浅析如何运用注浆技术加固桥梁桩基

【摘要】在此次工程中，桥梁钻孔灌注桩成桩后，桩底未嵌石，桩底下还存在一定厚度的软弱夹层，因此某部分桩基承载力不足。本文就此探讨了对此次工程事故桩进行桩底注浆桩处理。处理后，其承载力提高了23%至53%，均达到规定标准要求。

【关键词】桥梁；钻孔灌注桩；桩底注浆；桩基加固

1、工程概况

某市一座跨城市道路高架桥，全长397.99m，共22跨，23排桩，每排桩有4根钻孔灌注桩。桥梁主跨为35m预应力混凝土箱梁，主桥基础为Φ1.5m钻孔灌注桩（桩身为水下C25混凝土，设计嵌入中风化岩层1.5倍桩径，设计桩长32.0m，墩桩号为11#～13#，其中，11#和13#墩桩设计单桩承载力为590t，12#桩墩设计单桩承载力为650t。全桥桩基施工完毕，各桩桩长均符合设计长度要求。对桩基进行小应变检测，13#墩桩发现异常，初步怀疑是桩底沉渣过厚。随后对13-2、13-3桩进行取芯检测，发现桩端未嵌岩，桩端部为含量80%的碎、块石层，其下为强风化或全风化层。由此发现原地质勘探资料与实际地质存在差异，随后对全桥地质进行补探，及对13-1、13-2桩基进行高应变检测。

2、桩底注浆机理

桩底注浆是在钻孔灌注桩成桩后，用注浆泵以一定的压力将能固化的浆液（常用水泥浆）通过桩身注浆通道（可预埋管道，也可后造孔）注入桩底。浆液首先渗透到较疏松的桩底沉渣间隙中，与残渣相结合，形成强度较高的结石，消除了桩底沉渣的影响，减小桩基沉降。当沉渣间隙被浆液充满后，随着注浆量的增加，桨液不断向桩端持力层中渗透、填充和压密，形成渗透注浆和压密注浆。

3、桩底注浆施工工艺

桩底注浆的施工工艺直接影响到注浆后的效果，本工程桩底注浆施工流程为：桩上造孔高压水清洗埋设注浆管压水试验制浆注浆封孔。

3.1浆液。根据工程施工经验，水泥浆的性能，特别是浆液的水灰比和初凝时间，直接影响到注浆质量，所以浆液的配合比十分重要。本工程浆液的主要材料有水泥、早凝剂和水，水泥采用42.5级普通硅酸盐水泥，早凝剂为三乙醇胺，水为普通工程用水。水灰比根据注浆状况进行调整，按先稀后浓的原则，初始水灰比为1U1，后期水灰比为0.5U1，同时掺入0.3%早凝剂。

3.2注浆压力。一般情况下，较大的注浆压力能提高浆液的扩散速度和扩散能力，但是当注浆压力超过地层的压重和强度时，将可能导致地基土甚至桩基的破坏，因此一般以不使地层结构破坏或仅发生局部少量破坏作为允许注浆压力的原则，限制注浆压力。对于本工程，12-1和12-2取0.7，12-3和12-4取1.0，13-1和13-3取1.2，13-2取1.5；h为注浆段深度，m。

3.3造孔。用钻机在钻孔灌注桩上进行造孔，钻头为Φ11cm合金钻头，旋转钻进至桩端以下3m。由于12#桩上已经完成立柱和盖梁，需先在盖梁上搭建工作平台，架设钻机，造孔前凿除孔位处盖梁混凝土保护层和切割顶部钢筋（顶部以下允许钻孔打断），待注浆完成后再焊接加固。对于已经有取芯孔的桩则不需要再进行造孔，直接将取芯孔作为注浆孔。

