钻孔灌注桩的后压浆技术

２００７年８月第８期　城市道桥与防洪　管理施工　１１３　钻孔灌注桩的后压浆技术　陈火文　（汕头市达濠市政建设有限公司，广东汕头５１５０４１）　摘　要：混凝土钻孔灌注桩在公路桥梁建设中，由于地质水文条件复杂，在混凝土桩浇注中由于地下水涌人，会产生离析、　分层，桩基承载力达不到设计要求。我国西南地区岩溶，溶洞发达地区，不得不对桩端进行灌浆加固。其它不良地层，需要进　行加固或进行基础处理。施工中常会发生沉渣不清、夹泥、蜂窝孔洞等缺陷，对压浆修补桩的缺损部位以及桩基承载力严重　不足的需进行补救等。该文就钻孔灌注桩后压浆技术的加固方法、加固机理、施工技术、工艺参数、浆液类别及性能进行系　统的论述，以供实际应用参考。　关键词：灌注桩后压浆；加固方法；加固机理；施工技术；工艺参数　中图分类号：Ｕ４４３．１５４　文献标识码：Ａ文章编号：１００９—７７１６（２００７）０８一Ｏ１１３—０５　１概述　混凝土钻孔灌注桩在公路桥梁建设中应用比　３后压浆桩基的工作机理　较广泛，在一般情况下，不必进行灌浆处理，但我　３．１加固机理　国幅员辽阔，地质水文条件复杂，如广东沿海地　桩端压浆，可以提高单桩承载力。在桩端压注　区、长江中下游地区主要为淤泥、淤泥粉细砂、泥　浆液（如水泥浆液），浆液首先将渗透到最疏松的　质砂岩、粉粘土，且地下水较高，淤泥含水量高达　桩端沉渣间隙中，形成水泥凝结块，从而消除孔底　６０％～９５％，淤泥层厚度最深达２Ｏ～３０　ｍ，一般在　沉渣的不良影响。浆液进一步向桩端持力层中渗　５—１０　ｍ，且大都成流塑状态，海边地区还受潮汐　透，在桩端形成“梨形体”。“梨形体”的增大，会对　水影响，在混凝土桩浇注中由于地下水涌人，会产　桩端持力层起压密作用，提高了桩端的承压面积　生离析、分层，桩基承载力达不到设计要求。我国　和桩端承载力。当注浆压力升高时，注浆量不断增　西南地区岩溶、溶洞发达地区，不得不对桩端进行　加，浆液会沿着桩壁上升，充填间隙，提高桩侧摩　灌浆加固。其它不良地层，需要进行加固或基础处　阻力。　理。施工中常会发生沉渣不清、夹泥、蜂窝孔洞等　桩侧灌浆是在钻孔灌注桩桩身通过预先埋置　缺陷，对压浆修补桩的缺损部位以及桩基承载力　的压浆管将水泥浆压人桩侧土体，其作用大致表　严重不足的需进行补救等。《公路桥涵设计手册一　现为：（１）挤密桩侧土体，桩周土侧压力增大，从　墩台与基础》就地基处理几种浆液灌注法浆液性　而增加桩侧摩阻力。（２）渗透劈裂作用，桩周土与　能和设计进行了介绍，但对混凝土钻孔灌注桩后　水泥浆胶结，改善桩土受力状态。压浆期间桩身有　压浆技术总结偏少。本文就钻孔灌注桩后压浆的　向上的趋势，桩周土对桩产生负摩阻力，应予注　加固方法、加固机理、施工工艺、工艺参数、浆液　意。　类别及性能进行系统的论述，以供实际应用参考。　３．２后压浆对桩承载力的增强效应　２钻孔灌注桩后压浆的加固方法　（１）沉渣和泥皮的固化效应。粗颗粒沉渣会被　水泥浆固化为中低强度的混凝土，而细颗粒沉渣　灌注桩后压浆借助于事先安设于桩身内构件　或虚土会被固化为网状结石复合土体，端阻力由　进行压浆以达到加固目的，或者通过桩端与地基　此得到提高。桩身表面的泥皮因水泥浆的物理化　间的界面或沉渣进行压浆以使桩身有效地将荷载　学作用而被固化，侧阻力由此得到提高。　传递到持力层上，或者通过对地基“后灌浆”以达　（２）渗人胶结效应。当桩底桩侧为粗粒土（卵　到桩基加固目的。另外，还可对桩身缺损部位进行　石、砾石、粗中砂）时，会因水泥浆的渗人胶结效　修补。具体来讲有：（１）借桩内预设构件进行压浆　应而使其强度得到显著提高。　加固。（２）桩端压浆。（３）桩侧压浆。（４）压浆修补　（３）劈裂加筋效应。