后注漿剛性樁復合地基的工程實踐

連鎮營， 彭芝平， 魯克宇， 陳耀光

（中國建筑科學研究院地基基礎研究所,北京 100013）

0 引言

大連地區某高層建筑 6號樓主樓部分地上 31層，地下2層，框剪結構。原設計采用獨立柱與樁基礎，構造底板，局部采用筏型基礎，基礎樁為人工挖孔擴底灌注樁。裙房部分為地上2層，地下2層，框架結構，基礎采用獨立柱與樁基礎，構造底板。基礎樁施工過程中由于土層軟弱以及地下水影響，人工挖孔樁不能擴底并出現塌孔情況，在設計樁位均已開孔情況下，工程處于停工狀態。后采用大直徑后注漿剛性樁復合地基替代原設計方案，利用后注漿技術提高人工挖孔樁的單樁承載力。本文介紹這一工程實踐并討論其應用結果。

1 工程地質條件

根據巖土工程勘察報告，場地地貌單元為丘前坡地，原為建筑場地。經人工整平，場地地層在勘察深度內自上而下依次為：

①層雜填土：雜色，稍濕，松散，由粘性土、塊石和建筑垃圾構成，回填時間不足10年。該層在場地內都有分布，最大層厚7.80 m，層底標高9.46～17.43 m。

②層含圓礫粘土：紅褐色，稍濕，可塑，含20%左右石英巖礫石，礫石直徑1～10 cm。該層最大揭露厚度22.9 m，底板高程-7.49～15.83 m。圓錐動力觸探試驗擊數標準值是5.4擊；地基承載力特征值是200 kPa；壓縮模量是15 MPa；極限側阻標準值是30 kPa。

③層強風化泥灰巖：暗黃色，散體結構，巖芯為土狀，給水易鉆進，屬極軟巖。該層場地均有分布，層頂標高-7.49～17.87 m。圓錐動力觸探試驗擊數標準值是9.3擊；地基承載力特征值是360 kPa；壓縮模量是27 MPa；極限側阻標準值是100 kPa；極限端阻標準值是4 500 kPa。

場地施工的鉆孔均揭露到基巖，未發現有活動斷裂，天然狀態下也不存在滑坡、泥石流、采空區、液化土層等不良地質現象。

勘察期間，場地范圍內所有鉆孔都見地下水。地下水埋深9～12 m，水位標高7.90～8.65 m，屬基巖裂隙水，略有承壓性。

2 地基處理方案的確定

2.1 原設計方案

6號樓主樓部分基礎原設計采用樁基礎，基礎樁設計原則是將樁布置在結構主要受力構件如柱、剪力墻下，設計樁數為32根，如圖1所示。基礎樁選擇單樁承載力很高的人工挖孔擴底灌注樁，甚至采用了樁截面很大的異型樁，單樁承載力設計值高達22 292 kN。

人工挖孔樁在施工過程中由于土層軟弱以及地下水影響，挖孔樁不能擴底，個別挖孔樁甚至出現塌孔情況。在設計樁位均已開孔的情況下，該高層建筑主樓部分原樁基礎設計方案無法繼續進行，需要調整基礎樁設計方案。

2.2 修訂方案

考慮工程實際狀況，針對6號樓主樓部分有以下三種方案可供選擇：

（1）樁基礎方案。采用沖擊成孔灌注樁，在原樁位保持不變的情況下，由于樁端無法擴底，為了保證原單樁承載力，只能增加基礎樁設計長度。但是原設計部分樁樁截面為異型樁，采用沖擊成孔方法施工異型樁有很大難度。另外，原設計樁位均已開孔，需要考慮沖擊成孔機械設備安全以及方便施工等存在諸多不利情況。

（2）小直徑剛性樁復合地基方案 如常規的樁徑為400 mm的CFG樁復合地基對CFG樁施工采用長螺旋鉆成孔。對于目前已挖開的樁孔做廢棄處理，需采用砂石回填，但是其密實度很難保證，而且第③層強風化泥灰巖，螺旋鉆進尺困難，設計的鉆進深度恐難實現，設計要求的CFG樁復合地基承載力無法達到。

（3）大直徑剛性樁復合地基[1]。剛性樁仍利用現有的人工挖孔樁，采用后注漿工法提高單樁承載力[2]，通過在樁頂設置較厚的褥墊層，保證樁土共同受力構成復合地基。

圖1 基礎樁平面布置圖Fig.1 Arrangement of foundation piles.

