基础工程设计１ ］ 杭州湾跨海大桥大直径超长桩基础桩底压浆的关键技术 ＨａｎｇｚｈｏｕＢａｙＳｅａ－ｃｒｏｓｓｉｎｇＢｒｉｄｇｅ ＳｕｐｅｒＬｏｎｇＬａｒｇｅＤｉａｍｅｔｅｒＰｉｌｅ Ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ Ｐｉｌｅ Ｂｏｔｔｏｍ Ｇｒｏｕｔｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ 马成军 （河北省石家庄市平山县交通运输局地方道路管理站，河北平山０５０４００） ＭＡＣｈｅｎｇ－Ｊｕｎ （ＴｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎＢｕｒｅａｕＬｏｃａｌＲｏａｄＳｔａｔｉｏｎＳｈｉｊｉａｚｈｕａｎｇＣｏｕｎｔｙ，Ｐｉｎｇｓｈａｎ ０５０４００，Ｃｈｉｎａ） 【摘要】杭州湾跨海大桥主塔桩基础为大直径超长群桩基础，对全部３８根桩进行了桩底后压浆，有效地提高了桩基 承载力和整体刚度，减少了基础的不均匀沉降。重点介绍大规模群桩基础通过桩底压浆提高承载力的机理、压浆工艺 及压浆效果。 【Ａｂｓｔｒａｃｔ］ＨａｎｇｚｈｏｕＢａｙＢｒｉｄｇｅＭａｉｎＰｙｌｏｎｐｉｌｅｆｏｕｎｄａｔｉｏｎｆｏｒｌａｒｇｅｄｉａｍｅｔｅｒｏｖｅｒｌｅｎｇｔｈｐｉｌｅｇｒｏｕｐｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ，ｆｏｒａｌｌ３８ｐｉｌｅｓｏｆｐｉｌｅｂｏｔｔｏｍ ｐｏｓｔｐｒｅｓｓｕｒｅｇｒｏｕｔｉｎｇ，ａｎｄｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅｂｅａｒｉｎｇｃａｐａｃｉｔｙｏｆｐｉｌｅｆｏｕｎｄａｔｉｏｎａｎｄｔｈｅｏｖｅｒａｌｌｒｉｇｉｉｔｄｙ，ｒｅｄｕｃｅｓｔｈｅｎｏｎｕｎｉｆｏｒｍｓｅｔｔｌｅｍｅｎｔ ｏｆｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ．Ｆｏｃｕｓｉｎｇ ｏｎ ｍａｓｓ ｒｏｕｐ ｇｐｉｌｅ ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ ｂｙ ｒｏｕｔｇｉｎｇ ｐｉｌｅ ｔｏ ｉｍｐｒｏｖｅ ｈｅ ｔｂｅａｒｉｎｇ ｃａｐａｃｉｙ ｔｏｆｔｈｅ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ，ｇｒｏｕｔｉｎｇ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ａｎｄｇｒｏｕｔｉｎｇｅｆｆｅｃｔ． 【关键词】杭州湾跨海大桥；群桩基础；桩底压浆；承栽力；机理；压浆工艺；效果 【Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ］Ｈａｎｇｚｈｏｕ Ｂａｙ Ｓｅａ－ｃｒｏｓｓｎｉｇ Ｂｒｉｄｇｅ；ｐｉｌｅ ｆｏｎｄａｔｕｉｏｎ；ｐｉｌｅ ｂｏｔｔｏｍ ｒｇｏｕｔｉｎｇ；ｂｅａｒｉｎｇ ｃａｐａｃｉｙｔ；ｍｅｃｈａｎｉｓｍ；ｇｒｏｕｔｉｎｇ ｔｅｃｎｏｌｈｏｇｙ； ｅｆｆｅｃｔ 【中图分类号】ｕ４４５．５５ ｌ 【文献标志码】Ｂ 【文章编号】１００７．９４６７（２０１３）０５．００８７．０３ １杭州湾跨海大桥主塔基础设计概况 杭州湾跨海大桥主塔基础采用３８根直径２．８ｍ钻孔灌注 桩，桩长１２５ｍ，桩基设计为摩擦桩，在设计施工环节存在以下 难题： 由于桩体超长，在水下采用泥浆护壁钻进成孔，持续时间长， 不可避免地会出现孔壁土塌落孔底，形成孔底钻渣。施工中采 用了相应措施，如一清、二清，以及严格控制泥浆的含泥量等， 以消除不利影响，但都不可能完全清除孔底沉渣。针对以上问 题，结合杭州湾跨海大桥桩底附近区域为粉、细砂这一特定的 地质条件，对所有３８根钻孔桩进行了桩底后压浆，并取得了 １）基岩埋深１８０．３００ｍ，受力桩为摩擦桩，桩端承载力不 易发挥作用。 较好的效果。 ２）杭州湾跨海大桥采用３８根大直径深水群桩基础，桩基 受力离散性大，群桩效应明显。 ３）易发生沉降，尤其群桩的不均匀沉降，需采取措施提高 ｌ生。 ２桩底压浆的机理 钻孔灌注桩后压浆是在桩基钢筋笼内预置压浆管路，待 混凝土达到一定强度后，通过压浆管路采用高压注浆泵注入 水泥浆液，使一部分水泥浆液进入桩底土层；另一部分水泥浆 ４）孔底存在一定的沉淀。 【作者简介】马成军（１９７０一），男，河北平山人，工程师，从事交通工 程研究，（电子信箱）５１ ２７２０３７３＠ｑｑ．ｃｏｍ。 液沿桩壁的四周向上走，最终达到一定的高度。所以，进行桩 底注浆可以使桩底沉渣及桩壁一定高度范围内的泥皮隐患得 到改善．提高桩底土层的承载力以及桩与桩壁土层之间的极 ８７ １工程建设与设计 ｌＣｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ＆ ５ Ｒ ｅｃ‘ 限摩阻力，最终提高钻孔灌注桩承载力及减小桩的沉降量。 ３压浆回路布置 在桩底压浆管的形式中有两种，即直管法和“ｕ”管法，在 东海大桥应用的是直管法，而苏通大桥应用的是“ｕ”管法，杭 州湾大桥总结了东海大桥和苏通大桥的经验，注浆管的形式 采用“ｕ”管法。共布置８根注浆管，形成四个回路，其中四根 ６０ｍｉｎｘ３．５ｍｍ注浆管兼作声测管，４根 ３３．５ｍｉｎｘ３．２５ｍｍ 钢管为专用注浆管，相邻２根声测管及２根注浆水平方向的 注浆孔，并与钢筋笼底端平齐。 ４桩底压浆工艺 １）压浆管的布置原则。首先应保证压浆的均匀性，同时便 于安装和保护。在桩底压浆管的形式中有两种，即直管法和 “ｕ”管法，布置８根注浆管，形成四个回路，其中４根 ６０ｍｍｘ３．５ｍｍ注浆管兼作声测管，４根４，３３．５ｍｍｘ３．２５ｍｍ 钢管为专用注浆管，相邻两根声测管及两根注浆水平方向的 注浆孔，并与钢筋笼底端平齐。 ２）在施工过程中际注浆量应大于理论注浆量，通过第１ 根桩进行试验，最终确定主塔基础钻孔桩桩底的注浆量为 ６ ５００￣６ ８００Ｌ。 ３）压浆控制方法。采用压浆量和压浆压力两项指标双 控，以注浆量为主，当注浆量达到设计值后，可停止压浆。当压 浆量达到设计值８０％以上，且压力达到４．０ＭＰａ以上，亦可停 止注浆。压浆过程中，压浆工作压力为２ＭＰａ，压浆控制压力为 ４ＭＰａ。 ５压浆施工工艺过程 压浆的施工过程包括以下几个方面：开塞、分３次循环进 行压浆以及管路内注浆封孔等。 ５．１开塞 钻孔桩混凝土标号为水下Ｃ３０海工混凝土，初凝时间为 ２０ｈ，在混凝土浇注完毕２４ｈ左右进行注浆孔开塞。具体做法 为：向注浆管内进行高压注水，当出浆口出水后，关闭出浆阀 继续加压。当压力达到最大值后突然下降，证明包裹压浆孔的 高压胶布开裂，压浆孔冲开。在混凝土终凝之前的时间内，要 经常用高压水进行循环，防止已经开塞成功的压浆孔重新被 堵塞。开塞压力一般在１．０￣４．０ＭＰａ之间。 ８８ ５．２第１次循环压浆 当混凝土强度达到设计强度（３０ＭＰａ）、并进行超声波无损 检测之后进行第１次循环压浆。第１次循环压浆以压浆量控 制，每个回路的压浆量为３００Ｌ，４个回路共１２００Ｌ。 ４ｇ－＋回路压浆完成后，应及时利用另外一台压浆泵压注 用清水冲洗管路，防止浆液堵塞管路，冲洗管路的间隔时间为 ２～３ｈ，直至水泥浆初凝以后停止。第１次循环压浆的目的是 Ｎ－Ｎ土层中的孔隙。 ５．３第２次循环压浆 根据浆液的初凝时间，确定后两次循环压浆的间隔时间， 总的原则是间隔时间大于浆液的初凝时间。第２次循环压浆 仍然以压浆量控制，每个回路的压浆量为３００Ｌ，４个回路共 １２００Ｌ。每个回路压浆完成后清洗管路的方法与第１次循环的 方法相同。第２次循环压浆的目的也是封堵土层中的孔隙。 ５．４第３次循环压浆 第３次循环压浆以注浆压力和注浆量进行控制，仍然按照 四个回路循环进行。根据试桩取得的数据，注浆压力按照 ４．０ＭＰａ控制，注浆量按照不小于注浆总量（即６ ５００￣６ ８００Ｌ） 控制，稳压时间按照５ｍｉｎ控制。由于在实际施工中均没有观 察到桩身上抬，所以不再将桩身上抬量作为控制指标。