潘軍

(1.中鐵大橋局集團有限公司， 湖北 武漢 430050； 2.橋梁結構健康及安全國家重點實驗室)

1 前言

孟加拉國帕德瑪大橋位于首都達卡偏西南約40 km處，橫跨帕德瑪河(恒河)，距印度洋入?？谥本€距離約150 km，是連接Mawa與Janjira的主要交通要道。大橋Mawa側引橋基礎為φ1.2 m，長51～84 m的鉆孔樁，樁頂標高為：-0.1～+4.85 m，樁底標高為-51.0～-84.0 m。單樁最大最不利荷載組合約19 MN。橋址區(qū)域是典型的粉細砂地質(地質勘探顯示樁周極限摩阻力為31～65 kPa不等)，且在-27 m以上的區(qū)域存在地震液化帶。這種地質條件下，如果采用傳統(tǒng)的膨潤土泥漿護壁成孔工藝進行鉆孔樁施工，會因樁周存在泥皮、樁周地層受泥漿浸泡軟化、樁底沉渣難以清除、以及樁底土層和樁周土層在樁基施工過程中的應力釋放等原因，導致樁端阻力和樁側摩阻力偏低，出現(xiàn)鉆孔樁承載力無法充分發(fā)揮，難以滿足設計要求的問題。

為解決帕德瑪大橋Mawa側引橋22個墩位的96根鉆孔樁在不改變樁徑的前提下，提高樁端阻力和樁側摩阻力，減少樁基沉降問題，經(jīng)過反復研究并通過荷載試樁驗證，施工中采用化學漿護壁成孔、成樁后樁底壓漿和樁側壓漿的技術。

2 施工技術

2.1 技術原理

(1) 化學漿護壁成孔技術

將高分子量化學聚合物、水和外加劑按照一定比例配制成較為黏稠的化學漿液，在鉆孔樁施工時注入孔內，依靠化學漿液極長的分子鏈產(chǎn)生的吸附作用和橋接作用穩(wěn)定和保護孔壁，防止孔壁坍塌。因化學漿不會黏附在孔壁上形成泥皮，可使樁身混凝土與孔壁很好地結合，達到提高樁側摩阻力的目的。

(2) 樁底和樁側壓漿技術

安裝鋼筋籠時，在樁底和樁側分別預置壓漿管路和壓漿裝置。待樁身混凝土達到一定強度之后，利用高壓注漿機注入以水泥為主的漿液。注入的漿液對樁端和樁周土體起到填充、滲透、壓密及固結等作用，改變樁端和樁周土體的力學性能及樁土間邊界條件，消除傳統(tǒng)膨潤土泥漿成孔工藝所固有的缺陷，達到提高鉆孔樁樁側摩阻力和樁端阻力、減少沉降量的目的。

2.2 化學漿護壁成孔技術

2.2.1 化學漿液的配合比和性能指標

化學漿液的配合比和性能指標分別見表1、2。

表1 化學漿液的配合比

表2 化學漿液的性能指標

2.2.2 化學漿液的拌制

化學漿液拌制方法為：自拌式漿液攪拌機內加入8 m3水，啟動攪拌裝置，加入8 kg純堿，然后緩慢加入12 kg化學漿液增強劑，攪拌15～20 min后，再緩慢加入12 kg的化學聚合物，攪拌15～20 min，使其充分水化分散。

拌制好的化學漿液在樁基開鉆時，緩慢注入孔內。

2.2.3 鉆孔過程中化學漿液指標的控制

在鉆進過程中每隔1～2 h檢測一次化學漿液的性能指標，若檢測結果不滿足表2要求，則向孔內注入新鮮化學漿液或者向儲漿池內添加適當化學聚合物粉末，調整漿液的各項性能參數(shù)，使之滿足表2中的性能指標要求，確?？妆诎踩?。

2.2.4 化學漿液的凈化

由于化學漿液中聚合物具有將漿液中懸浮的泥砂迅速凝聚成較大團塊后沉淀的能力，因而，鉆孔過程中化學漿液的凈化采用自身凈化方法，具體為：將從孔內循環(huán)出來的攜帶泥砂的化學漿液排入沉淀池和二級沉淀池中，依靠其泥砂凝聚成團塊后自行沉淀的性能，達到化學漿液凈化的目的?；瘜W漿液凈化系統(tǒng)包括儲漿池、沉淀池、二級沉淀池、沉淀池與護筒之間的連通槽等。

