桥梁桩底注灌浆整固施工技术探究

曾飞，刘晔

（吉安市公路市公路局井冈山分局，江西 井冈山 343600）

1 既存路桥的桩基础注灌浆整固计算

1.1 桩底注灌浆整固原理

底注灌浆整固的机理与桩底土体的类型有关，不同类型的土体具有不同的整固原理：

（1）桩端处的土壤是卵石等：这种土壤结构的渗透系数大，通常在10-1～6×10-1cm/间。注入水泥浆后，可以迅速完成土壤结构的大规模渗透和固结，构成强度极高的胶结体，从而明显提高桩基础的承载力。

（2）桩端处的土壤是黏性土壤：土壤颗粒小且渗透系数小，通常约为K<1.2×10-6cm·s-1。注入桩底的水泥浆通常以缓慢的渗透作用压实周围的土壤，最终构成球形水泥浆气泡。

（3）桩端处的土壤是砂土等：这种类型的土壤的粒径和渗透系数在上述二者间，渗透系数通常在10-4和10-2cm·s-1之间。注入的水泥浆可以渗入桩底的土壤并使其固结，同时又可以远距离渗入土壤，进而在桩端周围形成增大的桩头。

1.2 桩底注灌浆整固设计计算

注浆是指在一定压力下将有特定性能的材料或由其制备的浆液，注入地基岩石和土壤中开展渗透，填充或置换，借以改善相关基础的地质性能，从而达到灌浆整固，防渗漏和堵漏的目的。有多种方法可以通过注浆来整固路桥的现有桩基础，许多灌浆方法的主要目的是使水泥浆渗透并压实桩侧周围的土壤，进而在桩端形成泥浆脉。由于注入的水泥浆的压实，桩端的土壤承受剪切破坏，在水泥浆周围形成塑变层，而远离桩端的土壤则发生弹塑性形变。

计算水泥浆体积的公式为：

式（1）中：mc系为水泥质量；V系为水泥浆体积（m3）；ρw系为水的密度；ρc系为水泥的密度；a系为水灰比。在后注浆操作过程中，水泥浆主要靠渗透注入，可以认为该浆在桩端构成了球形固结体。依据球形扩散，球形固结体的半径计算公式：

式（2）中：α系为浆液利用率，一般取0.6；R系为球形固结体半径（m）；e系为间隙比；系为实际注灌浆量。既存路桥钻孔桩底部注灌浆单桩极限载承力的计算，参见《建筑桩基技术规范》，单桩极限载承力标准值可通过以下公式估算：

式（3）中：Qgpk系为注灌浆端阻力总极限标准值；Qgpk系为注灌浆垂向提高段极限侧阻力的总标准值；Qsk系为注灌浆非垂向提高段的极限侧阻力总标准值；lgi系为注灌浆垂向提高段i土层厚度；lj系为注灌浆非垂向提高段j土层厚度；μ系为桩体周长；qsik、qsjk和qspk系分别系为注灌浆垂向提高段土层i起始标准极限侧阻力值、非垂向提高段j土层起始标准极限侧阻力值和起始标准极限端阻力值；Bp和βsi分别系为端阻力提高常数和注灌浆侧阻力。

2 路桥桩基础的桩底注灌浆整固施工技术

在路桥桩基的再生开发项目中，既存桩基如果不满足载承需求，应给予改造整固设计，桩基整固的施工直接关系整固功效的实现。这里主要分析了桩底注灌浆整固的设计与施工，以及桩底注灌浆整固的流程：

