水泥粉磨站工程后壓漿樁基設計

王 志 尹群超 劉中林（安徽海螺建材設計研究院，安徽 蕪湖 241070）

1 概述

海螺水泥某公司水泥粉磨站工程采用的后壓漿灌注樁現已全面施工完成，經過樁基檢測，施工樁全部驗收合格。該技術為海螺集團工程項目首次采用，在設計驗證過程中，設計院結構設計人員經過細致分析和調研，認為后壓漿灌注樁技術[1]適應該地區的地質條件，最終結果也證明該技術在該項目取得了較好的技術驗證效果和良好的經濟效益。下面對該項技術做簡要的介紹。

2 注漿技術原理[2]介紹

2.1 注漿形式及注漿理論

注漿即注漿材料在外力作用下滲入到巖土的裂隙或孔隙中的過程，注漿的形式很多，如：填充注漿、裂隙注漿、滲透注漿、脈狀注漿、成層注漿、應急注漿、擠密注漿等。按注漿材料分可為懸浮液型材料（粒狀漿材）和溶液型材料（化學漿材）。按施工方法可分為高壓噴射注漿法、深層攪拌樁、靜壓注漿法等。

所謂高壓注漿，目前尚無確定的概念，它以注漿理論及工藝設備技術的發展而有不同的界定范圍，從國內外經驗看，目前，可視注漿壓力小于1.0MPa 為低壓注漿，1.0MPa～10MPa 為高壓注漿，大于10MPa 為超高壓注漿。從當今注漿技術的發展趨勢來看，采用高壓注漿技術確保注漿效果已較為流行，采用高壓的優點在于：（1）在注漿過程中，高壓力可使巖土體的裂隙張開，注漿體（水泥漿）顆粒注入沉淀，壓力釋放后，巖土體回彈，擠壓漿體，從而使漿體和巖土體能緊密膠結；（2）高壓作用下，漿液擴散半徑增大，可減少注漿孔數，從而可減少工程量；（3）高壓可使注漿材料內部形成一種晶格結構，使固結體更加致密，使其強度大幅度提高。

關于注漿作用的機理有：滲透注漿、劈裂注漿和壓密注漿。三種注漿機理在實際施工中有可能單獨發生，也有可能兩種或兩種以上同時發生，純粹的滲透注漿一般不會發生，實際工程中除了滲透外往往會伴隨劈裂、壓密等作用。

2.2 灌注樁后注漿技術

1）加固機理

灌注樁后注漿的加固機理是將配制好的水泥漿或其它可固化的漿液高壓注入事先安設于樁身內的注漿管，經樁底或樁側注漿閥注入周圍介質，從而改善周圍介質的物理力學性質。

（1）樁端注漿加固機理

直接對樁底注漿，漿液經注漿閥出來將首先滲透到最疏松的樁端沉渣間隙中，膠結并壓密沉渣，從而消除孔底沉渣的不良影響。

（2）樁側注漿加固機理

樁側注漿是通過在鉆孔灌注樁樁身預先埋設的注漿管將漿液壓入樁側土體，漿液在注漿泵的高壓作用下，充填樁側與樁周土的間隙，在樁周形成復合樁身，模糊了原樁身和樁周土界限，增大樁徑，提高側摩阻力。

2）出現與發展

在上個世紀60年代初國外就已開發出解決泥漿護壁灌注樁中沉渣、泥皮問題的后注漿技術。國外的樁底后注漿裝置大體分為預埋于樁底的裝有碎石的預載箱、注漿腔、U 形管閥，樁側注漿裝置設置于鋼筋籠上的鋼管。總的特點是注漿裝置和工藝復雜，附加費用高，樁側注漿需在成樁后2d 齡期內通過高壓沖破混凝土保護層實施。80年代初，北京市某科研機構在灌注樁樁底設置隔離板，采用PVC 管作為注漿管，應用于北京崇文小區7#住宅樓工程。進入90年代后，樁的后注漿技術尤其是樁端壓力注漿技術在國內得到蓬勃發展，具體表現在：

（1）樁端和樁側壓力注漿裝置型式眾多；

（2）注漿工藝水平得到較大提高和完善，使后注漿樁的承載力增幅較初期有很大提高；

（3）特別是2008年10 月1 日實施的《建筑樁基技術規范JGJ 94-2008》首次系統的規定了后注漿技術的計算公式及施工工藝，標志著后注漿技術的成熟。

《建筑樁基技術規范》6.7.1 指出：灌注樁后注漿(Cast-in-place pile post grouting-簡寫PPG)是灌注樁的輔助工法。該技術旨在通過樁底樁側后注漿固化沉渣(虛土)和泥皮，并加固樁底和樁周一定范圍的土體，以大幅提高樁的承載力，增強樁的質量穩定性，減小樁基沉降。對于干作業的鉆、挖孔灌注樁，經實踐表明均取得良好成效。故本規定適用于除沉管灌注樁外的各類鉆、挖、沖孔灌注樁。該技術目前已應用于全國20 多個省市的數以千計的樁基工程中。

