大直径深长灌注桩桩端后压浆施工质量控制

周志贞

(南京苏宁建设监理有限公司， 江苏 南京 210004)

质量安全

大直径深长灌注桩桩端后压浆施工质量控制

周志贞

(南京苏宁建设监理有限公司， 江苏 南京 210004)

摘 要：结合工程实例介绍大直径、深长桥梁灌注桩桩端后压浆施工质量的控制要点和常见问题的处理方法。

关键词：钻孔灌注桩；桩端后压浆；质量控制

1 工程概况

扬州新建的万福大桥自扬州万福闸以南 240 m 处跨越廖家沟，总长 664 m；东西桥头堡建筑总高度 109 m。该桥梁总体风格为楼台亭阁，模仿园林景廊设计，把建筑和桥梁完美结合在一起。万福大桥是扬州市首座双层大桥，主桥宽30.5 m，上层为车行桥，下层为非机动车及人行桥，实现人车分离。

大桥主桥的主跨为双塔自锚式悬索桥。7 号和 8 号主塔墩桩基各采用 68 根φ2.2 m 钻孔灌注桩，设计桩长 85 m；桩底标高-93.321 m，桩中心距 5.5 m，持力层为全风化的砂岩层。主墩承台平面尺寸为 49.3 m(顺桥向)×65.5 米(横桥向)，呈哑铃型布置。边墩和引桥水中墩桩基采用φ1.5 m 钻孔灌注桩，设计桩长 70 m，持力层为粉砂层，计 48 根。钻孔桩均为水下 C35 商品混凝土，采用泥浆护壁旋挖钻机成孔施工工艺施工。设计要求对主墩和边墩钻孔灌注桩进行桩端后压浆。本工程总造价 6.38 亿元，总工期 630 d。

2 工艺原理

钻孔灌注桩桩端后压浆技术是指灌注桩成桩且桩身达到一定强度后，通过预埋的压浆管路和压浆装置，利用高压压浆泵向桩端地层压注以水泥为主剂的浆液。视浆液性状、地层特性和注浆参数等不同条件，压力浆液对桩端土层、桩端虚土及桩端附近的桩周土层，能起到渗透、填充、置换、劈裂、压密及固结或多种形式的组合作用。通过改变土体的物理力学性能及桩土间的边界条件，达到消除虚土隐患、提高桩端土及部分桩周土阻力从而提高桩的承载力、减少沉降量的目的。

后压浆按压浆工艺分为闭式压浆和开式压浆；按压浆循环方式分为单向压浆和循环压浆；按压浆部位分为桩侧压浆、桩端压浆和桩侧桩端压浆；按压浆管埋设方法分为桩身预埋压浆管压浆和钻孔预埋压浆。本工程采用桩身预埋压浆管进行开式单向桩端压浆。

3 提高承载力的机理

桩端压浆提高桩基承载力的机理不是单一的，而是诸多方面共同作用的结果。

3.1 减少桩底沉渣厚度，加固桩端持力层

不管桩端土性如何，注入的浆液与桩端沉渣混合固化，凝结成一个强度高、化学性能稳定的结石体，以减少沉渣厚度。同时，浆液会沿着桩端持力层的孔隙扩散和渗透，使桩端土层强度得到明显提高，从而提高桩端阻力。

3.2 改善桩—土界面特征

在桩端压浆过程中，桩端以上一定高度内的泥皮、桩身与桩周土层会在一定宽度范围内得到加固。浆液固结后土体参与了桩的承载，提高了桩侧阻力。

3.3 减少桩基沉降变形

在压浆压力的作用下，桩端土层得到挤压密实，使桩端压缩变形部分在施工期内提前完成，减少了日后使用期的竖向压缩变形。

4 工艺流程

灌注桩钢筋笼制作→压浆管制作安装→第 1 次清孔→钢筋笼下放→第 2 次清孔→灌注桩体混凝土→桩体混凝土灌注后 8 h～12 h 采用清水开塞→桩体混凝土龄期达 15 d 进行超声波桩身完整性检测→压浆设备检查→桩端压浆→注浆 20 d 后进行自平衡桩承载力检测→交工验收。

5 技术参数

(1)水泥。选用 42.5 级普通硅酸盐水泥。水泥的细度符合要求；水泥必须新鲜，确保无结块。

(2)浆液。①水灰比一般不宜过大或过小。过大会造成压浆困难，过小则在压力作用下会使水泥浆形成离析。水灰比的大小应根据土层类别、土的密实度、土的饱和度和渗透性等因素确定。本工程采用 0.6～0.8。 ②初凝时间为 4 h～6 h，则流动性好、泌水小。

