后压浆技术在桥梁桩基中的应用

刘志春，蒙景阳

（内蒙古赤峰市巴林右旗公路管理段，内蒙古 赤峰 025150）

1 工艺参数研究及灌注桩后压浆机理

水泥浆是后压浆技术选用的最主要原材料，它对泥浆护壁灌注桩的作用大体分渗透固结作用、胶结泥皮作用、充填挤密作用等几类[1]。

（1）施工工艺流程

泥浆护壁灌注桩桩底后压浆和桩侧后压浆技术的施工流程为：成孔和清孔→放钢筋笼及桩端桩侧压浆阀→灌注混凝土→压浆浆液的搅拌→桩侧和桩端后压浆。

（2）水灰比设计

水灰比浆液的稀稠是水灰比大小的直接表现，而水泥浆的稀稠又会影响浆液的流动性和稳定性。泥浆护壁灌注桩压浆工程现有的实践表明，水灰比取0.50～0.60比较合适，通常情况：粗粒土水灰比取较小值；细粒土取较大值；密实度较大时取较大值；对于非饱和土可提高至0.6～0.8。如果没有防腐要求，水泥宜选用强度为32.5级及以上的普通硅酸盐水泥或矿渣硅酸盐水泥。如果有防腐要求，采用抗腐蚀水泥最为合适。

（3）注浆

注浆量和注浆压力的一般规律都是注浆体强度越高，土体的充浆率越大。一般的桥梁工程的桩径为0.8～2.5m，形式类同于建筑物的独立单桩。根据桩基的情况，桩底注浆量可以预估为0.8～5.0t。如果增加桩侧压浆，每层注浆量为0.6～1.2t。注浆压力是指实现正常注浆的压力，其前提条件是不会使地表产生隆起和基桩上抬量过大。而对于设计桩端，要根据桩端持力层和桩长来合理确定最大的注浆压力[2]。桩长和桩端持力层角的内磨擦是无黏性土最主要的影响因素。对于中密以上的卵石砂类土来说，2～3MPa是目前比较常用的注浆压力。因此应根据土的参数和桩端深度，选择和控制注浆压力。注浆压力是不稳定的，影响其变化特征的有土性、浆液稠度、注浆点深度等因素。注浆量的大小确定依据是注浆终止压力高于正常注浆压力。

2 后压浆技术对灌注桩的增强效应

2.1 后压浆对灌注桩侧阻、端阻的增强效应

为了对压浆与非压浆桩荷载传递特性及侧阻、端阻的增强效应进行研究，在某桥8#桥墩桩静载对比试验中，通过埋设钢筋应力计对它进行了测试。结果表明：经后压浆后桩基载荷虽然未达到极限荷载，但就其桩侧摩阻力和桩端阻力而言，已经有了很大的提高。

2.2 对后压浆桩承载力的增强机理分析

在竖向荷载作用下，桩身会向下位移，同时通过桩土间的侧阻力，带动桩侧土位移。相应地，桩周环形土体中产生剪应变、剪应力并以一环一环的形式向外扩散[3]。后压浆对侧阻的增强机理经推导计算后，可以归纳为以下四点。

（1）加固泥皮和扰动层，消除了桩剪切侧土的薄弱面，从而提高了桩侧极限阻力。

（2）渗入注浆和劈裂注浆的“加筋效应”或“充填胶结效应”，导致桩侧范围内复合土体的E0值提高，有效地提高了侧阻值。

（3）后压浆产生“扩径效应”，总侧阻力被部分提高。

（4）端阻能够增加对侧阻的增强效应。研究表明，在桩几何尺寸相同的条件下，桩端土的强度参数C、Ф值越大，极限端阻力值就会越高。极限端阻力的大小并非取决于桩端投影面积内的土体，而是取决于桩端一定范围土体的强度。后压浆对端阻的增强机理可归纳为四点：