3)注漿壓力控制

注漿漿液宜采用水泥漿，水灰比宜為0.45～0.60的水泥。通常先用稀漿，隨后漸濃，最后注濃漿。注漿壓力與水灰比、地層、地下水流等因素有關，施工前應進行注漿壓力與水灰比關系試驗，也可采用下列經驗曲線。

作業宜于成樁2d 后開始，不宜遲于成樁30d后，采用高壓注漿，成樁后至注漿施工前應進行壓水試驗，通過壓水試驗來確定樁底的可灌性，同時疏通注漿管道。當水不斷注入說明開塞成功。注漿宜實行間歇注漿，間歇的時間依壓水試驗確定，一般為0.5-2.0h,不宜大于3h。注漿時應注意注漿順序，防止因注漿液的滲漏使其周圍其它樁基施工困難。

2.3 技術分類

1)按注漿工藝可分為：閉式注漿和開式注漿兩大類。

2)按注漿模式分類：樁端注漿和復式注漿。

3)按注漿管埋設方法分類：樁身預埋管注漿法和鉆孔埋管注漿法。

2.4 施工工藝

樁基后注漿工藝設計除了包括一般灌注樁施工工序設計外還包括注漿設備設計、管路系統和注漿參數設計等。樁基注漿裝置主要包括地上注漿設備和地下注漿系統，地上注漿設備主要包括高壓注漿泵、閥門、攪漿系統、觀測儀表等。

3 后壓漿技術的應用分析

現根據試樁報告結果對廠區熟料庫、水泥庫的樁基方案分別從技術性及經濟性進行比較。

3.1 技術性比較

1）熟料庫試樁結果：54 米樁長普通灌注樁單樁極限承載力5400KN，54 米普通灌注樁折算成49 米長的承載力為(5400/54)×49=4900KN，49 米樁長后壓漿灌注樁單樁極限承載力7620KN，則采用后壓漿后的承載力提高了（7620-4900）/4900=55.5%。

2）水泥庫試樁結果：54 米樁長普通灌注樁單樁極限承載力5670KN，54 米普通灌注樁折算成49 米長的承載力為(5670/54)×49=5145KN，49 米樁長后壓漿灌注樁單樁極限承載力8080KN，則采用后壓漿后的承載力提高了（8080-5145）/4900=57%。

根據以上數據分析，采用后壓漿技術，按等樁長折算，其承載力提高了約55%。

3.2 經濟比較

根據合同報價，普通灌注樁造價860 元/m3，后壓漿灌注樁造價973 元/m3。

1）一期2個熟料庫

按普通灌注樁設計968 根×3.14×0.4 米×0.4 米×54 米×860 元/m3=22584849 元

按后壓漿灌注樁設計720 根×3.14×0.4 米×0.4 米×49 米×973 元/m3=17246105 元

采用后壓漿技術降低費用約530萬，節約造價約23.6%。（一、二期共可節約1060萬元）

2）一期8個水泥庫

按普通灌注樁設計1128 根×3.14×0.4 米×0.4 米×54 米×860 元/m3=26317882 元

按后壓漿灌注樁設計792 根×3.14×0.4 米×0.4 米×49 米×973 元/m3=18970716 元

采用后壓漿技術降低費用約735萬，節約造價約28%。（一、二期兩庫共可節約915萬元）

通過以上數據分析，一期兩個熟料庫、八個水泥庫可節約造價約1265萬元，二期兩個熟料庫、兩個水泥庫可節約造價約710萬元，一二期工程共可節約1975萬元。同時減少了泥漿排放，有利于現場文明施工。

4 結語

后壓漿灌注樁技術在海螺水泥工程項目上的成功應用，為今后類似地質條件的項目設計積累了經驗。工程設計人員留心學習和應用工程設計的新技術、新工藝，不僅為建設方節省投資創造效益，而且也提高了設計人員的專業素養。

[1]中華人民共和國行業標準JGJ 94-2008《建筑樁基基礎規范》

[2]陜西博奧工程建設有限公司《注漿技術研究與工程應用》