水泥浆液配制的工艺参数可在施工过程中根据注浆情况进行优化。以顺利压浆、确保注浆量为控制依据，对搅拌、过滤及输浆距离进行调整。

(3)压浆量。单桩压浆量是指单桩压浆的水泥用量，主要考虑桩径、桩长、桩端桩侧土层的性质、单桩承载力增幅等因素来确定。可按公式 Gc=∝p×d 计算。式中：∝p 为压浆系数，针对不同的土层取相应值；d 为桩径。本工程设计单桩压浆水泥用量为 3.5 t。

(4)持荷时间为 5 min。

(5)压浆流量。规范要求压浆流量不宜超过 75 L/min。本工程控制在 50 L/min。

(6)压浆压力。压浆压力可按公式 P=(2～4)P0计算。式中 P0为桩底静水压力。经计算，本工程压浆压力控制在2 MPa～4 MPa。

6 质量控制的要点

6.1 压浆管的制作和安放

6.1.1 压浆管的制作

本工程设计要求沿桩截面均匀布置 4 根 φ60×4 mm 声测管兼作压浆管。监理应注意检查压浆管的规格、壁厚、数量、接头、布置位置及长度等是否符合设计要求。压浆管最下端一节下口封闭。在最下部 20 cm 处制作成压浆喷头(俗称花管)，在该部分采用钻头沿管断面圆周均匀钻出 4 列压浆孔作为压浆喷头，每列 4 个孔；计 16 个孔。孔径 5 mm，孔距 50 mm，距离压浆管端部 30 mm。压浆孔用图钉封堵，外面套上同直径的自行车内胎并在两端用防水胶带封严。这样，压浆喷头就形成了一个简易的单向装置。当压浆时，压浆管中压力将车胎迸裂、图钉弹出，水泥浆通过压浆孔进入土层；而混凝土灌注时，该装置能保证压浆管不会被混凝土浆堵塞。压浆管钻孔完毕，应将管内铁屑清理干净，以免堵塞注浆孔。压浆管应用 U 形环固定在钢筋笼主筋内侧。监理应要求施工单位采用 φ10 钢筋制作成 S 钩，一端钩在加强箍上，另一端钩在声测管孔内，以防钢筋笼吊放时压浆管掉入桩孔内。

6.1.2 压浆管的安放

本工程设计的桩长较长，达 85 m，孔深更是达到100 m(桩底至作业平台)；压浆管接头较多，每根压浆管有4 个接头，每根桩有 16 个接头。压浆管路连接时如何保证压浆管不渗漏，是压浆工作能否成功的关键。因此，监理应对压浆管的安放进行旁站监理，尤其要注意对压浆管接头连接质量的控制。

(1)钢筋笼吊放时应注意保护压浆管，钢筋笼不得扭曲，以免造成压浆管在接头连接处松动；相邻压浆管的连接采用机械直螺纹套筒连接，连接完毕后套筒要缠绕 3 层胶带，上下各超出套筒 5 cm；喷头部位应加耳朵筋保护，不得摩擦孔壁，以免压浆孔保护车胎破裂而造成压浆孔堵塞。

(2)下放压浆管时，压浆管应上下顺直，不得错位；否则会因为超声波检测探头无法下放进行超声波桩基检测而造成事故。

(3)在压浆管下放过程中不能有杂物掉进管内，以保证后续压浆的通顺。下放完成后及时用堵头将上口封住，以免泥浆或其他杂物落入堵塞压浆管。

(4)必须对每节压浆管进行注水检验。如果水面保持 5 min 不下降，则说明压浆管路连接严密，可进行下道工序施工；如果水面下降，则应要求对已安装的压浆管进行更换。注水检验用水应采用洁净的水，不得采用含泥量较大的水，以防水中泥砂沉淀后堵塞压浆管底，造成超声波检测不到位。

(5)为缩短工期，便于在进行桩基超声波检测之后穿插进行桩端后压浆施工，应采用附笼将压浆管伸至钻孔平台下口，与护筒顶标高相同。附笼由施工方编制加工；制作详图经监理审核后报设计复核确认。