2.3 樁底壓漿技術

鋼筋籠安裝時，在樁內預置“U”形壓漿管，壓漿管底部設注漿孔。待混凝土達到一定強度之后，通過壓漿管，分3階段對樁端進行壓力注漿。

2.3.1 壓漿管布置

樁底“U”形壓漿管為內徑25 mm、壁厚3 mm的無縫鋼管。每個φ1.2 m的樁基中布置兩組“U”形回路(1#回路和2#回路)，每組“U”形回路底部設3個朝下的φ8 mm的注漿孔。為防止注漿孔在灌注樁身混凝土時被堵塞，壓漿管安裝前，將注漿孔臨時密封起來，密封方法為：用橡膠軟管包裹注漿孔，然后用細鐵絲綁牢兩端，最后用透明膠帶纏繞。樁底壓漿管布置見圖1，注漿孔臨時密封圖見圖2。

2.3.2 壓漿設備

壓漿機性能要求為：排漿量小，壓力高且穩(wěn)定。帕德瑪橋采用的是美國產(chǎn)壓漿機(注漿流量控制為0～80 L/min,最大壓力為12 MPa)。

圖1 樁底壓漿管布置(單位：mm)

圖2 注漿孔臨時密封圖(單位：mm)

2.3.3 水泥漿液的配合比

壓漿液的性能直接影響注漿的質量。壓漿液由水、普通硅酸鹽水泥、膨潤土、附加劑組成，經(jīng)過多次試驗，最終采用的配合比見表3。

表3 水泥漿液配合比

水泥漿拌制完成后應立即測試初始溫度，水泥漿初始溫度不能超過32 ℃。

2.3.4 注漿孔的初裂和劈裂

為確保樁底壓漿管路的暢通，在第1車混凝土初凝且強度達到3 MPa前，對注漿孔進行初裂，以便沖開注漿孔的臨時密封及包裹在注漿孔周圍的混凝土覆蓋層。具體方法為：將壓漿機的出漿口連接到某組“U”形壓漿管，并在“U”形管的另一端(出口端)安裝球閥，然后打開球閥開關，啟動壓漿機向該組壓漿管內注水，將壓漿管內的銹粉和灰塵排出，待出水水質變清后，關閉出水口球閥開關，壓漿機繼續(xù)向壓漿管內注水，當壓力表讀數(shù)上升到一定峰值后，表針瞬間向下回落，說明此時底部注漿孔已經(jīng)裂開，此時最大的表針讀數(shù)即為初裂壓力值。

為防止已經(jīng)劈裂成功的注漿孔被重新堵塞，需在初裂后4～6 h內，對注漿孔按初裂方法進行第2次劈裂。另外，在每階段樁底壓漿結束后，均需對注漿孔再進行3次劈裂，以確保下階段壓漿的順利進行。

2.3.5 第1階段樁底壓漿

在樁身混凝土強度達到20 MPa，溫度穩(wěn)定并低于32 ℃后，即可進行第1階段樁底壓漿。壓漿分兩步進行：第1步進行單回路壓漿，第2步進行1#、2#回路聯(lián)合壓漿。第1階段各步壓漿參數(shù)見表4。

表4 第1階段樁底壓漿參數(shù)

(1) 單回路壓漿：當實際壓漿量達到145 L或實際壓力達3 MPa時，終止單回路壓漿。

若單回路壓漿期間單回路注入的漿液量少于設計壓漿量145 L，則在1#和2#回路聯(lián)合壓漿期間，將單回路剩余的漿液補充注入樁端附近的地層中。

(2) 1#和2#回路聯(lián)合壓漿：若1#和2#回路聯(lián)合壓漿的實際壓漿量達到50 L且各單回路壓漿期間剩余的壓漿量全部壓完，或實際壓漿壓力達到3 MPa，則第1階段壓漿結束。

