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摘要：对于高速公路工程而言，后压浆灌注桩是一种重要的施工方法，对提高高速公路工程建设质量和满足高速公路建设需要具有重要作用。基于对高速公路工程建设的了解，以及后压浆灌注桩施工技术的特点，我们应立足高速公路工程施工实际，认真分析后压浆灌注桩在高速公路工程中的应用。
关键词：后压浆灌注桩；高速公路工程；应用
一、引言
近2 0年来，随着土木建筑工程向大型化、群体化发展，对桩基础要求也越来越高。但单一工艺的灌注桩往往满足不了如今发展的要求，以泥浆护壁法、冲孔灌注桩为例，由于成孔工艺的固有缺陷（桩底沉渣与桩侧泥膜的存在），导致桩端阻力和桩侧摩阻力显著降低。桩端压力注浆和桩侧压力注浆技术应运而生，并且今年来在建筑工程中得到大量应用。在桥梁基础中，桩基作为应用最广泛的一种基础形式，桩端压力注浆和桩侧压力注浆技术有极为光明应用前景，新版公路桥涵基础规范中，已有相应计算公式。
蓬栖高速公路蓬莱东互通大里程，冲积物以亚砂土、砂土夹粉砂为主，多层结构居多，上层多为粘性土，厚度为5~20米，一般地基允许承载力在90~240kPa。此高速公路互通内所有桥梁全为桩基础，挑选2座通道进行试验。桩长计算时，按照建筑规范与公路桥涵基础规范分别进行了计算比较，最终确定了桩基可缩短长度。通过对压浆过程的跟踪了解，发现了相应问题，为此种工艺下一步推广积累了经验。
二、后压浆技术发展及应用概况
桩端压力注浆自1961年在修建Maracaibo大桥桩基中首次应用。也是后压浆技术第一次在钻孔灌注桩中应用。
苏通大桥位于江苏省境内，2005年基础完工，地质条件为软土层，270m以内没有岩层可作为桩的持力层，土质为亚粘土、粉砂、亚砂土和淤泥质亚粘土。静载试验后压浆试桩分四期完成，共10根桩，桩径从1.2m~2.5m，桩长从58.9m~126m，注浆方式采用桩端开放式注浆。压浆前后静载对比提高幅度在50%~100%，取得了较好的实验结果。
中铁大桥局集团在孟加拉国的帕克西桥，全桥共68根混凝土钻孔灌注桩，其中桥台桩径为2.5m，桩长为68.42m；桥墩桩径为3.0m，桩长为91.0m。钢筋笼通长布置6根声测管、12根压浆管。桥位处地质条件为粉、细、中、粗砂层及少量砾砂层，通过加载试验确定桩周侧模阻力和桩端阻力均有大幅提高。
但是目前，后压浆技术在桥梁桩基工程中应用还处于探索研究阶段。由于功能使用方面和荷载特性方面的不同，桥梁桩基和建筑桩基还是有一些差别的，主要表现在（1）桥梁桩基要承受较大的冲击荷载和动荷载；（2）由于车辆的行驶作用，桥梁桩基要受到很大的水平方向的力；（3）桥梁桩基很多采取单桩单墩的形式，为了抵御偏心受力和水平荷载作用，桩径一般取较大值，即使可以通过后压浆技术提高桩基的承载力，但由于以上原因也往往是只能减小桩长而不能缩小桩径。这些问题现在还在制约着后压浆桩技术在桥梁工程中的应用。以上大部分工程并没有根据压浆后的提高值而优化桩长桩径设计，而只是把后压浆的提高部分当做承载力储备。另外，从上面的测试结果我们发现后压浆技术对桩基承载力的提高比例有很大的离散性，后压浆技术对不同地质条件的不同的提高性能也有很大的地域差异。因此如何正确确定后压浆承载力提高比例；如何根据地质条件确定后压浆技术的施工参数和制定地方性施工工艺规程都是我们目前亟待解决的问题。
经过20几年的蓬勃发展，我国已经建立了发达的高速公路交通网，并且仍然有大量的高速公路正在建设中，因此有大量的钻（挖）孔灌注桩在使用，根据国内外的研究应用情况分析，该技术的采用，可以减少桩数或减小桩径和桩长，工程量可以相应减少，工期也会随工程量的减少而相应缩短，桩的承载力及可靠性增加。因此节约造价30%以上，有的甚至能节约造价2/3，估算年经济效益上亿元。后压浆技术是一项理论落后于实践的工艺，其作用机理、作用效果、耐久性问题都需要深入地研究。
三、后压浆技术的加固机理
1、压浆形式
后压浆技术是由地基处理技术中的岩土注浆技术引进到桩基工程而成，研究后压浆技术的加固机理，首先要了解岩土注浆技术的机理。岩土注浆是一门行之有效的地基（土层）加固技术，迄今已有200年的发展史。被广泛地应用于土木、水利、矿山等工程领域。注浆又称为灌浆，是将一定的材料配制成可流动的浆液，通过压送设备压入到土层空隙或岩层裂隙中，使其扩散、胶凝、固化，从而改善地基土（土层）的物理和力学性质的地基（土层）处理方法。按照流动浆液与土体相互作用的方式可分为渗透注浆、劈裂注浆和压密注浆。
（1）渗透注浆。渗透注浆是在不破坏地层颗粒排列的条件下，浆液充填于颗粒间隙中，将颗粒胶结成整体。从而达到加固土体的作用。渗透注浆基本上不改变原土体的结构和体积，注浆压力较小，适合注入到中砂（粒径大于0.25mm的颗粒超过全重的50%）以上的土质或有裂缝的岩石。当处理对象范围内有砂和粘土的交界面时，浆液可能在交界面扩散甚至沿交界面流出。