(6)督促施工方加强对外露压浆管成品的保护，不得损坏压浆管。监理人员应经常巡视检查压浆管的保护情况。

6.2 压浆设备的选用

平台压浆装置由高压压浆泵、水泥浆搅拌机、储浆桶、平台管路系统及观测仪表等组成。地下压浆装置由桩身压浆管和桩端压浆装置等组成。压浆泵的排浆量要小，而压力要高、要稳；泵的额定压力应大于设计最大压浆力的 1.5 倍；压浆泵应配有压力表和流量计，压力表的量程应为额定泵压的 1.5 倍～2 倍。本工程压浆泵选用 ZBY60/10-15 型液压注浆泵。额定工作压力 0～10 MPa，额定流量 0～60 L/min，配备相应的压力表等计量仪表。压力表在使用前必须经有资质的单位校验合格。水泥浆搅拌机选用 ZJ-400 搅拌机，公称容量400 L，搅拌机浆液出口设置水泥浆滤网，避免水泥团进入贮浆筒后吸入注浆导管内而造成堵管或爆管事件。平台上高压注浆泵与注浆管之间采用输浆软管连接。输浆软管选用能承受 2 倍以上最大注浆压力的高压胶管；输浆软管与注浆管连接处设卸压阀，以便压浆结束时减压卸除输浆软管。正式压浆前，监理应组织检查压浆泵的压力表、阀门、管线等的完好状态并进行试运行。

6.3 泥浆的配置和管理

(1)浆液要求。要求水泥浆浆液的粘度低、渗透力强、流动性好，易控制凝固时间；浆液凝固体积不收缩，浆液稳定性好，不离析、不沉淀。

(2)浆液组成。浆液由水、水泥、外加剂等组成；级配材料的选择、比例等通过级配试验确定。本工程设计要求掺入微膨胀剂以保证浆液凝固体积不收缩。

(3)严格控制水泥等原材料的质量。水泥应新鲜无结块，并按规范规定的频次见证取样检测合格后方可使用。检查水泥浆的制配，必须严格按配比进行配料，不得随意更改；水泥浆应搅拌充分、均匀，搅拌时间 2 min～5 min，浆液经双层滤网过滤后进入储浆桶。在压浆过程中，储浆桶中的浆液要经常搅拌，保持不沉淀。浆液制备后应放置 5 min 后才能使用，以消除浆液中的空气。

(4)超过初凝时间的水泥浆不得使用。严禁边加水边加水泥、边放浆。

6.4 压浆管的压水开塞

压水试验的情况是选择压浆工艺参数的重要依据之一。压水试验还能起到探明并疏通压浆通道，提高桩底可灌性的作用。桩体混凝土浇完 8 h～12 h 即混凝土强度达到终凝后，要及时对压浆管注入清水开塞，疏通压浆通道，冲开密封的压浆管头包裹的胶皮和混凝土覆盖层。注水压力控制在2 MPa～5 MPa，压水时间 3 min～5 min，压水量不宜过大。如果水能不断注入且压力稳定，则说明已开塞成功。此时应减少进水压力，以防止高压回流夹带杂质堵塞压浆孔。当管内仍存在压力水时，不能打开闸阀，以防水喷出伤人。在正式压浆前应保持压浆管内注满水。监理应及时督促施工方进行压水开塞并且旁站见证压水开塞的全过程，详细记录压水开塞的桩号、压浆管编号、注水压力、压水时间及是否开塞成功等(详见表 1)。应要求施工方注意控制好水压；压浆管冒水疏通后即停止注水，防止影响桩身质量。另外，对成孔检测或混凝土浇筑中发现存在扩孔情况的桩，可适当提前压水疏通，防止发生堵管。

表 1 钻孔灌注桩后压浆管路安装记录表

6.5 压浆时间和顺序

桩体混凝土浇完 15 d 后，进行超声波桩身完整性检测。检测合格后即可进行桩端后压浆施工。压浆的施工顺序与钻孔桩的施工顺序一样。

6.6 压浆施工

(1)压浆作业开始前，应进行压浆试验，优化并最终确定压浆工艺参数。

(2)确保最佳压浆量是确保承载力增幅达到要求的重要因素。过量压浆会增加不必要的消耗，应通过试压浆确定。当注浆量等主要参数达不到设计值时，应根据具体情况采取相应措施。

(3)压浆施工过程中，应经常对压浆的各项工艺参数进行检查；发现异常应采取相应处理措施。

(4)当临近桩位正在钻孔时，不得进行桩端压浆施工，以防浆液穿孔。

(5)在压浆 10 m 范围内不得进行其他钻孔桩的施工，以免窜浆影响压浆效果。

(6)压浆时应控制渗入，确保慢速、低压、低流量，以让水泥浆自然渗入土层。

(7)压浆时每根桩应一次性完成压浆。同一根桩中的全部压浆管应依次等量压入水泥浆，相邻两根压浆管的压浆时间不应超过 12 h。

(8)桩端压浆终止的标准。一般情况下，什么时候结束每一根灌注桩的压浆，应根据事先设定的压浆量来控制，同时也要控制压浆的压力值。在达不到预先设定的压浆量但达到了一定的压力时，就要停止压浆。压浆的压力过大，会造成水泥浆的离析导致堵塞管道，也有可能扰动地层和使得桩体上浮。本工程采取压浆量和压浆力双控制，以压浆量控制为主、压浆力控制为辅。当压浆量达到设计要求时可终止压浆；当压浆力达到控制压力，并在持荷 5 min 后达到设计压浆量的 80% 时可终止压浆。

