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压浆技术在钻孔灌注桩基础加固中的应用

2012-12-20　来源：中国公路网

一、引言

　　 桩基础作为一种传统的基础形式，随着公路建设的发展，近年来在基础工程中的应用越来越广泛。我国公路桥梁桩基础以钻孔灌注桩为主，主要采用泥浆护壁的成孔方法，桩基的承载能力主要取决于桩侧摩阻力和桩端土层的支撑力，即取决于桩基成孔后的桩侧、桩底土层性质及桩底的沉渣情况。受桩基施工方法及施工技术水平的限制，影响桩基承载力充分发挥的主要因素如下：

　　 1、桩基成孔过程中的机械振动导致原状土层的力学性质发生一定程度的变化，从而使桩实际承载力与设计承载力存在较大差异；

　　 2、泥浆护壁的成孔工艺对桩土结合面的桩土相互作用存在不利影响，从而导致桩侧摩阻在一定程度上有所降低；

　　 3、桩底沉渣的清除工作很难达到理想要求，其所造成的 “软垫效应”对桩基承载力存在很大影响。

　　 由于上述问题的存在，使桩基实际承载力与设计承载力存在较大差异，甚至于有的桩基需要通过加固处理后方可达到设计要求。而压浆技术作为桩基加固的一种常用加固方法，因其具有施工操作简单、可靠性好、费用低、承载力增幅大及有效减小桩基沉降量等优点，因此在桩基础加固中得到广泛应用。

　　二、压浆机理

　　 根据压浆部位的不同，桩基压浆主要包括桩侧压力注浆和桩端压力注浆两种。其中，桩侧压力注浆是指在压力作用下将能固化的浆液通过桩身预埋压浆装置强行注入桩侧土层中，充填桩身混凝土和桩周土体间的孔隙，同时与桩侧土层发生物理化学反应，提高桩侧土强度；桩端压力注浆是通过预埋在桩身的压浆管，将能固化的浆液通过桩顶预埋压浆装置强行注入桩端土层中，从而达到改变桩端土层性质及桩、土边界条件的作用。其中,桩端压力注浆对桩基承载力的提高主要体现在下述几个方面：

　　 1、桩端压力注浆可以通过浆液与桩端土体的物理化学反应，使桩端土体产生压密效应、加筋效应以及固化效应，使桩端土体的密室度、强度、刚度得到有效提高；

　　 2、在进行桩端压力注浆过程中，浆液通过压力注入桩端将在桩端产生扩大头，具有增扩桩底的效果，即加大了桩端的支撑面积，从而大幅度地提高了桩端支撑力；

　　 3、在对桩端进行压力注浆时，当桩端的土体的渗透能力达到极限时，桩端浆液的压力将不断提高，在桩端产生方向向上的预压力效应，使得桩端阻力及早地得到了充分发挥。

　　 对于桩端压浆，除了上述作用外，浆液在高压所用下，对桩底以上一定高度范围内的桩周土也具有一定的压密、固化作用，从而使得桩侧摩阻有所提高。

　　三、压浆工艺

　　 1、压浆工艺流程

　　 桩端压力注浆的施工工艺流程如下图所示：


　　 2、压浆装置


　　四、实桥应用

　　 1、工程简介

　　 某大桥主桥上部构造为（70＋100＋70 ）米三跨预应力混凝土连续箱梁桥，下部为钢筋混凝土实体墩，基础为钻孔灌注桩基础。在施工过程中检测发现：主墩部分桩基存在桩长不够、桩底沉渣厚度超标、桩身完整性差等缺陷（见图1-图4），其中，实际桩长与设计桩长最大相差5.5m，桩底沉渣最大厚度达63cm，部分桩基的桩身完整性为四类。

　　 2、加固处理措施

　　 根据原桥的设计资料及该桥桩基的病害情况，对该桥的桩基承载能力进行了详细的计算分析，结果表明，原桥的5号墩桩基承载能力不能够满足结构受力要求，其承载力不足约为20%，6号墩桩基的承载能力可以满足受力要求，但桩底沉渣过厚，桩基的不均匀沉降对承台受力不利。因此，最终决定对该桥的5号、6号墩桩基采用高压注浆的方法进行加固处理。


　　 （2） 利用清水及空压机对压浆孔进行洗孔，直到清洗彻底为止。

　　 （3） 压浆施工

　　① 预压清水

　　 在正式压浆之前，先试压清水，待注浆管畅通之后再压注水泥浆液。压水应按2～3级压力顺次逐级进行，压水压力一般不大于15Mpa。

　　 ② 初次注浆

　　 压水试验结束之后，将配置好的水泥浆液通过高压泵和预埋管注人桩端。这一阶段，注浆压力要小，浆液由稀到稠，同时密切注意注浆压力、注浆量的变化。

　　 ③ 间歇循环注浆

　　 鉴于该桥基础为裂隙发育的辉绿岩和土层颗粒间孔隙较大的卵砾石层，为达到理想的注浆效果，此处采用间歇注浆方法，即开启注浆泵先注浆 4～5min之后，停泵0.5～1min，然后再注浆，如此反复，直到结束。

　　 ④ 终止注浆

　　 当高压注浆达到如下条件之一时便可终止注浆：

　　 a、压入的水泥量已达到设计要求；

　　 b、压入的水泥量已达到设计值的 65％以上，且入口压力已达6 Mpa，同时持压超过8min。

　　 （4） 注意事项

　　 每个桥墩每次最多只能处理一根桩基，为了保证在处理下一根桩基时，前一根处理过的桩基已经参与受力，其间的时间间隔应不少于3天。

　　 4、压浆参数选择

　　 （1） 水泥浆液的配比

　　 浆液采用水泥浆，水灰比选择在 0.4～0.6。注浆时，先用稀浆，然后再用中浓度的浆液，最后用浓浆。配浆水泥采用42.5号普通硅酸盐水泥，水泥细度不超过0.08mm，方孔筛余不超过15％。

　　 （2） 注浆压力

　　 初始和结束阶段的注浆压力为2～3MPa，中间阶段的注浆压力为1～2 MPa。终止注浆压力控制标准为6Mpa。

　　 （3） 注浆持续时间

　　 综合考虑各方面的因素，每跟桩的注浆持续时间不宜超过2小时。

　　五、结论

　　 1、利用高压注浆技术对实桥桩基缺陷进行处理，明显提高了原桥桩基的承载能力，消除了沉渣超标可能造成的桩基不均匀沉降对承台受力的不利影响，同时使部分桩身存在缺陷的桩基完整性得到改善。

　　 2、桩端高压注浆的方法对存在缺陷或承载力不足的桩基具有较好的加固处理效果，根据基底土层性状的不同，其对桩基承载力的提高一般不小于50%～150%。

　　 3、桩端高压注浆技术不仅是一种被动的桩基加固方法，同时也可以用来指导新桥设计，是解决软弱持力层承载力过低、设计桩长过长、基础工程造价偏高的一种有效途径。

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