高壓旋噴樁加固預應力管樁樁端濕陷性土持力層施工技術

徐建忠，諸葛藝，程海義

(1.浙江省山水建設有限公司，浙江 杭州310016;2.溫州中城建設集團有限公司，浙江 溫州325000)

0 引言

預應力管樁由于具有施工質量控制簡單，施工方便快捷、價格較鉆孔灌注樁低的優勢，在城鄉新開發區的多層廠房、住宅或商住樓工程中常被用作建筑基樁。其樁端持力層多選擇具有一定厚度又較為密實的粘土層、砂礫層或強風化巖層，通過靜壓將預應力管樁壓送到設計深度，其施工效果和經濟效益一般都能達到預期效果。但在新開發區的使用中，由于對預應力管樁樁端持力層的物理力學特性的掌握揭示可能不夠充分，加之又缺乏既有工程施工經驗的借鑒參考，如在樁端持力層遇濕陷性土層時，施工操作過程直接從壓力儀表讀到數據沒有異常，施工后的預應力管樁作豎向靜荷載測試又完全能滿足設計要求。但隨著成樁時間的增長，場址地下潛水會通過埋設于地層中的預應力管樁的上端口或管樁接頭處的焊接縫隙或壓樁過程樁管產生的裂隙滲入管樁中空的腔體內，并下滲運移至樁端持力層中，使原本較干燥密實承載力頗高的濕陷性土層被地下水浸透飽和而軟化，有時甚至部分被液化，這時先前承載力能滿足設計要求的樁由于樁端持力層軟化，其承載力明顯下降，甚至樁身自行下沉，這時若再測試樁的豎向靜荷載就不再滿足設計要求了。若不對此類持力層軟化的樁作技術處理必將給工程質量留下隱患。本文以安徽蕪湖某工程為例，總結采用高壓旋噴樁處理靜壓預應力管樁樁端濕陷性土層持力層的施工經驗，供同行們參考借鑒。

1 工程概況

安徽蕪湖市弋江區火龍崗安置房開發區位于蕪湖市火龍崗鎮蕪(湖)馬(鞍山)高速公路兩側，這是一個新的房地產開發區，占地面積56.52萬m2，總建筑面積108.54萬m2。擬建幾十幢1～12層公建設施、16～33層住宅樓和小區道路與地下車庫等建筑。框剪結構，均設1層地下室車庫。建筑物設計采用樁筏基礎，其中公建設施和多層住宅樓采用400 mm靜壓預應力管樁作為基樁，設計單樁豎向荷載特征值3300 kN;高層住宅樓采用500 mm靜壓預應力管樁作為基樁，設計單樁豎向荷載特征值為5300 kN。預應力管樁的有效樁長在11～25 m之間，其中多數樁的有效樁長為11～19 m。鋼筋混凝土筏板厚1.60 m。

2 工程地質及水文地質條件

工程構筑物場址原為高差不大的坡地或農耕地。場址地層自上而下分別是:①耕種土;②粉質粘土;③粉質粘土夾粉土;④粉質粘土;⑤1強風化粉砂巖;⑤強風化石灰巖;⑥1粉質粘土(為石灰巖溶洞填充物);⑥中風化石灰巖。除耕種土外，其余土層物理力學性質均較好，fak建議值多在220～250 kPa之間，強風化層達300 kPa，設計采用的預應力管樁正常情況下其承載力完全能滿足設計要求。

擬建場址地下水主要為埋藏于耕種土中的上層滯水，其水位及水量隨季節變化，受雨水和地表水補給。由于蕪湖地區雨量充沛，地表徑流量大，特別是近旁過境的長江水資源極其豐富，因此，場址地下水水位較高，表層地基土所含地下水常年基本呈飽和狀態。

