灌注桩后压浆技术在桥梁桩基工程中的试验研究

詹伟胜

【摘要】 本文结合某特大桥桥位试桩情况，探索后压浆技术，表明灌注桩后压浆技术可以大幅度提高其承载力，加快施工进度， 提高桩基质量的稳定性和可靠度。

【关键词】 桥梁工程 灌注桩后压浆 试桩 检测

前言：随着桩基工程技术的迅速发展，后压浆灌注桩显出了强劲的发展势头，应用范围不断扩大，新的注浆设备不断开发、新的注浆工艺不断出现。与此相适应，在工程实践中，压力注浆的质量控制手段不断完善，管理水平逐步提高；在理论研究方面，对影响后压浆灌注桩工程特性因素的认识不断深入，对桩端压力注浆机理的认识不断深化，对后压浆灌注桩承载力的计算理论和计算方法的研究不断取得进展。

一、传统钻孔灌注桩与后压浆灌注桩技术分析

后压浆灌注桩技术原理是指在钻孔灌注桩成桩并达到一定强度后，通过埋设在桩身的注浆管，将经过计算得到一定水灰比的水泥浆压入桩端底层。这些浆液经过渗透、填充、压密及固结等物理或化学形式作用，改变了桩端及其附近土体的物理力学性质，从而提高桩的承载性。其施工工艺是：方案设计→钻孔→下钢筋笼→埋设注浆管→清孔→浇注混凝土→成桩→注浆。

后压浆灌注桩技术与传统钻孔灌注桩技术比较有以下几个方面的优势。

1、能够减少桩底沉渣厚度，加固桩端持力层。在传统钻孔灌注桩清孔时，为了维持孔壁稳定，施工时使用泥浆护壁，这样就不可能将孔底沉渣完全清除干净。另外，泥浆浓度不容易控制，泥浆太稀会使沉渣冲不出来，泥浆太浓则沉渣多。还有就是泥浆池未清理，使大量沉淀物被重新送回孔内等都可以造成沉渣清理不净。

在后压浆灌注桩技术中，注入的水泥浆与桩端沉渣混合固化，凝结成一个强度高、化学性能稳定的结合体，能够减少沉渣厚度。同时，水泥浆会沿着桩端持力层的孔隙扩散和渗透，提高桩端土体密度并能有效传递和分担荷载，使桩端土层强度得到明显提高，从而提高桩端阻力。

2、能够改善桩与土界面特征。在传统钻孔灌注桩进行桩身灌注混凝土施工时，由于灌注导管长而细，且管内充满泥浆，桩身混凝土在导管内落差比较大，非常容易受到导管内泥浆的影响而导致混凝土离析，使桩尖混凝土强度降低，造成灌注桩承载力下降。另外，护壁需要使用泥浆作护壁液，泥浆循环时在孔壁周围形成泥皮。由于桩身混凝土与桩周土之间泥皮的存在，阻碍了桩身混凝土与桩周土的粘结，相当于在桩土间涂了一层润滑油，不同程度地降低了钻孔灌注桩桩侧的摩阻力。

采用后压浆灌注桩技术时，在桩端压浆过程中，随着压浆量和注浆压力的提高，水泥液会沿着桩侧泥皮上渗泛出，充填桩身与桩周土体的间隙并渗入到桩周土层一定宽度范围，浆液固结后能够影响桩周土体，改善了桩土接触面的条件。

3、能够减少桩基沉降变形。在传统钻孔灌注桩施工完成时，桩身混凝土固结后，一般情况下有一定的收缩性，这样会使桩身与桩周土体不能充分地结合在一起，降低了桩侧摩阻力。

在后压浆灌注桩技术中，在压浆压力作用下，桩端土层得到挤压密实，能够使桩端压缩变 形部分在施工期内提前完成，减少日后使用期的竖向压缩变形。

二、灌注桩后压浆技术的机理

灌注桩后压浆技术是在桩体形成后， 由桩端和桩侧的预埋管压入水泥浆， 通过浆液的渗扩、挤密和劈裂等方式， 增大了桩体的几何尺寸， 使桩体—水泥土—周边土依据土层结构条件而产生不规则的变化， 改善了桩与土之间的结合效果， 清除了部分泥皮， 增加了桩体与土层的受力面积， 固化桩端土层， 提高桩端承载力， 改善桩土界面， 使桩周一定范围内的土体得到加固， 增大桩侧摩阻力， 从而大幅度提高单桩承载力和减小沉降。

