鉆孔灌注樁后注漿技術在高層建筑中的應用

【摘 要】天津的某高層建筑項目，主體建筑物屬于超高層建筑，基礎底面荷載大，且面積小，因此合理選擇適用的樁型和試驗方法成為了本工程結構設計的首要任務和關鍵。本文針對本項目的基樁類型的選擇、試驗樁的設計、試驗直至工程樁的設計施工進行了全過程的描述，并提出了這個過程中發現的問題和處理方法。

【關鍵詞】基樁；后注漿；堆載法

1. 工程概況

本工程項目由主樓和裙房組成，主樓部分地上四十一層，地下三層，建筑高度：182 .0m（室外地面至屋頂板頂）結構形式為框架剪力墻結構，裙房部分地上三層，地下三層，平均高度為15m，結構形式為框架結構。基礎形式為主樓下部采用樁筏基礎，筏板厚度約2.5m，裙房部分采用樁基承臺+抗水板結構。本工程的主樓屬于超高層結構，高寬比大于6，且結構形式為剪力墻集中位于兩端的兩個筒體的框架剪力墻結構，主樓基礎底面的荷載相當大。

2. 地質情況

該建筑物的建設場地，根據地質勘察的結果，該場地埋深120.00m深度范圍內，地基土按成因年代可分為12層，地基土主要由承載力80~250KPa的粘土組成。經計算主體上部結構重量為159657噸，基底凈反力在700KPa以上，故必須采用樁基礎。經初步布樁估算，單樁豎向抗壓承載力的特征值要求至少在750噸左右。

3. 樁型選擇與樁的設計

3.1 樁型選擇：根據上述土層參數，后注漿鉆孔灌注樁技術對承載力的提高相對于普通鉆孔灌注樁可達100%，而在以軟土和粘土為主的天津地區對承載力的提高幅度一般在30%以上，具體數值需通過現場試驗來確定，因此初步選定此樁型為目標樁型。

3.2 試驗樁設計：根據地質勘察報告提供的剖面和各層土的側阻和端阻參數初步確定設計樁長為58米，樁徑1米，入土深度為75米，樁端持力層為11a層，樁身材料采用C40等級混凝土，HRB400等級縱筋，按土層參數估算得到未注漿時單樁豎向極限承載力標準值為11468KN， 后注漿提高系數如暫按1.35考慮則采用后注漿技術后單樁豎向極限承載力標準值可以達到15480KN；按樁身強度考慮樁身配筋后該截面最大設計承載力為12220KN， 遠遠小于15480KN，但考慮試驗荷載的短暫性應考慮采用材料標準值對應的樁身抗壓承載力標準值，故混凝土強度取26.8N/mm2(樁身采用C40混凝土)，鋼筋強度取400 N/mm2（樁身采用HRB400級別鋼筋），該截面承載力標準值可達到16640KN，即可滿足承載力要求。關于后注漿經與基樁施工單位討論確定的方案為采用樁端注漿及樁側注漿，樁側注漿閥位于樁端以上22米左右（該高度為粉砂層所在的位置），單樁水泥量控制在4000Kg。樁端注漿量2500Kg，樁側注漿量1500Kg。壓漿流量宜控制在30～50L/min，固結材料采用PSA32.5礦渣硅酸鹽水泥，注漿用的水泥必須送檢復試合格后才可以使用。水灰比控制初定在0. 5～0.7左右，并通過現場試注漿確定最佳漿液水灰比。注漿操作以控制水泥用量為主，注漿壓力為輔，注漿控制標準如下：

（1）注漿量達到水泥設計用量，樁底注漿壓力滿足1.5～2MPa時即可終止注漿。并通過現場試注漿確定最佳注漿壓力。

（2）注漿總量已達到設計用灰量的75％，且注漿壓力超過5MPa時即可終止注漿。

4. 試驗用基樁施工

根據經驗此長度和直徑的鉆孔灌注樁的成孔一般可采用旋挖鉆機或正反螺旋鉆機成孔，旋挖鉆機成孔速度快（本樁型的成孔在12小時左右完成），成孔質量高。在鋼筋籠的制作方面，施工采用12米長鋼筋籠分段組焊的方法，即每次吊裝12米長的鋼筋籠，然后在孔口處分別焊接，最后組成75米長度的整體鋼筋籠。 在后注漿設施方面，注漿管采用樁端壓漿管2根 DN25壁厚3mm，樁側壓漿管2根DN25；壁厚3mm，樁側注漿閥采用PVC環形注漿閥，樁端采用天津勘察院推薦的樁端注漿閥，但根據實際的試樁結果，由于該注漿閥沒有止回功能的單向閥功能造成實際應用中一根試驗樁的承載能力下降。故在工程樁中一律使用了有止回功能的專利閥。在配合基樁檢測方面，施工單位根據檢測單位要求在縱筋上按土層的分布設置了鋼筋應力計（為保證檢測的順利，每個截面設置兩個應力計，見圖1）同時配合樁身質量檢測設置了聲波透射管DN50~60三根（在工程樁中為降低造價，采用了聲波透射管與樁端注漿管合并設置的方法）。