当桩底桩侧为细粒土（粘　桩的缺损部位。　性土、粉土、粉细砂）时，会因水泥浆的劈裂注人，　收稿日期：２００７—０５—２４　形成强度和刚度较高的网状加筋复合土体。对于　作者简介：陈火文（１９６８一），男，广东汕头人，高级工程师，从　非饱和细粒土，通过劈裂一压密注浆使土体得到　事公路、市政工程施工工作。　增强。　维普资讯 http://www.cqvip.com １１４　管理施工　城市道桥与防洪　２００７年８月第８期　（４）扩底扩径效应。桩底形成扩大头，桩表面　的泵，而压力应达到灌浆施工时要求的最大压力　的１．５倍。　５．２施工工艺　形成紧固于桩体的１Ｏ　５０　ｍｍ厚水泥结石层，会　起到一定扩底扩径效应。　４钻孔灌注桩后压浆在工程中的应用　在溶岩空穴桩端支承的加固常采用借桩内预　设构件进行压浆加固，如“吊篮式结构”。或在工　程实际中采用自承台向桩身钻孔的方法替代桩内　施工工艺按照常规钻孔灌注桩规范的要求成　桩，不同之处是在下放钢筋笼的时候安装压浆管　路，通过管路对地基土进行压浆加固。　５．３压浆管布设方法　工程中常用的方法：桩底压浆管常采用两根　预设构件，进行压浆加固。　在灌注桩成桩过程中，孔底沉渣清理不充分、　厚度过大，成孔过程中导致的孔壁坍塌、开裂，孔　底清理与混凝土浇注之间的耽误以及混凝土的无　效凝结等原因，可能导致桩端支承力减弱或丧失。　在这种情况下，对桩端基础进行压浆修补加固。另　外，桩的承载力未能达到设计要求的原因，还可能　是由于桩的设置未达到足够的深度或桩尖嵌入持　力层的深度不够，这类问题可以利用桩端灌浆较　好地解决。　桩侧压浆可以破坏和消除泥皮，充填桩侧的　间隙，提高桩侧与周围土体间的粘结力，从而提高　桩侧摩阻力。当浆液的压力很大时，浆液可渗透到　土体中，与桩侧土体相结合，相当于增大了桩径，　从而提高了单桩承载力。　压浆修补桩的缺损部位，一般多使用化学灌　浆，如非水溶性聚氨酯浆液、环氧树脂浆液以及不　饱和聚酯类浆液等灌浆材料。一般用于修补混凝　土裂缝的灌浆材料以环氧树脂为主，浆液粘度可　以进行选择，从几厘泊到几千厘泊。在灌浆用于修　补混凝土缺陷的某些情况下，为减少高分子浆材　的用量，可先进行高标号水泥浆的压力灌浆充填　后，才进行化学灌浆。　５钻孔灌注桩后压浆施工技术及工艺　５．１灌浆系统　灌浆系统由储浆筒、压浆泵、压力表、压浆筒　和单向阀等组成。施工时注意选择合理的压浆泵，　压浆泵的性能往往决定钻孔桩压浆的成败，尤其　是在桩底压浆时，要求泵的排浆量小、压力高且稳　定。若泵的排浆量大，当浆液被压入桩底时，由于　地基土来不及变形以协调压入的浆体，往往会在　短时间内产生高压，甚至会超出压力表的范围。这　不仅不安全，而且对压浆的效果也很不利。因此要　求压浆时能够控制压力，并在要求的压力下稳定　一段时间，以使土充分压密并向外扩张。要稳住压　力，排量就必须相应地变化。理想的设备是具有无　级调速装置。如果没有理想的泵，可采用排量较小　通长注浆管，置于钢筋笼内，以扎丝捆绑，分放于　钢筋笼两侧。注浆管一般超出钢筋笼３００—　４００　ｍｍ，其超出部分钻上花孔。为防止桩身混凝　土浆液堵塞压浆管，在放压浆管之前应采取诸如　生胶带、橡胶带捆绑等措施予以绝对密封。压浆管　之间的丝扣连接应用生胶带止水。　桩侧压浆管由钢导管下放至设计标高，用弹　性软管（ＰＶＣ）连接。在预定的灌浆断面弹性软管　环置于钢筋笼外侧捆绑，钢管置于钢筋笼内，两者　用三通连接，在弹性软管沿环向外侧均匀钻一圈　小孔，均予以密封。　桩侧压浆示意见图１。　钢筋笼　钢筋笼　（ａ）装置　（ｂ）扎内布置　图１桩侧压浆示意图　５．４选择合理的压浆管结构　压浆管一般采用无缝钢管，其结构为端部花　管、中部直管及上部带丝扣的接头三个部分。