①桩底沉渣、沉淤通过后压浆加固，可以消除桩底对“软垫”的挤出刺入破坏。

②滑动面范围复合土体的C、Ф值，因为桩端通过后压浆，而在上下一定范围的土体产生“充填胶结效应”或“加筋效应”，且有显著提高趋势，滑动体得到了扩大。

③总端阻力因为桩端的一定“扩底效应”而增大。

④注浆后，桩端土刚度的提高，引起桩侧阻力的发挥机理发生变化，其发挥值随之增大。

3 后压浆技术在桥梁桩基中的应用

泥浆护壁灌注桩是桥梁基桩中常见的一种桩基形式。对于桩侧泥皮和桥梁灌注桩桩端沉渣等所固有的缺陷问题，采用后压浆技术能够取得良好的效果，因此，后压浆灌注桩被广泛应用于桥梁桩基工程中。当后压浆技术运用到工程实际中时，首先应该了解桥梁桩基的特点，接着对桥梁后压浆灌注桩的单桩容许承载力进行估算，同时，做好桩端持力层和钢筋笼的调整，并将施工中遇到的问题及时解决，以取得最佳经济效益。

（1）桥梁桩基本特点

按承台位置的不同，桥梁工程桩基础可以分为低桩承台桩基础和高桩承台桩基础。前者多用于冲刷深度较小的河流、季节性河流，而后者则多用于水位较高、常年有水、冲刷深度大且施工时不易排水的情况[4]。

（2）桥梁后压浆灌注桩的单桩容许承载力估算

虽然建筑物桩基和桥梁桩基特点各异，计算公式也不同，但是它们有统一的承载力试验方法和桩基安全度评价。桥梁工程后压浆灌注桩的单桩与建筑工程的极限容许承载力估算方式相似。建筑工程后压浆灌注桩单桩承载力的增幅受诸多因素影响，如：桩底桩侧土层的性质、压浆模式、压浆时间、压浆比等[5]。为此，所求经验估算公式要满足工程设计布桩对单桩极限承载力值的基本要求。根据单桩静载试验结果统计分析可知，后压浆灌注桩单桩承载力的增幅也受诸多因素影响，比如：桩侧桩底联合压浆、桩底柱侧土层性质、压浆比、压浆模式即桩底压浆、压浆时间等。目前，桥梁桩基后压浆技术也可以参考诸如建筑桩基后压浆的测试数据、建筑工程相关公式等进行估算。

（3）桩端持力层和钢筋笼的调整

在后压浆桩承载力得到大幅度提高后，桩端持力层和钢筋笼的调整不仅要节约造价而且方便施工，这就要求根据实际情况而定。对于桩端持力层和钢筋笼的调整，应该根据《公路桥涵地基与基础设计规范》的要求，进行必要的内力计算，确定合理的桩端持力层深度，若内力计算表明不需要配筋，则应在桩顶3～5m内设构造钢筋。

（4）施工中经常遇到的问题

在后压浆灌注桩施工过程中，难免会因为各种原因出现一些问题。如压力虽然逐渐上升，却无法达到设计要求，究其原因可能是浆液渗透、浆液溢出或浆液浓度不够造成的。有时候，压力不但没有上升，反而下降，这就是由于浆液外溢所造成。如果土层比较严实或泥浆的凝胶时间太短，就会出现压力急速上升但是速度却不变的情况。若施工操作不当导致注浆孔堵塞，那么注浆前设置的两根注浆管就会全部失去作用，造成浆液无法注入或者即使注入也达不到注浆量和压力值的要求，这时要及时联系有关单位制订相关的救急方案[6]。

4 结语

在高速公路桥梁桩基工程中，桩的承载力在很大程度上受施工工艺的影响。众所周知，在一定的地质条件下，桩的承载力并不是固定不变的，而是可以通过一定的措施调整。自从后压浆技术出现以后，灌注桩的承载力得到了大幅提高，以此为机遇，高速公路桥梁桩基工程技术应致力于把桩基技术与地基处理技术互相渗透融合，以此开发出新技术，进而将桩基理论与技术推向一个新的台阶。

[1] 张忠苗，张乾青.后注浆抗压桩受力性状的试验研究[J].岩石力学与工程学报，2009（3）：475-483.

[2] 黎见明.后压浆技术在公路桥梁桩基础中的应用研究[J].广东土木与建筑，2009（5）：50-51.

[3] 陈金鹏，谭海荣.桥梁钻孔灌注桩基础应用浅析[J].山西科技，2009（4）：71-72.

[4] 任如华.后压浆法在南京长江隧道地下连续墙施工中的应用[J].科技创新导报，2010（15）：50.

[5] 王立建，刘波，高艳平.后压浆施工技术与工程应用[J].工业建筑，2007（S1）：808-809.

[6] 龚维明，张浩文，马骉，等.桩端后压浆技术在卵石层中的应用研究[J].中外公路，2008（1）：60-63.