第３次 循环压浆的目的是向外围孔隙已经封闭的土层中继续压浆， 同时由于桩底地层孔隙被前两次注浆封闭，迫使浆液沿桩周 比较薄弱的位置（桩与地层之间的泥皮）向上走，并达到一定高 度。 ６保证压浆效果的措施 １）桩基施工过程中，需确保不损坏压浆管路。 ２）压浆管必须检查其水密陛，混凝土浇注２４ｈ后及时注水 清理，防止堵管。 ３）压水开塞时，若水压突然下降，表明单向阀已打开，此 时应停泵，封闭阀门１０￣２０ｍｉｎ，以消散压力。 ４）水泥浆制配时，严格按配合比进行配料，不得随意更 改；压浆过程中专人负责记录压浆的起止时间、注入的浆量、 压力及测定桩的上抬量。 ７桩底压浆效果检测 为了解桩底压浆时单桩承载力的实际效果，在试桩完成 后，通过自平衡法进行静载试验。 ７．１自平衡法测试原理简述 桩基静载试验自平衡测试技术是将一种特制的加载设备一荷 载箱，与钢筋笼相接，埋人桩的指定位置，由高压油泵向荷载 箱充油而加载。荷载箱上部桩身的摩擦力与下部桩身的摩擦 力及端阻力相平衡来维持加载。测试后，将上端桩侧阻力经一 定处理后与下端桩端阻力相加即为桩的极限承载力。 ７．２承载力测试结果及分析 为测试出桩底压浆前后桩端极限承载力和桩侧摩阻力以 及桩基总承载力，该试桩设置有上下两层压力盒。测试分压浆 前和压浆后两个阶段。压浆前，对下层压力盒加压，来评价桩端 承载力和压力盒以下一段桩身的侧摩阻力。压浆后，考虑到桩 端承载力的增加，分为两步测试：第１步，对下层压力盒加压， 来评价桩端承载力和压力盒以下一段桩身的侧摩阻力；第２ 步，下层压力盒完全卸载，对上层压力盒加压，主要评价压力 盒以上部分桩侧摩阻力。 主塔试桩压浆前后极限承载力及位移对比见表１，主塔 试桩承载力构成见表２。 表１主塔试桩压浆前后极限承载力及位移 表２主塔试桩承载力构成 主塔试桩（压浆前） 主塔试桩（压浆后） 压浆效果 … 数值 比例，％ 数值，ｋＮ比例，％提高值，ｋＮ提高比例，％ 桩侧阻力４１ １６４ ８５．５１ ４５ ４２９ ７１．１９ ４２６５ １０．３６ 桩端阻力６ ９７６ １４．４９ １８ ３８２ ２８．８１ １１４０６ １６３．５０ 桩项荷载４８ １４０ ６３ ８１１ １５６７１ ３２．５５ 通过检测及上述数据，可以看出： １）压浆后桩的极限承载力提高３２．５５％，后压浆提高承载 力效果显著。 ２）桩端阻力大幅增加，提高１６３．５０％，由摩擦装转为端承 摩擦桩。压浆前，端阻力占总承载力的比例为１４．４９％，基本属 摩擦型桩，桩端压浆后，桩端土层大幅提高，端阻力提高幅度 为２．６４倍。同时，减少普通灌注桩施工质量的离散度，压浆后 端阻力约占总承载力的３０％，属端承摩擦桩，即由摩擦桩转 变为端承摩擦桩。 ３）桩侧摩阻力有一定幅度的提高，提高约１ ０．３６％。桩端 压浆，在桩端以上一定高度内浆液会沿着桩侧泥皮上渗泛出， 加固泥皮、充填桩身与桩周土体的间隙并渗入到桩周土层一 基础工程设计ｌ Ｅ Ｍｅ咖Ｄｅｓｉｇｎ Ｇｒｏｕｎｄ ｌ定宽度范围，浆液固结后调动起更大范围内的桩周土体参与 桩的承载力，改善了桩土接触面的条件，桩侧阻力均得到提 高。 ８结语 １）桩端压浆对提高泥浆护壁钻孔灌注桩的承载力是有效 的。桩端后压浆可明显改善桩端持力层和桩周条件，提高桩的 承载力，改善桩荷载传递性能，大幅度提高桩的承载力。 ２）大直径超长桩桩端压浆，浆液沿桩侧泥皮上返一定高 度，浆液通过渗透加固泥皮和桩周土层，改善桩底上部一定范 围内土层的物理力学性质，提高桩侧摩阻力。 ３）在要求桩顶荷载相同的情况下，采用桩底后压浆技术， 可适当减小桩径或减少工程桩数量，从而降低桩基工程造价， 取得明显的技术经济效益。（ 【参考文献】 【１】杨明龙，陈建伟．大型桥梁主墩大孔径超长钻孔灌注桩施工研究 ［Ｊ］．工程与建设，２００６，２０（４）：３７２－３７３． 【２】沈保汉．后注浆桩技术【Ｊ】＿工业建筑，２００１（５）：５－１２． 【３】戴国亮．桩承载力自平衡测试法的理论与实践［Ｄ】．南京：东南大学， ２００３． 【４】何剑启注浆钻孔灌注桩承载力性状试验研究［Ｊ】．岩土工程学报， ２００２．２４（６）：７４３—７４６． 【收稿日期ｌｚｏｌｚ．１２．３０ ８９