花管　段侧壁一般按梅花形设置出浆小孔，孔径６　ｍｍ　或７　ｍｍ。注浆形状有：菱形、直筒形、内分叉形、外　分叉形等。工艺性试验表明：上述四种压浆管结构　进行桩底注浆所形成的固结形状差异不大，均能　固结成圆柱形或球形体，且混凝土浇灌时不易被　下泻的混凝土砸坏，设置压浆管成功的几率高，可　作为桩底压浆管设计时参考。　５．５确保压浆管制作安装质量　安装压浆管时必须保证压浆管之间的对接，　维普资讯 http://www.cqvip.com ２００７年８月第８期　城市道桥与防洪　管理施工　广水泥浆　１１５　确保焊缝饱满、连续、密封良好；必须在花管全长　范围内用胶带缠绕紧密，再用胶皮铅丝包裹扎牢，　以保证密封良好。端部花管、压浆管连接完成后，　每节或每段均应用具有一定压力的自来水灌水检　验其是否密封，如存在渗水应及时返工整改，以防　止岩土体、地下水及灌注料渗入管内堵塞管路。同　时，压浆管安装进还必须保证花管端部与钢筋笼　厂一液　Ｅ　浆　Ｉ　Ｆ　卜＿．环氧树酯类　（设计必须是下至孔底）底端齐平。　５．６采用预压水疏通压浆管道　灌注桩水下混凝土强度达到一定程度后，应　及时对压浆管道实施预压水试验。采用预压水预　先劈裂花管侧边的混凝土保护层和花管端部胶　带，打通压浆通道，这是保证压浆管道设置成功的　重要措施。对压浆管实施预压水的时间，以在混凝　土浇灌成桩后３—７　ｄ内进行为宜。　５．７压浆前压水试验　压浆前必须先进行压水试验，以检验已打通　的压浆管是否重新被堵塞，并确定注浆初压力把　细粒沉渣推至注浆范围之外等。压水压力以保证　疏通注浆管道为准。试验结果表明：压水压力随混　凝土浇灌时间的长短而不同，浇灌时间越长其预　压所需的水压力越大，因此何时进行预压水疏通　管道是保证注浆管道畅通的关键。　实践证明：在成桩两个月内实施注浆前压水　试验，压水压力一般不大于４　ＭＰａ，成桩后半年以　上实施注浆前压水试验，压水压力一般不小于１５　ＭＰａ。因此将注浆前的压水试验控制在混凝土达　到养护龄期，即成桩后的２８　６０　ｄ内比较适宜。　５．８压浆参数的确定　（１）压浆起进时间　注浆时需要施加较高的压力，因此要待桩身　具有一定强度或浇灌达到一定龄期之后才可注　浆，否则会造成桩身材料的破坏。根据经验，当桩　身混凝土强度达到设计强度的８０％并大于２０　ＭＰａ之后，方可开始注浆。　（２）浆液及配比　常用浆液的分类引用文献【　】如图２。　粒状浆液是以水泥浆为主的浆液，能形成强　度较高和渗透性较小的“结石体”。粒状浆液取材　容易、配方简单、价格便宜，不污染环境。适用于　灌注直径大于０．２ｍｍ的孔隙，而对于孔隙较小者　不易灌进。此类浆材选择时要求满足浆液材料对　地基土的可灌性，其适用条件其“可灌比值Ｎ＝　（Ｄｌ５／Ｄ８５）＞１５”。　硅酸盐类浆液，约占目前使用化学浆液的　９０％以上，无毒、价廉、可灌性好。目前常使用的几　卜＿－甲基丙烯酸酯类　Ｌ一聚氧酯类　图２常用浆液分类　种水玻璃类浆性能见表Ｉ。　表１　几种水玻璃类浆液性能　丙烯酰胺类浆液，主剂为丙烯酰胺，配合其它　药剂，以水溶液状态注入地层中。性能特点：（Ｉ）浆　液粘度小，为１．２　ｘ　１０。Ｐａ．ｓ＿可灌性远比目前所用　浆材均好。（２）凝固时间可准确在几秒至几十分　钟范围内。（３）凝固体不透水性、耐久性、稳定性　均好。（４）抗压强度较低，一般小于５００　ＫＰａ，适用　于防渗灌浆。（５）能在很低的浓度下凝结，成本相　对较低。（６）丙凝类有毒，可危及神经系统。　木质素类，以纸浆废液为主剂，加入一定量的　固化剂组成。几种常用浆液的性能见表２。　表２几种木质素类常用浆液性能　聚氮酯类，采用多异氰酸酯和聚醚树酯等作　为原材料，再掺入各种外加剂配制而成。