浅谈钻孔灌注桩桩端复合式后压浆施工技术

浅谈钻孔灌注桩桩端复合式后压浆施工技术

张子轩

中铁六局集团太原铁路建设有限公司 太原 030013

摘要：当前钻孔灌注桩技术已作为一种成熟的地基处理技术被广泛应用于各类型工程建设中，而对钻孔灌注桩进行后压浆的施工技术则是一种新兴的地基处理技术，通过桩基后压浆技术，可以改善桩基本体和地下土质之间的相互作用关系，使得桩基承载力得到明显提高。此外后压浆施工工艺简单，材料利用率高，经济效果显著。

关键词：钻孔灌注桩 桩端 复合式后压浆

1 引言

钻孔灌注桩早在上世纪末就被应用在我国的各种工程建设中，为满足工程建筑规模和质量在不断提升的过程中对基桩承载力提出的严苛要求，传统施工方法大多是将基础改为扩大基础、加长基桩桩长，或将桩基打入基岩中，以此提高基桩的承载力。但解决方案受现场地质和环境的影响较大，同时还增加了建设成本，为此一种新型的、可提高基桩承载力的、节约成本的施工技术应运而生——钻孔灌注桩后压浆施工技术。

2 工作机理

钻孔灌注桩复合式后压浆施工技术工作原理为：借助高压泵将浆液通过注浆管道压入桩底提前安放的后压浆装置中，其中位于压浆胶囊内的压浆管将浆液注入胶囊，形成水泥扩大头，加大了桩基底部的受力面积；位于保护钢圈内的压浆管将浆液注入桩端土体，使地层发生胶结，整体强度大幅度提高，其具体结构如下图所示：

3 工程实例概况

太原西北二环高速公路ZH11标马头大桥为跨越“U”型沟谷而设，桥长368m，设计速度为100km/h，等级为Ⅰ级。桩基础共有56根，均为摩擦桩，桩径分别有1.5m/1.8m/2.0m三种规格。桥址地层主要由稍密湿陷性粉土、中密-密实粉土及硬塑粉质黏土及密实碎石构成。具体地质情况如下图钻探结果所示：

桥台处地质钻探结果 6#墩处地质钻探结果 9#墩处地质钻探结果

4 技术特点

对于钻孔灌注桩而言，复合式后压浆施工技术的特点主要有以下几方面：（1）可将地基处理中注浆法的劈裂、渗透和压密的三种作用形式统一集中在桩底共同发挥作用；（2）通过桩底环形钢板注浆胶囊的约束，可有效的控制注浆液的数量和作用范围；（3）适用于各种方式成孔的灌注桩；（4）后压浆装置构造简单、安装便捷、成本较低。

5 施工技术及控制措施

5.1 施工流程图

5.2 施工准备

桩基施工前根据施工需要，对测量控制点进行复测、加密或重新布置。组织测量人员，放出桩位，钉好十字护桩。护筒安装就位后，必须校核桩位坐标,桩位经复核无误后方可进行施工。

后压浆胶囊运至现场后，首先需检查胶囊外观质量，是否有明显的破损，然后对其密闭性进行检测。压浆机的压力表提前在相关部门进行标定，并出具合格证书。调试浆液配合比，报请相关部门审批。

压浆胶囊气密性试验

5.3 钻进成孔

根据地质勘察设计图纸及现场试桩，马头大桥桩基采用旋挖钻干钻成孔工艺。钻进过程中按照每2m或地质变化分层处留取一次渣样的原则，核实现场地质是否与设计图纸相符。

钻进过程中时刻关注地质变化及是否塌孔，如发现现场地质与设计图纸相差较大时，需立即停止钻进，及时通知设计院根据实际地质进行调整，确保桩基单桩受压承载力满足要求。

5.4 制作钢筋笼并连接后压浆装置

钢筋加工场成品加工时主筋为整体，不考虑连接，孔口连接时采用机械连接，加强筋、定位筋采用双面搭接焊，螺旋筋采用滚焊机进行加工，然后分节运送至施工现场。

钢筋笼运至现场后再由专业工人将最底节钢筋笼与后压浆装置的钢板焊接在一起。具体连接方式如下图所示：

钢筋笼及后压浆胶囊制安过程中，应加固牢靠，采用焊接工艺时，焊缝长度严格把控。沉放时缓慢谨慎，避免胶囊脱落和压浆管弯曲，影响后续施工。

5.5 成孔检测

当钻进深度满足设计要求时，采用钢筋探笼及测量工具对孔径、孔深、孔位和孔形等进行检查。

5.6 清孔

考虑到现场施工工艺为干钻，且旋挖钻钻头齿块高度过高，无法满足沉渣厚度要求，遂设计清孔器。清孔器具体结构为将旋挖钻钻头齿块改为平板刮刀，通过旋挖钻钻进将孔底虚渣收集于钻头内，然后提升至孔外。

5.7 安装钢筋笼及后压浆装置

分节钢筋笼采用机械连接，沉放时要采用逐段吊装、逐段沉放的方法。钢筋笼吊筋根据作业平台的标高，准确计算吊筋长度，确保钢筋笼沉放位置准确。

桩身内的压浆管可直接借助声测管，连接方式采用承插式连接，连接口采用焊接进行密封。根据本次采用的压浆胶囊规格型号，每根桩基需安装4根声测管。压浆阀使用单向压浆阀，且能承受1MPa以上的静水压力，同时还应具备逆止功能。钢筋笼主筋需和压浆胶囊钢板建立可靠连接，防止压浆胶囊脱落。