渗透注浆的必要条件是浆液的粒径远小于土颗粒的粒径，可注指标N必须满足：
以上公式中： ——为砂粒石土由小到大的粒径分布曲线图中小于粒径含量15%所对应的粒径；
——为注浆材料中小于粒径含量85%所对应的粒径。
普通水泥的最大粒径一般为60~90μm，水泥标号越高， 越小，可注指标N越大，可注性越好。对于砂砾 >0.6mm~1.0mm，满足N>10~15的条件。且沙砾粒度越不均匀，粒径越大，可注性越好。
劈裂注浆实际效果图
劈裂注浆是指在压力的作用下，浆液克服地层的初始应力和抗拉强度引起岩石和土体的破坏和扰动，使其沿着垂直于小主应力的平面发生劈裂，劈裂压力与土体的初始应力与抗拉应力成正比，劈裂后地层中原有的裂隙和空隙张开，形成新的裂隙和空隙，从而水泥浆进入到新的空隙和裂隙中，使得浆液的可灌性和扩散距离均增大，一般来说，劈裂注浆所需的注浆压力高于渗透注浆所需的压力。
（3）压密注浆。压密注浆是用较稠的浆液，在浆液压力作用下，在注浆点处集中形成近于圆形的浆泡，通过浆泡挤压土体，使土体挤密，近端土体将发生塑性变形，单位体积减小，密度增加，远处土体发生弹性变形，从而提高土体的力学性能。压密注浆适用于加固土体较小的土体，压密注浆多发生在浆液较稠和快速注浆的前提条件下。压密注浆固结体特征为：加固体水泥含量较大，固结体为水泥结石，强度很高，加固范围相对较小，加固土体的范围较小，固结体与土体之间具有较为清晰的分界面，固结体周围一定范围内的土体的密实度得到了提高。
2、压浆机理分析
后注浆的作用机理正是通过浆液的渗扩、挤密和劈裂等共同作用，消除泥浆护壁钻孔灌注桩的桩侧泥皮和桩底沉渣两个固有缺陷。改善桩土界面，使桩周一定范围的土体得到加固，土体强度增加，桩侧摩阻力和端阻力增大。后压浆技术对承载力的提高主要表现在以下5个方面：
（1）固结桩端虚土
填充桩端沉渣形成的虚土及受泥浆浸泡而松软的桩端持力层，水泥浆液的增加及压浆压力的提高，水泥浆液的渗透等作用及发生的物理桩端形成一个结构新、强度高、化学性能稳定的梨形结石体。
（2）增大桩端受力面
在水泥浆液的压密作用下，桩端土体受压产生较大的压缩变形，钻孔灌注桩桩端后压浆土结石体“扩大头”，增大了桩端受力面积，或者水泥浆液渗入地层成了类似“树根桩，，的作用，从而提高了桩的端阻力。
（3）消除桩侧泥皮影响
对于泥浆护壁法施工的灌注桩，压力压浆注入桩端的浆液，在桩端以上一定高度范围内会沿着桩土间泥皮上渗泛出，加固泥与桩周土体的间隙并渗入到桩周土层一定宽度范围，破环成孔时形成的桩周泥皮，浆液固结后围内的桩周土体参与桩的承载，提高桩侧摩阻力。
（4）形成反向预压力
桩端后压浆存在着一定反向预压力，使桩端土层压缩变形部分提前完成，减小日后使用期的竖向压缩变形。当对桩端处进行压浆过程中，浆液渗透能力受到限制时，形成的梨形体内的浆液压力不断上升的作用下，将给桩端面施加向上的反向预应力，能使桩身在承受向下的竖向荷载时，此反向预应力将部分抵消掉向下的竖向荷载作用。从而提高单桩承载力。
（5）化学作用
桩端压浆作业，水泥与砂砾石拌和后，水化产生Ca（OH）2和CSH（水化硅酸钙）等水化物。溶液中的Ca2+含量增加，与土颗粒发生阳离子交换作用，等当量置换出K+，Na+，形成水泥与砂砾石的团粒结构，并封闭了砾石层之间的空隙，形成坚固的联结，即我们通常所说的混凝土。另外水泥土中的Ca（OH）2与土中或水中CO2化合生成不溶于水的CaCO3，这种反应也能使砾石层发生固结石化作用，从而提高桩基的承载力。
四、试验桩基竖向承载力计算
该通道位置周围地势低平。地震基本烈度为Ⅵ度，基本地震加速度0.05g。
压浆方法拟采用只进行桩端压浆，根据公路桥涵基础设计规范与建筑基础设计规范分别进行了计算。按照公路桥涵基础设计规范计算时，根据规范推荐值，结合工程地质实际情况，桩侧只在桩端以上10米范围内进行摩阻力增强，增强系数βs取值为1.5。桩端阻力增强系数βp取值为1.8。按照以上参数取值，计算结果如下：
五、总结
本次后压浆试验已经完工，经济效益显著。
压浆后每棵桩基长度可减少7～8米，1.2米桩径桩基每延米单价大概为1300多元，每颗桩基可节省万元左右，而每颗后压浆灌注后压浆成本仅为两三千元，每棵桩基可节省造价至少七八千元。
参考文献：
[1]桩承载力自平衡测试技术及工程应用/龚维明、戴国亮著，－北京：中国建筑工业出版社，2006
[2]基础工程/凌治平、易经武主编，－北京：人民交通出版社，1997
[3]公路桥涵设计通用规范（JTG D60-2004）中交公路规划设计院主编－北京：人民交通出版社，2004.5
[4]公路桥涵地基与基础设计规范（JTG D63-2007）中交公路规划设计院有限公司主编－北京：人民交通出版社，2007.11
论文作者:杨公法
论文发表刊物:《基层建设》2016年8期
论文发表时间:2016/7/12
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