由于施工操作不当(如注浆单向阀门反向安装)或土层本身性质导致注浆孔堵塞，引起后压浆施工中预置的两根注浆管全部失效，导致设计的浆液不能注入，或管路虽通但实际注浆量达不到50%，且注浆压力达不到终止压力，视为注浆失败。此时，应及时通知设计单位协商处理。

3 后压浆施工效果分析

在灌注桩基础施工完成后，按照相关规范要求对桩基进行了静载试验，试验结果如表2所示。

表2 单桩竖向抗压静载试验成果(d=1.2 m，l=38 m，混凝土等级C30)

由表2分析可知，与未注浆的桩基相比，采用了后压浆技术的桩基础在单桩抗压极限承载力、桩侧阻力、桩端阻力等方面均有了较大的提高，取得了良好的效果。

1)采用了后压浆技术的桩基础在抗压极限承载力方面有了大幅度提高，与未注浆的桩基相比，提高了19%～42%。2)与未注浆的桩基S1相比，注浆后的桩基 S4，S5，S6，S2，S3的桩侧阻力平均值分别提高了 40.8%，35.5%，30.3% ，48.7%，52.6%。3)与未注浆的桩基S1相比，注浆后的桩基 S4，S5，S6，S2，S3的桩端阻力分别提高了190%，90%，68%，161%，360%。

4 结语

郑州市三环线路上岩土工程勘察揭露地表下70.0 m深度内的地基土，为第四系松散沉积物，岩性以粉质粘土、粉土及粉细砂为主，含钙质结核，30 m以下较多钙质胶结层，地质情况涵盖了郑州市范围内的各种地质条件，具有普遍意义。通过西三环桥梁桩基检测结果分析，桩基础承载力在桩长减少40%的情况下均高于原设计承载力，表明后压浆技术可以有效增加桩基础承载力，节约工程投资，缩短建设工期，具有明显的社会效益和经济效益。因此，后压浆技术在郑州西三环桥梁桩基的成功应用，可为郑州地区及其他类似城市桥梁工程建设提供有益的借鉴。

[1] 李树荣，王树中.钻孔灌注桩后压浆提高承载力的机理及计算[J].山西建筑，2002，28(4):34-35.

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