沉放钢筋笼前需再次检查压浆胶囊是否完好无损，防止在焊接过程中焊渣烧伤橡胶，出现孔洞；其次需将压浆胶囊固定牢靠，其外围不得超过钢板外径，防止沉放过程中孔壁磨损橡胶；同时应保证胶囊平铺，防止出现褶皱，避免出现压浆不饱满的情况。

声测管（压浆管）在安装时应保证管的接头密封，不漏水。

5.8 灌注桩基混凝土

灌注桩基混凝土时需借助导管。导管长度根据现场需求确定，两节导管间采用丝扣连接。混凝土由搅拌站统一拌制，首批混凝土灌注正常后，混凝土连续不断地灌注直至完成。

导管在沉放前应进行水密试验，确保每节导管完好无损，以及导管间的连接是密闭的。

混凝土灌注时，应满足首封混凝土将导管埋深1m以上。其次在灌注剩余混凝土时，混凝土中埋置的导管深度宜控制在2～6m。

5.9 检桩

钻孔灌注桩采用环切法凿除桩头，然后采用声波透射法检测桩体。

如在检桩前发现声测管发生堵塞，可采用细软管从管底注入高压水，将杂物顶冲出管外。如在注浆过程中发生堵管，可通过调整浆液配合比或用高压水冲洗后重新注浆。

5.10 后压浆设备安装、准备压浆材料

压浆作业前检测桩基混凝土强度，其强度等级不得低于设计强度等级的75%，且经第三方检测，出具基桩检测合格的报告后，现场准备进行基桩压浆作业。马头大桥采用的后压浆技术为桩端复合式压浆技术，压浆压力一般为4～6MPa，故选用的压浆设备为2TGZ-120/105型高压压浆泵。

后压浆材料选用42.5级普通硅酸盐水泥，水泥内添加6%～8%微膨胀剂，浆液配比为0.7:1～0.9:1。

此外还需在桩顶设置监测桩基抬升量的测量设备。

桩身砼灌注完成后应及时用高压水冲洗压浆管，打开压浆阀，疏通压浆通道。

5.11 后压浆作业

在正式压浆前，至少选取3根桩基进行试压浆，详细记录压浆过程中压浆压力和压浆数量的变化。通过试压浆，对前期计算的压浆参数进行调整，确保工程质量。

后压浆宜采用压浆量与压力双控，控制标准以压力为主，压浆量和压浆时长为辅。

压浆压力以4～6MPa为宜，持续压浆，压浆速度一般控制在30～50L/min，压浆过程中间隔时间不得超过30分钟。当压注浆液数量达到前期确定的数量时，再持续稳压5分钟后方可结束压浆，视为合格。

符合下列条件，即可终止压浆：（1）桩端压浆量达到标准的80%以上同时压浆压力达到10MPa；（2）随着浆液逐渐被压入胶囊中，会使胶囊的周围呈辐射状扩张，挤压胶囊周围土体，并通过胶囊顶部的钢板使桩体整体产生微量抬升，桩顶抬升量已达3～5mm。

压浆作业完成后将露出地表的压浆管口封闭，防止浆液回流。用清水清洗压浆设备，防止管道内剩余的浆液堵塞管道。

在后压浆过程中，为确保压浆质量满足要求，同一桩基的4根压浆管应同时压浆。

5.12 后压浆验收

复合式后压浆属于地下隐蔽工程，对其进行完整的压浆效果检测难度较大。故在压浆过程中严格遵守压浆规程外，对其压浆效果检测一般进行抽样静载荷试验。根据相关规范规定：静荷载试验检测数量比例应不低于相同条件下桩基分项工程总数的1%，同时不得少于3根；当桩基总数不超过50根时，检测数量也不得少于2根。

6 分析总结

对马头大桥钻孔灌注桩初步设计所采用的的传统施工工艺和优化后复合式后压浆施工工艺的各项参数进行对比分析：

（1）桩长对比

根据地勘报告和现场钻渣地质分析，结合增强系数的应力检算，马头大桥钻孔灌注桩采用复合式后压浆技术，原设计桩长均相应缩短，总体变化如下表：

（2）材料对比

（3）成本对比

通过以上数据分析可知：（1）相较于钻孔桩传统施工工艺，运用桩端后压浆施工工艺，可缩短桩基长度，提高功效，加快施工进度，保证施工工期要求；（2）运用桩端后压浆施工技术，对于材料成本方面，钢材和混凝土均节约，桩基础建设成本可节约122.6万元，创造了良好的经济效益。

7 结束语

钻孔灌注桩桩端复合式后压浆技术属于二次地基处理，其通过压密注浆、渗透注浆、劈裂注浆三种形式的同步进行有效的改善了基桩的受力条件，在满足建筑受力的前提下，可优化桩长，节约工时、保障工期，同时还节约成本。此外这项施工技术能更好的适应地质的多样性，对土质、砂砾、卵石等地质皆可适用，有效的解决了地质差难以成桩和超长钻孔的困难。通过马头大桥的钻孔桩后压浆施工经验，可为其他工程建设中采用此项技术提供参考价值。

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