1、填胶结效应

在卵石、砾石、砂中进行后压浆，被加固土体孔隙部分地为浆液充填， 散粒被胶结时， 土体强度和刚度大幅度提高， 当被加固体位于桩底时， 桩端阻力因扩底效应而提高， 当被加固体位于桩侧时， 桩侧阻力因桩径扩大效应而增大。

2、加筋效应

对黏性土、粉土进行后压浆， 单一土体被加筋成复合土体， 复合土体的强度变形性状， 由于加筋作用而大为改善， 同时， 压浆过程中， 伴随土体固结和化学硬化作用。桩顶受荷后， 桩侧、桩端的复合土体能有效地传递和分担荷载， 从而提高总桩侧阻力和总桩端阻力。

3、固化效应

桩周与桩端土层与压入的水泥浆发生物理化学反应而固化，使单位端阻力和侧阻力显著提高， 显示固化效应， 同时， 采用后压浆技术不但使灌注桩的施工质量得到稳定的提高， 而且还有利于发挥桩侧与桩端土的承载潜力， 使得单桩承载力得到较大幅度的提高， 另外， 由于后压浆过程中对桩周及桩端土体进行了加固并预先消除了一部分土体变形， 桩基沉降量不但显著减小， 而且沉降均匀， 并且沉降稳定得较快。

采用后压浆技术， 在相应减少桩数的条件下， 建筑物总沉降量可减小30 %～ 50 %， 并可显著减小差异沉降。地质多砂层和卵石层， 可显著提高单桩承载力， 这项技术在作用上直觀、可靠， 但在具体实施上要求有严格的管理和很强的技术支持， 如压浆阀的制、安， 压浆参数的选定， 压浆过程控制等。

三、灌注桩后压浆技术在桥梁工程中的应用

1、工程实例

某大桥桥长530m，主跨为混凝土连续刚构50m+2*80m+50m，桥位地处三角洲平原，局部零星分布剥蚀残丘，横跨三角洲平原及地方道路，地层岩土性较复杂，第四系覆盖层厚度较大，主要由砂层、粉质粘土及表层的耕植土、素填土组成，软土主要为海陆交互相成因，包括淤泥质粉质粘土、粉砂夹淤泥质粉质粘土、细砂混夹淤泥等。基底为白垩系上统泥质粉砂岩、砂岩、砂砾岩等红色岩系，局部可见风化倒序现象，中风化岩面起伏较大，标高2.32～-36.22m，埋深3.40～43.20m，微风化岩面起伏大，标高13.86～-46.82m，埋深19.00～53.80m。

下部桥墩采用双柱式墩，桥墩顺桥向尺寸1.8米，横桥向为双柱各2米。每一个墩下设2根直径2.2米钻孔灌注桩，桩基按摩擦桩设计。

2、后压浆技术方案

桥梁施工过程，为保证桩基的承载力达到要求，除了选用合理的钻具、采用合理的工艺参数和加强质量管理外，大桥指挥部经过充分论证，决定使用桩底后压浆技术，通过改善桩的承载特性，来保证桩的承载力和施工质量的可靠度。

本大桥在试桩工程中进行了普通灌注桩和后压浆灌注桩载荷试验。针对主桥的试桩试验共进行了3期，分别采用了直管后压浆试验和U 型管后压浆试验，并对钻孔进行了取芯和CT 扫描。根据CT扫描结果，采用U管注浆，在桩头附近形成向上的弧形扩大头型水泥浆影响区，局部存在固结现象，水泥浆可上串约10m，水泥浆分布随下覆土层性质与地下流体变化不规则排列。采用直管注浆，在桩头附近未形成扩大头，水泥浆零星随机分布深度为129～134m。由此可知，U型管压浆方案更可靠，施工质量更有保证。

3、压浆参数

3.1 压浆管布置。采用3根φ60mm普通钢管（声测管兼用）作为压浆管，压浆管均匀绑扎于钢筋笼内侧，随钢筋笼下放、逐根焊紧，在下放过程中应注入清水并检查连接密封情况，若发现漏水，应将其提出重接，确保压浆管路密封。

