浅谈海上桩基础桩底压浆施工工艺

侯利华 彭芳健

摘要：本文主要针对海上大孔径桩基础桩底压浆施工工艺特点进行阐述和分析，结合杭州湾跨海大桥桩基础特点，入岩深度达200余米，所以桩基础设计为摩擦桩、由于桩基础深、大特点在钻孔和清孔过程中很容易造成孔底沉渣过厚现象，为提高桩基础承载能力，采用孔底压浆的方法进行加固，是非常有效的防治措施，本文主要结合在杭州湾跨海大桥工程实践中的经验和教训，介绍海上大孔径桩基础孔底压浆施工特点及具体实施措施。

关键词：海上；大孔径；孔底压浆；防护

Abstract: This paper aimed at the end of the sea aperture pile foundation pile grouting process characteristics are described and analyzed, combined with the Hangzhou Bay Bridge pile foundation characteristics, into the rock a depth of 200 meters, so the pile foundation design for friction piles, because pilesdeep foundation and the major feature is likely to result in the process of drilling and hole cleaning sediment thickness phenomenon in the bottom of the hole, the bottom of the hole grouting reinforcement to improve the pile foundation bearing capacity, is a very effective preventive measures, this paper combined in Hangzhouexperiences and lessons learned in the Bay Bridge engineering practice, the grouting characteristics of the base bottom of the hole large diameter pile at sea and specific implementation measures.

Keywords: sea; aperture; the bottom of the hole grouting; protection

中图分类号：TU755.2+ 文献标识码：A 文章编号：2095-2104（2012）

一、工程概况

杭州湾跨海大桥北航道桥和北侧高墩区引桥下构，共计152条钻孔灌注桩基础，设计均为摩擦桩群桩基础，其中主墩桩基础每墩为26根，桩径φ280cm，平均桩长125m；辅墩桩基础每墩14根，桩径φ250cm，桩长分别为85m 、90m；高墩区引桥桩基础每墩8根，桩径φ250cm，桩长90m。其中主墩桩底进入粉砂、细砂层深度平均为3.0m；辅墩进入中细砂层1.3m；高墩区引桥桩基进入粉砂层平均为5m。

二、地质条件

北航道桥工程区段基岩面标高为－180m～－190m。钻孔揭露均为第四系松散沉积物，地质复杂，桥位处海底地形平坦，覆盖层很厚，地层岩性分布比较均匀，受涨落潮水的影响，冲淤交互进行。岩性主要为亚砂土、淤泥质亚砂土、淤泥质粘土、粘土、亚砂土、粘性土、粉砂、细砂,钻孔桩周土极限摩阻力30~90kpa，各岩土层物理特性为饱和，软塑、局部软塑、硬塑或密实、厚度4.30~7.80m。

三、桩底压浆工艺流程

桩基成孔施工→安装钢筋笼(含声测管、压浆管)→二次清孔→灌注水下混凝土→压浆管底部孔口初裂→桩基检测→压浆准备→第一循环各回路压浆→回路冲洗→第二循环各回路压浆→回路冲洗→第三循环各回路压浆→压浆结束。

四、桩底压浆主要设备

1、注浆泵

注浆泵采用3SNS型往复式三柱塞泵，主要技术参数如下：转速91r/min，理论排量76L/min，压力12Mpa，进道口径64mm，排道口径32mm，额定功率22kW，外形尺寸（长×宽×高）1800×945×705mm，整机重量930Kg。

2、制浆机

制浆机采用ZJ-400型涡流制浆机，主要技术参数如下：公称容量400L，许用水灰比0.5:1，制浆时间（水灰比0.5:1）3分钟，额定功率7.5kW，重量450kg，外形尺寸（长×宽×高）1350×1150×1460mm。

3、储浆箱

为储存浆液并且便于测量注浆量，用薄钢板制作尺寸为1000×1000×1000mm的储浆箱。开始压浆前，应制备足够的浆液存放在储浆箱内，在压浆过程中，用直尺测量储浆箱内液高度的变化，即可计算出每一次的注浆量。

五、桩底压浆量计算

1、浆液扩散范围

根据地质资料，主墩桩基持力层为细砂层，上下几层均为粘性土或细砂层，根据资料知灌注水泥浆液几不可能，故浆液灌注只考虑桩底沉渣及桩周泥皮置换和空隙充填。

2、压浆量计算

①底部压浆量计算

桩底沉碴的存在因其强度低严重影响端承力的发挥。桩端注浆通过浆液对沉碴的置换、挤密和固结作用改善或消除桩底沉碴对端承力发挥的不良影响。

A、底部沉渣体积

桩径280cm，钻头锥形头高150cm，底部沉渣厚度按专用规范规定的最大20cm计：

V锥＝

V平＝

B、底部沉渣注浆量

Q底=A（V锥＋V平）kβ＝1.2×（3.1+1.23）×0.8×0.8=3.3m3

式中：Q = 浆液注入量(m3);

A = 浆液的损耗系数，一般取A=1.15～1.3;

K = 空隙率,孔底沉渣空隙率参照松散的回填土取空隙率0.8;