為了確保壓漿通道在第2階段壓漿前不被堵塞，當?shù)?階段壓漿結束后，及時用清水對每個壓漿管路進行清洗，并對注漿孔進行劈裂，劈裂的時間點如下：① 所有的壓漿管路清洗完成后，立即用少量的水進行第1次劈裂；② 第1盤水泥漿漿液試塊達到初凝條件后，立即進行第2次劈裂；③ 第2次劈裂完成后8～10 h，選擇合適時間進行第3次劈裂。

2.3.6 第2階段樁底壓漿

第2階段樁底壓漿應在第1階段完成24 h后進行，且第1階段水泥漿液試塊抗壓強度達到20 MPa后方可進行。第2階段樁底壓漿分兩步進行，第1步進行單回路壓漿，第2步進行1#、2#回路聯(lián)合壓漿和持壓。第2階段各步壓漿參數(shù)見表5。

(1) 單回路壓漿

當實際壓漿量達到100 L或實際壓力達到3～6 MPa時，終止單回路壓漿。

若單回路壓漿期間，單回路注入的漿液量少于設計壓漿量100 L，則在1#和2#回路聯(lián)合壓漿期間，將單回路剩余的漿液補充注入樁端附近的地層中。

表5 第2階段樁底壓漿參數(shù)表

(2) 1#和2#回路聯(lián)合壓漿和持壓

① 若1#和2#回路聯(lián)合壓漿的實際壓漿量未達到105 L，但實際壓漿壓力達到3～6 MPa，則進行1#和2#回路聯(lián)合持壓，持壓2 h結束，至此第2階段樁底壓漿結束，封閉所有的樁底壓漿管路，無需再進行第3階段樁底壓漿，樁底壓漿工作全部結束；② 若1#和2#回路聯(lián)合壓漿的實際壓漿量達到105 L，且各單回路壓漿期間剩余的壓漿量全部壓完，但實際壓漿壓力未達到3～6 MPa，則按照第1階段壓漿后的清洗、劈裂程序，對注漿孔進行劈裂，然后進行第3階段樁底壓漿。

2.3.7 第3階段樁底壓漿

第3階段樁底壓漿應在第2階段樁底壓漿完成24 h后進行，且第2階段壓漿的第1盤水泥漿液試塊抗壓強度達到20 MPa后方可進行。第3階段樁底壓漿分兩步進行，第1步進行單回路壓漿，第2步進行1#和2#回路聯(lián)合壓漿和持壓。第3階段各步壓漿參數(shù)見表6。

表6 第3階段樁底壓漿參數(shù)表

(1) 單回路壓漿

當實際壓漿量達到100 L或實際壓力達到3～6 MPa時，終止單回路壓漿。

若單回路壓漿期間單回路注入的漿液量少于設計壓漿量100 L，則在1#和2#回路聯(lián)合壓漿期間，將單回路剩余的漿液補充注入樁端附近的地層中。

(2) 1#和2#回路聯(lián)合壓漿和持壓

當1#和2#回路聯(lián)合壓漿的實際壓漿量達到100 L時，該階段聯(lián)合壓漿結束。然后封閉所有樁底壓漿管路，樁底壓漿工作全部結束；若1#和2#回路聯(lián)合壓漿的實際壓漿量未達到100 L，但實際壓漿壓力已達到3～6 MPa，則進行 1#和2#回路聯(lián)合持壓，持壓2 h后結束。然后封閉所有樁底壓漿管路，樁底壓漿工作全部結束。

2.4 樁側壓漿技術

鋼筋籠安裝時，在樁側預置壓漿管路。樁身混凝土灌注后，利用雙分隔器對注漿孔進行劈裂。待混凝土達到一定強度后，用高壓注漿機通過壓漿管路對鉆孔樁樁側進行整體“簾幕法”滲透壓漿。

2.4.1 樁側壓漿管的布置

沿樁身圓周對稱布置4根樁側壓漿管(編號1#、2#、3#和4#，見圖3)。壓漿管為內徑55 mm 、壁厚3 mm的無縫鋼管。為換漿方便，相鄰的兩根樁側壓漿管底部連通，形成一組壓漿管路(每根樁的4根樁側壓漿管共形成兩組壓漿管路)。在地震液化層底標高至距樁底0.95 m的范圍內，壓漿管每隔1 m設置一個8 mm的注漿孔。為防止注漿孔在灌注混凝土時被堵塞，壓漿管下放前，將注漿孔臨時密封起來，密封方法同樁底壓漿管注漿孔的密封。

