超长大直径钻孔桩桩端后压浆施工技术

陈平 王亚飞

摘要：甬江特大桥主桥为（54+50+50+66+468+66+50+50+54）m双塔双索面钢箱混合梁铁路斜拉桥，索塔设计为钻石型，全高177.91m。主塔基础采用3m大直径钻孔灌注桩，桩长132.5m。由于桥址处地质结构复杂，桩基承载力难以得到保证，本桥采用桩端后压浆技术来解决此问题。本文对其施工技术展开阐述，供类似工程参考。

关键字：甬江特大桥；钻孔桩；桩端后压浆

1 工程概况

甬江特大桥位于浙江省宁波市，主桥为铁路大跨度钢箱混合梁斜拉桥，索塔设计为钻石型，全高177.91m。主跨以468m钢箱混合梁跨越甬江，孔跨布置为（54+50+50+66+468+66+50+50+54）m。甬江左线特大桥主塔基础采用3m大直径钻孔灌注桩，桩长132.5m，桩基钢筋笼长134.7m。钢筋笼采用Φ28mm主筋，上部47m为双层三筋布置，下部87.7m为单层双筋布置，主筋间距14.11cm，为减少接头数量，该钢筋笼单节采用长度为12m的主筋制作，从上至下共分11个节段，总重110t。主筋采用直螺纹套筒连接，前七节钢筋笼接头为126个/节，后四节为189个/节。索塔基礎采用24根Φ3.0m钻孔灌注桩，桩顶标高-4.5m，桩底标高-137m，桩长132.5m，顺桥向四排，横桥向六排，纵向桩中心距7.2m，横向桩中心距6.7m，孔深139.5m，单根桩混凝土量达933m3。

图1-1 主桥三维图

2 工程地质

桥址处地质结构复杂，表层为第四系杂填土（Q4ml）、第四系全新统海积（Q4m）黏性土和淤泥质黏性土，其下为第四系上更新统冲海积（Q3al+ml）黏性土和冲洪积（Q3al+pl）砂类土，下伏基岩为白垩系下统馆头组（K1g）泥质粉砂岩、燕山晚期火山岩玄武玢岩（Y）及燕山晚期前火山岩（λΠγ4）流纹斑岩。桩基础地址剖面图如下图2-1所示。

图2-1主桥索塔桩基础地质剖面图

3 桩端循环后压浆技术

近年来，后压浆技术广泛应用于大型桥梁的长大直径钻孔灌注桩施工中。甬江左线特大桥为国内最大跨度铁路斜拉桥，为解决主塔基础的承载力和沉降问题，国内铁路斜拉桥首次采用桩端循环后压浆施工技术。

3.1桩端循环后压浆原理

桩端循环后压浆技术指在钻孔桩施工完毕，桩身检测合格后，通过预埋在桩身的注浆管形成循环回路，利用压力作用，经预留注浆装置向桩端地层均匀地注入能固化的水泥浆液。

桩端阻力的大小及作用特性除与土层条件、桩的几何尺寸等有关外，还受施工工艺的影响，其中孔底沉渣的影响最大；孔底沉渣的存在不仅降低端阻力，还对一定范围内的桩侧阻力产生弱化作用，因此，是影响钻孔灌注桩承载力的重要因素之一。

采用后压浆来消除钻孔桩工艺因素的影响，改善桩的承载特性是一种简单、廉价且有效的技术措施，在工程实践中得到较广泛的使用。

压浆对桩端土层的作用机理可归纳为渗透固结作用、挤密充填作用和劈裂加筋作用。

①渗透固结作用。在渗透性强、可灌性好的砂土和碎石土中，浆液在较小的压力下渗入桩端土体中一定距离，形成一个结构性强、强度高的结石体，增大桩端的承载面积，从而可提高桩的承载力。

②挤密充填作用。

钻孔灌注桩孔底存在沉渣，由于其强度极低，浆液可以很容易地破坏其结构，水泥浆液与孔底沉渣混合在一起，相当于形成一个注浆空腔，水泥浆液在压力作用下向向外扩张，对桩端土层进行挤密，浆液充填于挤密后产生的空隙，固结后可形成强度远高于沉渣的加固体。

③劈裂加筋作用。

当注浆压力较高，浆液在对土体产生挤压的同时，还会克服土体阻力，产生劈裂效应，浆液在土中形成网状结石，对土体起到加筋作用。当注浆压力达到起裂压力或注浆流量过大，均可出现劈裂现象，而且劈裂面往往出现在最薄弱方向，规律性较差。

具体的作用方式随土层的物理力学性质、浆液的种类和流变性能、压浆工艺及参数等变化，并相互转化或并存。

进行桩端压浆后不仅可消除沉渣，还可增强桩端以下一定范围内土层的强度和刚度，并改善桩端以上一定范围内桩土接触面的作用特性，从而使桩的整体受力性能得到改善，

3.2桩端循环后压浆系统设计

桩端循环后压浆系统由三部分组成。桩端循环后压浆系统示意图如图4.1所示。

1） 桩内系统：将压浆管分别绑扎于钢筋内侧，随钢筋笼下放，压浆装置于桩端持力层中。

2） 加压系统：桩身混凝土浇注24～48小时后，连接压浆管和注浆泵，用清水液把压浆装置上的单向阀进行开塞，再通过注浆泵把配置浆液压入桩端土层内。

3） 制浆系统：浆液是发挥注浆作用的主体，本次压浆采用水泥为主剂，辅以各种外加剂，以达到改性的目的。桩端循环后压浆系统见下图3-1所示。

图3-1 桩端循环后压浆系统

3.3桩端循环后压浆工艺流程

桩端循环后压浆工艺流程图见图3-2。

图3-2 工艺流程图

3.4桩端循环后压浆关键技术

（1）压浆管路布置

采用四回路循环压浆工艺，声测管兼作压浆管，1根声测管、1根Ф25镀锌管和孔底压浆装置构成一个回路，压浆管道由孔底压浆装置由同径钢管组成。孔底压浆装置密封要可靠，既要保证不发生渗漏，又要保证能在混凝土浇注终凝后，在2～5Mpa泵压下顺利冲开。压浆管路平面布置图和立面布置图分别将图3-3和图3-4。

图3-3压浆管路平面布置图

图3-4 压浆管路立面布置图

压浆管分别绑扎于钢筋笼内侧。压浆管随钢筋笼下放，钢管接头采用接箍并逐根焊牢，以保证接头牢靠。在下放过程中应注入清水，以检验管路的密封性。若出现漏水应将其提出，重新连接补焊，确保管路的密封性。