5. 基樁試驗樁試驗

5.1 靜載試驗：根據《建筑基樁檢測技術規范》JGJ106-2003第3.3.1條的規定，本工程高層區域的工程樁約239根，需在工程樁施工前先做3根試驗樁的破壞性靜載試驗，以確定實際的單樁豎向承載能力。本工程采用后注漿技術鉆孔灌注樁，考慮到實際工程樁樁頂標高為地面以下17米左右而大型基樁荷載只能在地面進行故將樁長向上加長17米到地面以上，試驗樁長實際達到75米，但由于上部17米提供的附加側摩阻對基樁豎向承載力的提高很難準確估計，為此我們咨詢相關的試樁單位和專家，目前常用的方法是采用鋼筋應力計實測各截面的鋼筋受力從而推算出各層土的實測摩阻以得到設計標高處的基樁實際承載能力。另一種方法是在設計標高以上采用鋼套筒內涂黃油以從根本上消除此部分的側摩阻從而得到設計標高處的準確承載能力，該方法僅在極少數工程中采用。經多次討論一致認為第二種方法成本過高，且施工難度大，最終確定按第一種最常規的方法。對于75米長樁的靜載試驗可采用堆載法和錨樁法進行，經招標報價，由于采用錨樁法需要另行施工4根相同尺寸的錨樁因此比堆載法的報價高出近100萬元人民幣，且試驗后錨樁和試驗樁均不再使用，所以堆載法有著明顯的優勢，勘察院擁有該方面的大型堆載試驗用設備，最大堆載業績為5000噸，本工程預估堆載2500噸（雖大于樁身強度標準值，但根據施工單位經驗可以到達），考慮安全因素，最終施工單位確定采用3000噸的總壓重，最大反力2500噸。

5.2 樁身完整性檢測：本工程綜合采用了低應變法和聲波透射法檢測，根據經驗采用低應變法檢測由于能量太小當樁長超過50米時低應變法檢測無法確保下部的成樁質量檢測效果，因此同時采用聲波透射法進行樁身完整性檢測。

5.3 基樁檢測成果：成孔質量檢測全部合格，樁身完整性檢測結果為所有試驗樁均為I類樁。在樁頂加載2500噸的情況下，超過樁身軸向抗壓承載力標準值1664噸達50%，但目測試驗樁樁頂基本未發生破壞。單樁豎向抗壓極限承載力標準值檢測結果分別為2250t， 2500t， 2500t。綜合上述結果，基樁檢測報告給出的設計標高處的單樁豎向極限抗壓承載力標準值為2235t。

6. 工程應用結論與工程樁的設計

由上述的試驗結果可知采用后注漿技術可使樁側與土體之間的側摩阻力和和樁端的土體承載力得到大幅的加強和提高，從而使基樁的豎向抗壓承載能力得到了大幅提高，扣除地質報告提供的土體側摩阻參數相對保守的因素，通過后壓漿技術可對此鉆孔灌注樁的承載力提高幅度達到40%以上。根據上述基樁基樁檢測報告，工程樁設計采用單樁豎向抗壓極限承載力標準值采用20000KN。根據《建筑基樁檢測技術規范》JGJ106-2003相關規定，本工程的工程樁依舊按照不少于總樁數的1%和不少于3根的原則進行工程樁靜載試驗，由于工程樁布置比較集中，基本滿足錨樁與工程樁的間距不小于3倍樁徑的要求，因此從經濟的角度出發，使用工程樁兼做錨樁，每個需進行靜載試驗的工程樁周圍選4個工程樁做錨樁，靜載試驗同樣要在天然地面標高進行。根據天津地方規范的要求，反力裝置提供的反力不得小于1.5倍的試驗荷載，每根錨樁提供的反力達到2200*1.5/4=825噸，而根據JGJ106-2003的靜載試驗要求，反力裝置提供的反力不得小于1.2倍的試驗荷載要求，每根錨樁提供的反力達到2200*1.2/4=660噸，由于采用工程樁兼做錨樁，因此在設計標高以下的樁身裂縫寬度不應超過0.3mm（按樁身長期處于水中考慮裂縫控制）的裂縫限值，同時設計標高以上的樁身承載力應滿足試驗要求，如按天津地方標準計算則必須采用預應力技術或上部采用錨樁+堆載的方式才能達到設計要求，按國標的規定則可通過加大樁身配筋剛好達到要求。前者不僅成本高而且施工和試驗難度大，為此我們咨詢了天津當地的基樁檢測單位，結果為天津地區基本所有工程均采用國標的相應規定，故最終決定按國家標準進行錨樁的設計，同時靜載試驗用工程樁也分別采用了提高混凝土強度和增加配筋的方法實現了設計截面處樁身強度標準值達到2000噸以上的水平。對于樁身完整性檢測的我們提出的要求為全部工程樁應進行低應變法檢測，10%的工程樁應同時進行聲波透射法檢測。目前工程樁已在施工中，最終合同此類型工程樁的綜合造價（含后壓漿費用）為900元/米。為了進度要求，施工單位采用更大功率的正反螺旋鉆機，鉆孔進度達到了30小時/孔，工程進展順利。

以上是實際工程項目主體部分基樁工程一個綜合性的工程總結，目的在于和各位同行共同探討和學習，其中會有一些不足和欠缺，歡迎大家予以指正。

參考文獻

［1］ 《建筑樁基技術規范》JGJ94-2008.

［2］ 《建筑基樁檢測技術規范》JGJ106-2003.

［3］ 《建筑基樁檢測技術規程》DB 29-38-2002.

［4］ 《鉆孔灌注樁成孔、地下連續墻成槽檢測技術規程》DB 29-112-2004.

［5］ 《巖土工程技術規范》DB 29-20-200.