摘要：本文以现场桥梁桩基后压浆的施工，主要介绍桩端后压浆直管法施工工艺在桥梁桩基的作用原理和施工工艺，分析原直管法的单向阀不足并提出一种改进的单向阀，采用数理分析的办法总结开塞时间和分析不同地质压浆量及压力的关系，完善了施工工艺。通过实践和自平衡试验的数据证明，采用直管法压浆，补强了钻孔灌注桩因施工工艺缺陷造成的承载力损失，改进后的单向阀避免开塞后回淤堵塞，确保压浆质量和提高工作效率，达到了降本增效的目的。
关键词：桩端后压浆 直管法 改进单向阀
1 引 言
软土地基桥梁桩基的施工质量关乎桥梁结构安全和耐久性。桩基成孔质量的好坏直接与单桩承载力相关，其中孔底沉渣和孔壁泥皮的厚度控制不好，降低单桩承载能力。但是，目前桩基施工过程中采用的钻孔方式因地质情况、施工水平等各个因素，造成钻孔灌注桩桩底沉渣和孔壁泥破的工艺缺陷。为了保证桥梁承载力要求，往往采用增加设计桩基长度，从而增加了建造成本。现为补强钻孔灌注桩承载力的损失和增加采用桩底后压浆新工艺，能有效解决这一问题。
通过地面压浆设备经桩基内压浆管路向桩端和桩侧土层注浆，对孔底沉渣和桩侧泥皮进行固化，从而消除传统灌注桩施工工艺所固有的缺陷，固化液在压力的作用下形成一道水泥浆与土的胶结层，提高桩端土体抗压强度和桩侧摩阻力，从而桩基承载力有所提高。
2 工程概况
本工程道路路线全长120km，地属于浙南沿海。桥涵基础采用大孔径的钻灌注桩，桥梁桩基数量多，东临浙江流广大海域，地势西高东低。地貌类型为海积平原，地基上部为全新统海积软土，具体为淤泥质黏土，力学性质差。本工程区域内各层地质（从上往下）①表层土为粉质黏土,厚度约1.5-3.6m,地基土的承载力为80~120KPa；②表层土下面为淤泥、淤泥质黏土,厚度约18-325.5m,地基土的承载力为50~60KPa；③粉质黏土厚度约24m,地基土的承载力为80~140KPa；④黏土厚度约40m,地基土的承载力120~160KPa。
软土层下以海积、冲海积黏性土、粉质黏土为主，呈软塑状、压缩性高、强度低、地基承载力和稳定性差，根据地层承载力情况及采用桩端后直管法压浆工艺，提高承载力，总体上缩短桩长，节约工程造价。本文结合工程现场桩端后压浆的施工的情况，主要介绍桩端后压浆直管法施工工艺在桥梁桩基的作用原理和施工工艺，分析原直管法的单向阀不足并提出一种改进的单向阀，采用数理分析的办法总结开塞时间和分析不同地质压浆量及压力的关系，完善了施工工艺，用于指导现场的实际施工。
3 直管法桩端后压浆工艺
3.1 直管法压浆
目前桩端后压浆施工工艺采用有U管法等方式，施工过程中桩基底部U型管路，安装和压浆操作易造成压浆困难，桩基混凝土易包裹出浆口。为了保证压浆质量本工程采用直管法后压浆工艺。直管法指单根管路压入固化剂，利用声测管兼作注浆管，在声测管底部安装单向阀，在下放的钢筋笼时要注意每节管密封性，桩基灌注完成后24小时～48小时开塞，待桩基检测合格后后进行压浆，即先疏通预留压浆管，通过地面压浆系统向桩端土层注浆。
3.2 压浆设备及压浆装置
智能压浆设备主要由控制台系统、上料机、制浆台车和压浆台车等四部分组成，其系统组成与工作原理如下图：
图1、压浆系统示意图
压浆机信息化设备实时收集数据，系统对数据进行处理和分析判断，系统根据主机设定的参数进行压浆调整，保确压浆施工过程中按设定参数要求的的水泥浆质量、压力值、压浆量、保压时间等重要指标约束下完成压浆过程。
3.3 改进单向阀
现利用声测管端部制做单向阀，往往是在管壁钻孔，采用橡胶胎、图钉、橡胶胎和密封胶带形成的四层结构制做成压浆口的单向阀。 在施工过程发现此结构形式开塞后易在桩端形成的泥浆进入到声测管内，堵塞压浆管路，说明此方法制成的单向阀在开塞后橡胶胎直接被冲开，橡胶胎脱出后造成期声测管底部有4-6m淤积泥砂，影响后期桩基检测和压浆，增加人工费用清理压浆管。
因此桩端后注浆直管法其关键是做好端部单向阀，即要防止砼进入声测管内，也要防止开塞后桩端泥浆进入到声测管内，堵塞压浆管路。根据此特点研究了一种专门加工的单向阀，利用底部内置弹簧和开启式蝶片，形成单向流向（如图2）。采用这种形式，防止泥浆或杂物进入压浆管，能增强出浆口压力，渗透、劈裂桩底土层，提高桩端持力层强度。该单向阀内部结构简易，一般加工厂都可以制做，成本较低，与声测管底部采用法兰螺丝连接，现场安装时工人操作容易。
图2直管工艺单向阀形式二安装位置图