主要性能　特点如下：（１）浆液粘度低，为０．０２—０．１６　Ｐａ．ｓ＇可　灌性好。（２）遇水反应，可用于动水条件下堵漏，止　维普资讯 http://www.cqvip.com １１６　管理施工　城市道桥与防洪　２００７年８月第８期　水见效快。（３）耐久性好。（４）凝固体抗压强度为　１　０００～１　６００　Ｎ／ｃｍ　。（５）操作简便，经济效益高。　（６）不污染环境。　浆材选择具体配比可根据地层的渗透性及地　一　下水情况等进行调整。浆液以稠浆、可灌性好为　亮　一　宜。　‘Ｒ　出　一般压浆浆液可用３２．５级普通硅酸盐水泥　妫　配制，水灰比控制在０．５～０．７之间，对于在钻探　成孑Ｌ中大量漏泥浆的桩，在其注浆浆液中适当加　人活性粉煤灰，以控制浆液的渗透范围，确保浆液　的有效利用。另外，可同时掺加适量的外加剂以改　注浆量（ｍＶｍｉｎ）　善浆液的性能，提高注浆效率。　（３）容许注浆压力　圈３注浆压力与注浆量关系曲线　一注浆压力不是一个固定的指标，但压力过大　设计桩的截面积。　或过小均会影响注浆质量。注浆压力过大易产生　根据工程实践，亦可以压水试验疏通压浆管　冒浆和跑浆；压力过小浆液在岩土体内又不易实　道时的压力作为注浆的初压力，以初压力的２—３　现劈裂、挤压和渗透。　倍为压浆的终压力。　注浆压力与桩长、桩端土层的性质等因素有　（４）压浆量　关。桩身越长，桩端土强度越高，则所需注浆压力　对于桩侧注浆量来说，鉴于桩侧压浆起融合、　就越大；桩身越短，桩端土强度越低，则所需的注　挤密桩周泥皮、封堵沿桩周泥皮向上渗透通道的　浆压力就越小。此外，在不同的阶段，所需要的压　作用，其压浆量Ｖ侧可按下式计算：　力也不同，注浆开始阶段由于要克服很大的初始　Ｖ￣，ｊ＝Ｋｆｌｄｈｔｒ　（２）　阻力，所需要的压力较大；平稳注浆过程中，所需　式中：　一桩侧压浆量（ｍ　）；　的压力较小；注浆结束阶段，由于浆液已经充满地　Ｄ一设计桩径（ｍ）；　层，此时所需要的压力较大。初始和结束阶段的注　一设计桩长（ｍ）；　浆压力可达２　ＭＰａ左右，中间阶段的注浆压力一　一桩周浆液厚度（ｍ），根据试验确定，一般　般控制在０．５～１．０　ＭＰａ。　取０．０４左右；　一当注浆压力超过地层的压重和强度时，将可　不均匀系数，取１．５。　。　能导致地基及其上部的破坏或上抬现象。因此，注　对于桩端压浆量来说，应确保压浆量达到或　浆压力一般都以不使地层结构破坏或仅发生局部　超过设计要求。桩底压浆应根据桩端持力层的岩　和少量破坏作为确定允许注浆压力的基本原则。　土性状、沉渣量等因素，预先设计所需注人量。设　进行注浆试验时，一般是用逐步提高压力的　计注人量可按下式计算：　办法，求得注浆压力与注浆量的关系曲线，当压力　Ｖ　ａ＝ｒｌｆｌＲ２Ｈｆｌｎ　（３）　升至某一数值Ｐｆ（见图３），而注浆量突然增大时，　式中：　一端每根桩的浆液注人量（ｍ　）；　表明地层结构发生破坏，因此，把此时的压力值作　叼一浆液损耗系数，一般取１．１～１．３；　一为确定容许注浆压力的依据。　浆液有效扩散半径（ｍ）；　一为使桩不致因压浆而导致上抬，容许注浆压　需要加固段高，一般取０．５～１．０　ｍ；　力［　】还须满足：　ｎ一孑Ｌ隙率或裂隙率；　一ｆ　１≤（ｏ【・见・ｄＳｆ．Ｚ　＋０．９ｗ）／Ａ　（１）　浆液充填系数，一般取０．４～０．９。　式中：∞一按设计桩径确定的桩自重（应扣除水的　在浆液不至于无效扩散（如冒浆和跑浆使浆　浮力）；　液远离桩周无法形成扩大头等）的情况下，压浆量　ｏ【一按抗拉极限摩阻力与桩轴心受压极限阻　大，浆液的有效扩散半径也大，对桩底及桩侧周围　力的比例参数；　的土层加固范围就越大，单桩承载力随之进一步　ｄ一设计桩径；　提高。所以，保证压于设计确定的浆液量是提　一桩侧各土层极限摩阻力；　高单桩承载力的关键。　Ｚ　一桩侧各土层厚度；　（５）压浆持续时间　维普资讯 http://www.cqvip.com