(9)完成压浆后应均匀减压，防止压力浆倒流堵塞压浆孔。阀门封闭的时间应不少于 40 min 再卸阀门，最后将压浆管口封堵。

(10)监理应对压浆施工过程进行全过程旁站监理，并制作钻孔灌注桩后压浆记录表，详细记录压浆的桩号、压浆起止时间、压浆力、水泥用量及浆液配比等(详见表 2)。

表 2 钻孔灌注桩后压浆记录表

6.7 注浆后的保养龄期

在桩身混凝土强度达到设计要求的条件下，桩端压浆结束后应保养 20 d 以上，再做自平衡承载力检测。

7 资料整理

后压浆施工完成后，应提供：水泥质保书、复试报告，压力表的检定证书，试注浆记录，设计工艺参数，压浆管路安装记录，压水开塞施工记录，后压浆施工记录，异常情况处理记录，桩基承载力检测报告等资料。

8 压浆施工常见问题的处理

8.1 压浆管连接错位

压浆管安装时，钢筋笼应逐节编号。每节之间均应选 1根压浆管和 1 根主筋，在其接头端部用白漆做明标记，保证按次序对应连接和位置正确。

8.2 钢筋笼入孔时压浆管掉入孔内

压浆管在钢筋笼内侧用 U 形环(间隔 2 m 布置)固定在加强箍上。用 φ10 钢筋制作成 S 钩，一端钩在加强箍上，另一端钩在声测管下口，避免声测管掉入桩孔内。

8.3 压浆管接头漏水

压浆管采用机械直螺纹套筒连接。连接完毕后套筒外侧缠防水胶带，接头处应拧紧；无法拧紧时应查明原因按规定处理。不得直接采用焊接，防止焊穿压浆管而存在孔洞，灌注混凝土时因水泥砂浆进入压浆管将其堵塞，造成无法压浆。

8.4 喷头打不开

压力达到 10 MPa 以上仍然打不开喷头，说明喷头部位已经损坏。此时不要强行增加压力，可在其他压浆管中均匀等量补足压浆数量。

8.5 压水开塞不及时

压水开塞是桩端压浆成败的关键。开塞时间过早，桩身混凝土未达到一定强度，在高压水冲射下会破坏桩端的形状和混凝土强度；开塞时间过迟，则包裹住压浆管出口的混凝土覆盖层的强度过高，会造成注浆头打不开，使压浆管报废，导致无法压浆。通常情况下，压水疏通压浆通道的时间应控制在桩混凝土浇筑完成后的 24 h 内。当压浆部位出现扩孔、塌孔或充盈系数较大时，应提前压水；混凝土浇注完 5 h即应压水，以确保能冲开较厚的混凝土覆盖层。

8.6 终止压浆控制不正确

终止压浆控制不正确通常有以下三种情况：当压力大大超过设计压力时，压浆量远未达到设计值就终止压浆；压浆力很小时，压浆量超过设计值就终止压浆；压浆量未达到设计值时，水泥浆从附近冒出地面就终止压浆。

正确的终止压浆控制标准，应该是以压浆量为主，以压浆力控制为辅。若水泥浆液是在其他桩或地面上冒出，说明桩底已饱和，可终止压浆；若从本桩侧壁冒浆，压浆量也达到或接近设计值，可终止压浆；若从本桩侧壁冒浆且压浆量较少，可将该压浆管用清水冲洗干净，等到翌日原来压入的水泥浆液终凝固化、堵塞冒浆的毛细孔道时，再重新压浆。

9 结 语

后压浆技术已越来越广地泛应用于桥梁、房建桩基工程中，对提高桩基承载力发挥了重要的作用。作为一线监理人员，应认真学习有关后压浆方面的知识，掌握好后压浆施工质量控制的本质特点和要点，确保后压浆起到预期的效果。

参考文献：

JTG/TF 50—2011,公路桥涵施工技术规范.

中图分类号：TU712

文献标识码：B

文章编号：1007-4104(2014)07-0062-05

收稿日期：2014-04-29

作者简介：周志贞，男，注册监理工程师，一级建造师。

通信地址：江苏省扬州市绿杨新苑251幢302室。邮编：226009。