3.4注浆管。注浆管由2根直径不同的镀锌钢管组合成，即内管和回浆管，回浆管管底设有止浆塞。将注浆管放入已造好的孔内，内管管底距孔底30cm，回浆管管底在桩底处。注浆开始时，浆液从内管注入桩底，开启止浆塞，使浆液从回浆管流出，待浆液达到要求后再关闭止浆塞，将浆液注入土体。

3.5压水试验。压水试验是注浆施工前必不可少的重要工序，压水试验不仅起到疏通注浆通道的作用，而且注浆设计的有关参数也可以根据压水试验的结果做相应调整。本工程压水试验压力在1～2MPa。

3.6注桨。待注浆前期工序都完成后，可正式进行注浆。施工发现，由于水泥浆容易流向邻近薄弱层，致使水泥浆从桩附近的地质钻探孔内冒出，偏离桩底有效区域。因此结合实际情况及时调整注浆工艺，采用间歇性注浆。间歇性注浆是先通过几次间断性注浆（次数可根据现场情况确定），每次控制注浆量，主要目的是将桩底一定范围内的土层孔隙先进行封闭。每次注浆间隔时间应大于水泥浆的初凝时间（本工程3h），每次注浆后应及时用清水冲洗注浆管，冲洗间隔时间一般为2-3h，直至水泥浆初凝以后停止，防止浆液堵塞注浆管。待土层孔隙基本被前几次注浆浆液封闭后，再进行随后注浆。由于桩底地层孔隙已被前几次间歇性注浆浆液封闭，迫使浆液对土层进行压密、劈裂以及沿桩周上移破坏泥皮，注浆以灌浆压力和注浆量进行控制，压浆流量不宜过大，控制在75L/min以内，控制稳压时间为5min。压浆完成后，将注浆管利用浆液灌实封闭。注浆顺序应先边后中，以13#为例，先注13-1和13-3，再注13-2。由于各桩底土层存在差异，其间歇性注浆次数在3～10次不等。同时，注浆量和注浆压力也与设计值有较大的差异，实际注浆量是设计值的1.5～5倍，注浆压力则基本都小于设计值。分析原因可能是桩底土体主要是碎块石或含粘土碎（块）石，其渗透性较好、范围大，1～2次的间断性注浆和少量的注浆量无法将空隙填充和完全封闭，很难达到较高的注浆压力。

4、桩底注浆效果与探讨

钻孔灌注桩桩底注浆后的效果（单桩轴向受压承载力）应通过静载试验进行试验，经过计算，其桩底注浆后各桩的单桩承载力见下表：

为了对桩注浆前后进行对比，注浆结束15d左右后（13-1为13d，13-2和13-3为12d），对13#墩桩进行高应变检测。经过2次高应变检测，结果表明，13-1和13-2桩注浆前后承载力提高值分别23.8%和53.4%。最后，根据规范要求对13-2桩进行静载试验，当荷载加至设计极限承载力时，其沉降值为11mm，满足设计要求。

5、结语

此次工程由于钻孔灌注桩成桩后桩端持力层下存在2～3层软弱下卧夹层，致使其单桩承载力不足，通过对事故桩桩底注浆后，其结果总结如下：①桩底注浆能较大程度提高桩端承载力，改善桩底持力层性能。通过高应变检测，单桩承载力提高值23.8%～53.4%，其中，桩侧提高值在14.0%～20.4%，桩端提高值在49.7%～110%。同时，静载试验结果表明，设计极限荷载下沉降值为20mm。②注浆时，浆液在工作压力作用下会流向邻近薄弱层，影响面积较大，为防止注浆时浆液从其他通道冒浆，注浆孔周围一定范围内应没有钻孔或将孔道堵塞。③桩端持力层为碎块石或含粘土碎（块）石，其注浆量较大，本工程注浆量在4.45～18.5t不等，平均每根桩约10t。④间歇性注浆施工效果比较好，其注浆间歇次数应根据施工情况确定，本工程注浆间断次数在3～10次。⑤施工注浆压力基本比其设计值小。本工程施工注浆量已远超过其设计值，而注浆压力没有超过设计值。