压浆管采用U型或井字型卡扣牢固固定在钢筋笼上。压浆管的连接应等强、可靠和密封不漏水，注意管顶的保护防止异物进入到压浆管内。采用该单向阀后，压浆管回淤的现象基本没有，提高了压浆效率。
3.4 开塞
压浆管单向阀开塞的时间控制是后续压浆顺序的关键。过早容易把桩底砼冲洗掉，造成高压水沿管壁与混凝土结合的薄弱面流动且会沿着管壁向上方压力小的方向流动，造成桩底以上一定高度的周边局部混凝土质量缺陷，过晚底部砼强度大时单向阀会被堵住。结合本工程桩端压浆实际操作过程，通过试桩、混凝土试块强度、开塞效果和桩基检测结果对比，总结开塞时间与桩身完整性检测结果的关联规律，建议在首灌混凝土开始浇筑时间2天～2.5天内进行压浆，对桩基底部的混凝土影响较小。
3.5 桩端后压浆施工要点
（1）压浆前先按配合比制好水泥浆，本工程根据桩端地质情况，通过试验结果，水灰比按低值0.4控制，初凝时间控制在4～6小时，水泥浆比重在1.86～1.89,稠度控制在10～16秒。为了保证浆液能注入桩基底部土层，开始时用低压、慢速注浆，后增压至设计土层压力，慢速注浆，使浆液在桩底注浆深度及桩侧较均匀渗透，达到改善土层强度和摩阻力的效果。对于承台群桩基础，压浆施工执行先外围、后内部的原则。压浆施工采用的是智能压浆设备主要由上料机、制浆台车、压浆台车，实现了数控化、数据实时传输等能有效地控制制浆质量、压浆压力、压浆量等。
（2） 根据自平衡试桩表明，桩底后压浆对桩底以上4m范围内的侧摩阻力提高明显。压浆前采用净水试压，检查各个管路是否畅通，若有不通畅管路应采取措施通管，保证单桩桩基的压浆量。
（3）因单向阀制做不好，桩基声测管开塞后，到桩基混凝土浇注完成15天左右，声测管内较容易回淤，回淤高度达2m～6m，一方面影响桩基检测结果，另一方面导致增加人员和机械进行通管清淤，对于回淤的管道及时进行清理。
（4）因存在开塞过早把桩基混凝土冲开、辟裂。因些严格控制桩基沉淀厚度、一清、二清泥浆比重。
（5）在压浆过程中，前期压力较高达5~6 Mpa会突然下降至1.5 MPa，可能原因是压浆过程中桩底地质在高压过时，浆路压通后可能散开过大，应低压、慢速注浆。
3.6 不同地质压浆量及压力的分析
桩基后压浆时压浆量和压力的大小受桩基底地质、桩基侧土质、桩径、桩基长度、桩基底部压强、地下水情况及桩基承载力要求等因素影响。目前不同地质情况下压浆量和压力暂未能有科学的理论公式，这方面主要是桩基地质情况是复杂多变有关，所以现压浆量采用不同地质情况的注浆量经验系数来计算，而压浆压力只作为辅助控制参数并由施工现场首件施工进行总结压力数据做来控制。本工程在采用数控化设备，及时采集在压浆过程中压力和压浆量的变化值，采用数理分析，总结得出施工地质情况的压力值，建议桩基长度在60m～80m时各地质压浆压力为砂砾土2.MPa，粉质粘土3.0MPa，粘土3.2MPa。
4 实际效果和技术经济效果
本工程为了验证桩基承载力和桩端后压浆后的桩基承载力，采用自平衡试桩法对压浆前后承载力效果进行了静载荷试验,以下为压浆前后承载力对比表：
试桩
对桩基压浆前后的承载力数据对比研究，发现桩底后压浆施工技术对提高钻孔灌注桩的承载力是很有效的，一般桩基承载力可提高20%～40%。同时，在试桩中预埋桩底取芯孔，桩基压浆28D后对桩端取芯，从取芯土体情况看，经压浆后的土质得到了固化和增加强度，验证了本项目设计采用该施工工艺后桩基长度平均每根都减少6～9m（按常规桩基承载力要求计算），达到了降本增效的效果。
5 结束语
从实际桩基施工和试桩自平衡压浆前后承载力数据分析，直管法压浆对于改善桩底内土层的物理力学性质。施工工艺较简易，采用了数控化一体的现代化设备，提高了工作效率，保证工程质量。目前，桩端后压浆技术作为新型技术，积累更多的实践经验和试验数据，根据不同的地质情况，改善压浆方式、固化剂和数控化压浆设备，进一步总结压浆压力、压浆量和提高桩基承载力三者关系。
参考文献:
[1]戴国亮, 龚维明等，《自平衡测试技术及桩端后压浆工艺在大直径超长桩的应用》.岩土工程学报.2015
[2]龚维明，戴国亮，蒋永生,等.桩自平衡测试理论与实践[J]. 建筑结构学报,2002, 23(1):82–88.
论文作者:尹洁,刘绍焕
论文发表刊物:《防护工程》2017年第35期
论文发表时间:2018/4/19
标签：桩基论文; 单向阀论文; 承载力论文; 压力论文; 地质论文; 土层论文; 施工工艺论文; 《防护工程》2017年第35期论文;