圖3 樁側壓漿管布置平面圖(單位：mm)

2.4.2 樁側壓漿設備

樁側壓漿設備有：樁側壓漿機、注漿孔劈裂所需的手動泵(型號VHP100)、雙封隔器及分隔器配套的軟管。樁側壓漿機要求排漿量小且壓力穩(wěn)定，帕德瑪大橋采用的是與樁底壓漿同型號的美國產(chǎn)壓漿機。

2.4.3 壓漿液的選用

樁側壓漿采用超細水泥拌制的漿液。采用新加坡產(chǎn)Pre-fine 80超細水泥(平均粒徑為4.503 μm,最大粒徑為10.097 μm)、Basf Master Reheobuild1000高效減水劑。通過試配和比選，選用的配合比為0.8∶1∶0.01(水∶超細水泥∶高效減水劑)。超細水泥漿液的性能指標為：初始溫度不超過30 ℃；初始黏度不超過10 s,4 h的黏度為20 s； 28 d抗壓強度不小于20 MPa。

2.4.4 壓漿管的初裂和劈裂

樁身混凝土初凝且強度達到3 MPa之前，采用雙封隔器對樁側注漿孔分別進行初裂。在樁側壓漿前12～24 h，選擇合適時機對注漿孔再進行1次劈裂。

采用雙封隔器對單個注漿孔進行劈裂的方法為：將雙封隔器放入壓漿管里，下放至需要劈裂的注漿孔位置，首先用手動泵將高壓水通過注水軟管注入封隔器中，封隔器的上下膨脹元件隨高壓水的注入而膨脹，從而封閉注漿孔上下端；然后由壓漿機通過壓漿軟管向壓漿管內注入高壓水，將注漿孔處的橡膠管及混凝土沖開，最后打開手動泵的泄水閥，使上下膨脹元件回縮至原位，完成單個注漿孔的劈裂。按此方法，完成所有注漿孔的劈裂。

2.4.5 樁側壓漿

每個注漿孔的設計壓漿量為20 L。為了避免漿液壓力過大對樁周土造成液壓劈裂，影響樁側壓漿效果，規(guī)定樁側壓漿設計注漿壓力不超過3 MPa；為了保證漿液注入的穩(wěn)定性，以及不同滲透系數(shù)地層水泥漿都能有效地滲透擴散，注漿速度不超過10 L/min。

每組樁側壓漿管注漿終止條件為：若實際壓漿量達到20nL(n為每組樁側壓漿管的注漿孔數(shù)量)，則停止注漿；或實際壓漿量未達到20nL，但注漿壓力已達到3 MPa,則維持3 MPa壓力10 min后停止注漿。

壓漿孔劈裂完成、樁身混凝土達到一定強度后，進行樁側“簾幕法”壓漿。具體做法為：先將第2組壓漿管的1根壓漿管與壓漿機連接，打開另1根壓漿管頂部的球閥，將壓漿管內水置換為新鮮的水泥漿液；然后關閉另1根壓漿管頂部的球閥，啟動壓漿機對第1組壓漿管的所有注漿孔一次性進行壓漿。當樁側壓漿滿足終止條件時，停止注漿，封閉第1組壓漿管。按照同樣方法對第2組樁側壓漿管進行壓漿。

3 結語

通過采用化學漿護壁及樁側、樁端壓漿技術，帕德瑪大橋Mawa 側引橋96根鉆孔樁于2018年6月完成全部施工。經(jīng)對鉆孔樁進行靜載試驗或PDA試驗，發(fā)現(xiàn)采用化學漿成孔、樁底樁側壓漿技術，樁側承載力比膨潤土成孔提高52%，樁端阻力提高63%。實踐證明該技術可明顯改善樁端持力層和樁周土邊界條件，提高樁端阻力和樁側摩阻力，改善鉆孔樁荷載傳遞性能，大幅度提高鉆孔樁的承載力。該技術的成功應用，達到了減小鉆孔樁的設計樁徑，減少鉆孔樁數(shù)量，降低工程造價的目的。在具備條件(如地質條件差、有效樁長短但承載力要求高等)的工程中推廣化學漿護壁成孔、樁端壓漿和樁側壓漿施工技術具有重要的意義和廣闊的前景。