經過對上述方案的比較選擇，確定6號樓主樓部分地基處理采用第三種方案，即大直徑后注漿剛性樁復合地基方案。

3 后注漿剛性樁復合地基設計

該高層建筑6號樓主樓部分設計要求的地基承載力特征值為480 kPa，基底土為②層含圓礫粘土，承載力特征值僅為200 kPa，采用天然地基方案不能滿足設計要求，因此地基處理采用大直徑后注漿剛性樁復合地基方案（以下簡稱為剛性樁復合地基）。

剛性樁復合地基設計參數：基礎形式為筏板基礎，地下室底板底標高為-11.8 m，底板厚度為 1.9 m，剛性樁設計利用原人工挖孔灌注樁，并進行后注漿處理提高單樁承載力，通過設計計算，需增加樁數21根，樁徑均為1 600 mm，這樣主樓部分設計樁總數為53根，見基礎樁平面布置圖1（新增加的樁編號以字母A開頭）。

為了保證樁土共同受力，設計褥墊層厚度為500 mm，對于異型樁，樁頭采用圖2的處理方法。由于單樁承載力較高，樁身設置鋼筋，如圖3所示，以防止樁身混凝土壓壞。

由于每根剛性樁設計參數，如樁徑、樁長、樁入巖深度各不相同，因此設計的單樁承載力并不相同。經后注漿處理后，第②層含圓礫粘土，樁側極限阻力標準值取值為60 kPa；第③層強風化泥灰巖，樁側極限阻力標準值取值為200 kPa，樁端極限阻力標準值取值為6 000 kPa。各基礎樁實際施工樁長和計算的單樁豎向承載力特征值見表1。

圖2 異型樁樁頭處理圖Fig.2 Treatment of pile head for special shaped pile.

圖3 樁身配筋示意圖Fig.3 Reinforcement drawing of pile.

表1 單樁施工樁長和承載力特征值

剛性樁復合地基承載力特征值fspk根據下式計算：

式中A是基底面積；n是設計樁數；Ra是單樁豎向承載力特征值；β是樁間土承載力折減系數；Ap是樁的截面積；fsk是處理后樁間土承載力特征值。

根據基礎平面布置圖，基底面積A為1 284 m2；樁的總截面積Ap為 195 m2；各基礎樁設計的單樁豎向承載力特征值見表 1；樁間土承載力折減系數β取 0.85；處理后樁間土承載力特征值 fsk為 200 kPa。將以上參數代入上式中，計算得到 fspk為495 kPa。滿足上部結構設計要求的復合地基承載力特征值不小于480 kPa。

4 工程實施

工程前期人工挖孔擴底困難，工程處于停工狀態。確定的地基處理方案重新開始后，由于工程停止時間較長，再加上雨季原因，人工挖孔樁繼續下挖時發現護壁開裂、樁底土上涌且存在塌孔現象，給工程的進行造成很大的困難。根據現場情況發現，樁護壁后土體不密實且存在脫空的問題，由于地下水影響導致孔底虛土無法完全清除，人工挖孔樁單樁承載力發揮能力較低，采用后注漿工法處理能提高單樁的豎向承載力，并降低工程造價。

本工程后注漿樁的加固效應包含兩方面，一是加固樁底虛土和密實樁側土體; 二是對樁底和樁側一定范圍的土體通過滲入、劈裂和壓密注漿起到加固作用，從而增強樁側阻力和樁端阻力，提高單樁承載力。對于樁底注漿， 除加固樁底沉渣和土體外，一部分漿液可以沿樁身側面上擴, 不僅使樁端阻力提高而且使樁側阻力提高。