工前准备→钻机的安装→钻孔→注浆管的埋入→水泥浆的制备→连接注灌浆泵与注浆管道→开始灌浆→灌浆压力读表保证稳定压力→计算灌浆量→完成灌浆。

2.1 钻孔

首先，在桥桩周围通过全站仪参考坐标基点引入和标定辅助坐标点，然后参考坐标点，以卷尺和拉线的方法确定钻孔位置。确定孔的位置后，用水泥砂浆整固它。钻机安装到位后，应保持平稳。在进行喷砂处理之前，应测试钻孔和锤头垂直度。钻进2m时和钻进后，应校正调平每根额外钻杆，且钻孔倾斜度应≤1%。钻孔过程中通常使用合金钻头，以避免损坏现有桩基筋结构。注意事项为：要保证钻速均匀；应保持垂直升降更换钻杆，以免损坏桩基自身。

2.2 浆液布置

注灌浆水泥选用不结块普通硅酸盐水泥。平均水灰比为0.6，严格调控水灰比，保证不2min的调拌时间。当泥浆进入泥浆储存桶时，一定要用16目纱布过滤，以防止杂质堵塞灌浆孔。考虑到诸如桩径和桩端土性等要素，可通过以下公式确定注浆量。

式（4）中：d系为桩径；Gc系为单桩注灌浆量（t）；ap系为注灌浆常数，取值区域如表1具体所示。

表1 注灌浆常数ap

注灌浆流量应为50～75L·min-1，注灌浆压力应控制在2～6 MPa。注灌浆量应满足设计需求，如在桩周围地面注浆，间歇2～3h后再注浆，以使注灌浆量累计达设计需求。如果泵压力超过设计值，则应停止注入0.5～1h后，改注入其他桩，然后再注入。实行注灌浆量与压力双重控制，以注灌浆量（水泥消耗）为主要控制，以注灌浆压力控制为辅助。如果灌浆压力达控制压力并保持5min的载荷，注灌浆量将达80%，桩顶的上抬量将保证＜3mm。

2.3 压浆

图1 桩底注灌浆装置配置示意图

首先，将注灌浆内管和双塞管接连并置于外管的底部。灌浆内管的顶部与液压注灌浆泵的出浆端相连，压力表接于其中间，经过调拌器制备水泥浆，并经过注灌浆机将制备的水泥浆注入滤池。通过滤池后，应将水泥浆迅速转移到储浆桶中，应严格控制水灰比，其平均值应控制在0.6。打开液压注灌浆泵实施注浆，当注灌浆压力到达1.0MPa之上且持续30s后，将注灌浆内管抬起，提升高度应该控制在50cm之内。

2.4 桩底注灌浆施工注意事项

桩底注灌浆施工应注意以下几点：

桩上的钻孔应穿过病害段进入1.5～2.0m的完整段，施工时应注意钻孔内的耗水量；

桩顶钻孔用水泥密封，内嵌一根带接箍长芯管，并大于桩顶大约0.4m，固化七天后达到一定强度可开展灌浆；

（3）注灌浆管应插入足够深的位置，距孔的底部约10～15cm，在与预设管口的连接部分应装配一个可变接头；

（4）注灌浆管上部连接高压泵车；

（5）孔口与预设管暂不接连封闭，先向孔内低压注灌浆，使清水从注灌浆孔内突出，当浓泥浆溢流时，将埋入的管道连接并封闭，进行加压注灌浆，将泵压力增加到10MPa以上；记录注灌浆量，水泥用量，泵压和持续时间，直至泵压自动增加，并且泥浆不会进入桩周或从桩周溢出。稳定20min后停止输送浆。稍后，当管道中的压力释放时，取下开口接连管的螺纹，取出注灌浆管，用清水冲洗干净，然后向孔中注入水泥浆，并撒上适量的碎石，扔碎石同时用钢棒上下搅拌。

3 结语

钻孔桩注灌浆整固是路桥桩基础整固的一种方法，适用范围广，施工便利，可操作性强。根据河北省某支桥的改造工程，分析了既存路桥桩基的整固设计，整固方法为桩底注浆整固。渗透、填充并压实桩底土壤中的缝隙和沉积物，在浆液和土壤之间形成复杂的物理和化学反应，进而改善桩底的土壤质量并增强现有桩基的承载力。