β= 浆液填充系数,孔底沉渣参照砂砾取0.8。

②桩侧压浆量计算

桩在施工过程中因桩周泥皮与桩周土体间空隙降低了桩侧摩阻力。桩端注浆在压力作用下，浆液从桩端沿桩侧向上，通过渗透、劈裂、充填、挤密和胶结作用，对桩周泥皮置换和空隙充填。

水泥浆液渗透高度按下式估算：

h=

式中：t为凝固时间(S)；

k为渗透系数(cm/s),参照粗砂取0.02cm/s;

n为空隙率(%)，桩与周边土结合处空隙，凭经验取0.8；

p为注浆压力(Pa)；β为水与浆液之间粘度比；r为灌浆孔半径(cm)。

根据经验，桩周泥皮与桩周松散土体厚度取1cm

V侧＝

Q侧=AV侧kβ＝1.2×1.1×0.8×0.8=0.8m3

3、压浆量

Q= Q底+Q侧 ＝3.3＋0.8＝4.1m3

以上为理论估算，灌浆参数的选择是一个复杂的问题，只有通过试桩后才能切实地确定。

六、桩底压浆操作规则

1、压浆管布置

每桩等间距布置4条规格为φ33.5×3.25mm压浆管，压浆管紧贴钢筋笼加强箍内侧，用直径φ6mm钢筋环卡紧焊接在钢筋笼主筋上，相临压浆管底部布置成回路，为了保证孔底压浆质量，桩基检测完成后，利用声测管作为压浆回路，声测管压浆回路在钢筋笼制作时加工，管底同样事先要开孔。压浆回路末端伸到距桩底约5cm，压浆管各回路管底均开4个直径φ6mm小孔，用图钉将小孔堵严,外面套上同直径的自行车内胎，外缠防水胶带封严,这样压浆喷头就形成了一个简易的单向装置：当注浆时压浆管中压力将车胎迸裂、图钉弹出，而混凝土灌注时该装置又保证混凝土浆不会将压浆管堵塞。为避免压浆管在孔底被压弯，压浆管上下用焊接在钢筋上的L75×75×6角钢支撑。

2、场地布置

制浆机、注浆泵、储浆箱、水泵等设备的布置要便于操作。高压注浆工作场地要设置围栏，非工作人员禁止入内，以免干扰施工。施工人员应注意站位，确保人身安全。设置废浆储存点，禁止废浆排入海中污染环境。

3、出浆口初裂

桩身混凝土灌注后24~48小时，开始压水，持续加压，使套筒包裹的注浆孔开裂，裂开压力为2~4Mpa。

4、浆液制备

压桨水泥采用安徽海螺厂P·Ⅱ42.5水泥，水泥抗压强度为51.2Mpa。压浆浆液水灰比为0.67，材料由普通硅酸盐水泥、掺和料（膨润土）、水、外加剂组成，其7天最小抗压强度大于5Mpa。其配比为：水泥：水：膨润土：掺和料=1：0.9：0.05：0.015。浆液流动性好，稠度约为14秒，初凝时间约2~3小时。每一次注浆取一组试件。

5、注浆

钻孔桩灌注水下混凝土10天后，开始桩底压浆。分三个循环进行桩底压浆，每个循环间隔6小时。压浆分四个压浆管回路压入，每一循环中各回路分阶段进行，每回路一次压浆量为200～300L，压浆速度为10L/分钟。

每回路压浆时，关闭其它回路。注浆时浆液通过滤网压入进浆管，管路中的水从出浆管排出，直到出浆管流出与进浆管相同浓度的浆液后关闭出浆管，然后匀速加压注浆，压注完成后缓慢减压。

完成一轮压浆后，立即用清水冲洗管道，要求每隔一小时冲洗一次，以免管道堵塞。

6、压浆终止条件

压浆量4100L。压力超过4.0Mpa。

同时满足以上条件即可终止压浆。

7、压浆防护

高压管道压浆必须严格遵守安全操作规程，制定详细的安全防护措施，专人指挥压浆前先进行管道试压力宜采用注浆压力的1.5倍，停泵稳压后方可进行检查。非操作人员不得进入作业区，作业区四周设置防护栏杆和防护网，作业工人戴好防护眼镜及防护罩，以免浆液喷伤眼睛和防止管道发生意外对操作人员的伤害。

七、施工总结

桩底压浆是个系统工程，特别针对大孔径桩基础，对压浆管道的设计要科学、合理，对压浆设备的选用、水泥浆的配制及压浆压力、压浆量的控制非常重要，每个环节的失误都会导致压浆的质量受影响，施工中记录好各个参数并与理论计算比较，不断地经过统计、分析和总结，积累详细的经验数据，为压浆施工提供科学依据。桩底压浆对灌注桩基础起到进一步加固作用，通过高压浆液压入桩底，浆液克服了土粒之间抗渗阻力，排走空隙中水分，充填空隙中，浆液在桩底形成一个扩大头，桩底压浆弥补了摩擦桩基础的沉渣过厚的缺陷，使桩周松动的土体得到挤密加强，提高了桩基础的整体质量，是非常值得推广工艺。

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。