２００７年８月第８期　城市道桥与防洪　管理施工　１１７　压浆时间太短，压浆效果不明显；注浆时间太　度、采取间歇压浆或速凝浆等措施。　５．１０压浆结束标准　长，注浆效果不高。根据经验，综合考虑各方面的　因素，每根桩的压浆持续时间一般不宜大于２　ｈ。　（６）合理浆液浓度　随着注浆压力的变化，浆液浓度也需适时调　节（压力增大，浆液浓度相应增大）。稀浆便于输　送、渗透能力强；中等浓度浆液起填充、压实、挤　密作用；浓液对已注入的浆液有脱水作用。所用浆　压浆的结束标准一般应同时满足两个条件：　（１）压浆压力达到要求的终压，并保持终压５～１０　ｍｉｎ，终压力为初压力的２～３倍；（２）终压稳定条　件下达到大于设计要求的浆液注入量。　工程完工后，应按现行有关技术规范要求进　行单桩竖向承载力及桩身完整性检验。承载力试　液浓度一般先用稀浆，再用中等浓度浆，最后用浓　验应在后压浆２０　ｄ后进行，浆液中掺人早强剂时　浆，条件许可时应尽量用浓浆。　可提前进行。　（７）在利用压浆加固桩端支座和提高桩周摩　阻力时，随着压浆量的增加，压浆压力逐渐增大，　６　结语　进浆进度逐渐减小，这说明被处理的地层逐渐被　钻孔桩后压浆处理，可以大幅度提高桩的承　灌人的浆液所充填。与此同时，桩顶或桩台会有一　载力和质量稳定性，同时使地基岩土地层强度增　定程度的升高，停止压浆后又略有下沉。若下沉的　高；胶结孔底沉渣，消除桩身过大的沉降；修补桩　程度比抬高的略小，且保持稳定，则认为达到了加　身缺损部位，保证设计承载力９・减少桩基建筑物的　固要求。若下沉的程度比抬高的程度大，则需继续　不均匀沉降。工程实践已证明了后处理桩的可靠　压浆。不过，桩顶抬升应有。一般认为桩的最　效果。钻孔灌注桩后压浆技术得到了越来越多的　大上升量应为５　ｍｍ。　应用，同时需在实践中不断总结、提高，以期进一　５．９压浆注意事项　步发展　压浆过程中当发现注浆压力突然下降、流量　突然增大时，应立即停止注浆，并检查是否有冒　参考文献　浆、跑浆现象发生。如产生冒浆、跑浆，则应停止　［１】江祖民，王崇礼．公路桥涵设计手册一墩台与基础［ＭＩ．人民交　压浆，并进行封堵或减小压浆的压力、加大浆液浓　通出版社．　深圳５年内将建２０座污水处理厂　深圳市公明污水处理厂工程项目建议书近日经深圳市发展和改革局审批，已获通　过，该处理厂将于２００８年动工建设，计划于２０１０年投入使用。据悉，按照深圳市污水处　理布局规划，“十一五”期间该市要新建扩建和改造２０座污水处理厂，使全市污水处理率　提高到８０％以上，其中包括将建我国规模最大的地下式污水处理厂。　刚通过评审的公明污水处理厂工程设计规模为日处理ｔ亏水２０万ｍ。，其中一期工程　规模为日处理污水１０万ｍ　，总投资估算为２．１２亿元。今年年底前将完成初步设计工作，　２００８年动工建设，计划于２０１０年投入使用。　另外，“十一五”期间深圳还将建设横岭污水处理厂二期工程和布吉？亏水处理厂两　大重点项目。其中，横岭污水处理厂一期工程合并后，处理能力将达到６０万　，能基本　消化龙岗河干流旱季污水，使深圳与惠州跨市河流交接断面的水质迅速改善，更好地保　护龙炎河、西枝江以及东江的水体功能，对深惠两市的可持续发展有十分重要意义。布　吉污水处理厂是深圳河湾水污染治理的重要工程，计划于２００９年投入运行，届时将是　我国规模最大的地下式污水处理厂。它将使布吉河、深圳河乃至深圳湾的水环境发生质　的变化　‘