后注漿處理過程如下：人工挖孔完成后，沉放鋼筋籠，再灌注混凝土，待混凝土達到一定強度后，利用事先附著于鋼筋籠上的注漿管和注漿閥，通過壓力注漿實施樁端和樁側注漿。后注漿樁在人工挖孔樁的施工工序上沒有增加額外的施工工序，不影響樁的正常施工。由于每根樁設置多個注漿閥，采取間歇注漿的方式，每天只對每根樁的一個注漿閥進行注漿，以保證水泥漿充滿于樁的周圍土體中。在后注漿的過程中，出現水泥漿通過樁護壁側冒出地面，此時停止注漿間歇兩小時左右，重新對該注漿閥進行注漿。

5 工程檢測結果

根據建筑地基基礎設計規范（GB50007—2002）第7.2.8條[3]，剛性樁復合地基承載力檢測可采用單樁靜載荷試驗和地基土承載力特征值結合的方法確定。由于本工程樁徑種類較多，單樁豎向承載力也各不相同，對于大直徑樁在現場難以采用常規手段對其承載力進行檢測，只能對較小直徑樁進行單樁豎向靜載荷試驗，驗證樁側、樁端阻力設計取值的合理性。在人工挖孔的過程中，發現第③層強風化泥灰巖內存在孤石，由于樁底土存在塌孔問題，且有地下水影響，孤石難以破除，致使部分樁樁端落在孤石上，因此在進行單樁承載力檢測時，需要考慮選擇此類樣本進行檢測。

考慮工程實際情況，選擇3根有代表性的小直徑樁進行單樁豎向承載力檢測，以驗證設計的單樁承載力合理性。其中6-7號樁為主樓部分的基礎樁，6-3和6-46號樁為裙房部分的基礎樁，3根試驗樁設計參數及樁端土層描述見表 2。根據基樁檢測單位提供的檢測報告，6-7號樁單樁豎向承載力極限值為8 500 kN，6-3號樁單樁豎向承載力極限值為8 075 kN，6-46號樁單樁豎向承載力極限值為6 600 kN，3根試驗樁靜載荷試驗曲線如圖4所示。

圖4 單樁靜載試驗Q-s曲線Fig.4 Q-s curves of static bearing capacity of piles.

根據上述的單樁靜載荷試驗檢測結果，分析表明樁側、樁端阻力設計取值合理，實測的單樁承載力不小于計算值。通過計算分析，地基處理后的承載力滿足上部結構荷載要求。

目前6號樓主樓部分主體封頂已滿三年，根據總包單位提供的沉降觀測資料，該高層建筑主樓部分沉降均勻，主樓和裙房變形協調，主樓總沉降量小于40 mm，沒有發現主樓部分底板開裂，建筑物使用正常，表明本工程采用的大直徑后注漿剛性樁 地基處理方案是成功的。

表3 試驗樁設計參數和試驗加載值

6 結論

（1）由于土層軟弱以及地下水影響，原人工挖孔擴底樁出現塌孔且無法實施；在原設計樁孔均已開挖的情況下，基礎樁有七種樁斷面積，個別樁端或全部為孤石或部分為孤石，地基存在不均勻的特點，對這種復雜地基采用大直徑后注漿剛性樁復合地基方案進行處理，從工程使用情況看，該地基處理方案是成功的。

（2）大直徑后注漿剛性樁復合地基設計方案，通過設計合理厚度的筏板和褥墊層以及對異型樁樁頭進行處理，使樁土共同受力從而構成整體復合地基。

（3）采用后注漿技術加固樁側和樁端土體，提高單樁承載力，無需增加樁的設計長度，保證樁的順利施工，符合工程實際情況，降低工程造價。

[1]陳耀光,連鎮營,彭芝平,等.大直徑樁復合地基的工程實踐[J].建筑科學,2006,5(22):66-67.

[2]中華人民共和國住房和城鄉建設部.JGJ 94-2008建筑樁基設計規范[S].北京：中國建筑工業出版社，2008.

[3]中華人民共和國建設部.GB50007-2002建筑地基基礎設計規范[S]. 北京：中國建筑工業出版社，2002.