3.2 压浆量与压浆量分配。①总压浆量设计值为8.5t，考虑损耗实际按10.5t控制。压浆分3次循环，每一循环的压浆管采用均匀间隔跳压。②压浆量分配：第1循环为50%；第2循环为30%；第3循环为20 %。③压浆时间及压力控制。第1循环：每根压浆管压完后，间隔时间不小于2.5h，然后用清水冲洗管路；第1循环完成后3h内进行第2循环。第2循环：每根压浆管压完后，间隔不小于3.5h，再用清水冲洗管路；第2循环完成后不超过6h进行第3循环。

第1循环与第2循环主要考虑压浆量。第3循环以压力控制为主。若注浆压力达到控制压力，并持荷5min，注浆量达到80 %，也满足要求。

4、试桩后压浆效果检测

试桩采用自平衡载荷试验法，对SZ4桩埋设了双荷载箱，压浆前对上下荷载箱均进行了试验，压浆后仅对下荷载箱进行试验。自平衡载荷试验法利用所测桩自身的反力来平衡加载力，省去了传统静压试验方法中庞大笨重的加载装置，显著提高了测试技术的效率和精度。

为了检验注浆效果，在注浆前后对6#平台进行了CT检测。结果表明：水泥浆集中分布于桩底下2～4m深度范围内，其向上局部分布，呈不规则形态，在桩底向上4～5m 范围内局部有水泥浆分布，有些水泥浆在桩底向上10m范围仍有分布。

检测结果表明，通过后压浆技术极大地改善了桩的荷载传递特性，提高了桩的承载能力。其作用机制是未压漿桩在桩顶荷载作用下，轴力逐渐往下传递，侧阻力由上而下逐步发挥，待桩顶位移达到一定程度后，端阻力才开始起作用。而压浆桩在桩端压力作用下，对桩由下而上施加了一个预应力，桩端土体及一定范围的桩周土预先完成了一部分变形，使桩端阻力从一开始就参与作用，从而较充分地发挥土体的强度，可大幅提高承载力和减少沉降，并依照先桩侧后桩端的顺序注入一定量的纯水泥液，固结桩端沉渣和桩身几个断面层附近的泥皮，增大了桩底和桩周土体的强度，使桩端阻力和桩侧摩阻得到大幅度提高，这样便改变了桩的受力类型，从摩擦型灌注桩转化为摩擦端承桩或端承摩擦桩。

5、后压浆技术与未采用该技术的对比分析

采用后压浆技术，极限承载力测试值是压浆前的1.48～2.0倍，压浆后端阻力是压浆前的2.46～7.21倍。桩端压浆不仅可提高桩端阻力，还可改善桩周土和桩土接触面的性质，使桩周摩阻力也得到提高，并成为摩阻力提高的主要原因。本大桥压浆前，侧阻力占总极限荷

载的85.77%～93.04%，压浆后侧阻力比例为77.86%～65.33%。侧阻力增量对桩极限承载力的贡献为56%～88%。在粗砂土层中采用后压浆技术后，桩的极限承载力测试值是压浆前的1.68倍，侧阻力增量占总增量比例为81%；在粉细砂中，桩的极限承载力测试值平均值是压浆前的1.65倍，侧阻力增量占总增量比例为70%，即在粗粒土层中采用后压浆技术，对提高钻孔灌注桩承载力的效果比在细粒土层中的更明显。

结束语：

后压浆技术在桥梁工程大直径钻孔灌注桩中已得到较为广泛的应用， 施工简便、效果明显。按照大钻孔灌注桩经后压浆技术设计规定的压浆量和压力进行，可提高其承载力在40%以上，不仅能降低工程造价， 操作也比较简单易行，还可以加快施工进度， 提高桩基质量的稳定性和可靠度。

参考文献：

[1]沈晓梅，高飞.软土地区大直径超长后注浆钻孔灌注桩竖向承载力的试验研究[J].建筑结构，2006.

[2]龚楚湘.钻孔灌注桩后压浆技术效果的机理分析[J].科技情报开发与经济，2005.