3 樁端持力層濕陷性土的發現

由于本工程為新開發項目，對樁端持力層土體的常規工程地質勘察報告只做物理力學性能的相關實驗測試，因此樁端持力層濕陷性土的性質特性并未在基樁施工前被大家所認識。只是工程地質勘察報告建議本工程采用鉆孔灌注樁作為建筑基樁，而工程設計單位依據工程地質勘察報告提供的地質資料認為采用靜壓預應力管樁作基樁，其承載力可以滿足設計要求，這樣可以大大的加快工程施工進度，而且還能較大幅度的節省工程成本。為此，先安排試行靜壓預應力管樁的施工，其施工過程完全符合設計單位的預期，而后對成樁進行的豎向靜荷載測試也完全滿足設計要求。正是由于取得了這種滿意的結果，接著靜壓預應力管樁的施工就在多幢樓同時推開。但是過后不久就發現一些原先成樁樁頭出露高度大致與場地坪標高基本齊平的樁頭下沉了數厘米，這種整樁的自行下沉的現象清楚地說明原來實際單樁承載力達到設計要求的樁隨著時間的延長，其承載力反而明顯下降。透過對這種現象的分析和隨后進行補充地質勘察結果的驗證，確認樁端持力層土體為濕陷性土層。

4 濕陷性土體浸水沉陷破壞機理

濕陷性土層在未浸水軟化的地質狀態下，呈現比較密實壓縮性小的賦存狀態，具有較高的豎向荷載性能，通常情況下靜壓預應力管樁無法貫穿此類土層而被作為樁端持力層。濕陷性土層中含有較豐富的極易吸水軟(液)化的粘土礦物，預應力管樁靜壓成樁且以濕陷性土層作為樁端持力層時，地下潛水就會通過壓樁時造成的樁周側壁與地層間的微小間隙和管樁中空的管腔下滲運移直至持力層土體，這時持力層土體遇地下水滲浸其中的粘土礦物被軟(液)化，水分子契入土顆粒之間，較小的土顆粒向稍大空隙中移動，土的骨架遭擠密，原本密實的土體變成凝膠甚至液態狀，土的抗剪強度迅速降低，在土的自重壓力和上覆地層荷載的附加壓力作用下，發生沉陷變形，使既成的預應力管樁發生顯著的附加沉陷，其豎向靜荷載大為下降。

5 樁端濕陷性土體加固

5.1 加固機理

(1)采用高壓旋噴樁對預應力管樁樁端已軟化的持力層用水泥漿液高壓切割置換，重新凝結固化以保證被置換的樁端持力層重新具有足夠的承載能力，并確保基樁承載力滿足設計要求。

(2)高壓旋噴樁的施工機具直接通過預應力管樁中心的管腔深入到樁端持力層進行旋噴作業，操作簡便易行。同時還能通過旋噴施工參數設計控制管樁樁端旋噴樁樁徑大小和加固深度，甚至直接座在中風化基巖上，使加固質量更有切實可靠的保證。

(3)高壓旋噴樁在作為預應力管樁樁端軟化濕陷土持力層的加固處理后，旋噴機具上撥過程使預應力管樁中心空腔自下而上充盈水泥漿液，使之凝固后封堵地下水滲透運移通道，避免管樁樁端持力層濕陷性土吸水軟化現象的發生。

5.2 施工工藝流程

高壓旋噴樁施工工藝流程如圖1所示。

5.3 操作要點

5.3.1 準備工作

施工場地整理、施工機械進場安裝與調試、施工材料進場驗收與取樣送檢復試，設計施工參數驗證與調整，選擇淺層與樁端持力層性能類似的粘土層進行旋噴成樁效果試驗，成樁3天后進行實地開挖查驗，驗證實際成樁規格及其強度質量等實際效果，并據此驗證和調整旋噴樁施工設計技術參數。

5.3.2 挖除樁頂覆土

圖1 高壓旋噴樁施工工藝流程圖

擬建工程設計有地下室時，壓樁時需送樁至設計樁頂標高，成樁后樁頂以上的送樁樁坑通常作埋填封堵處理，施工旋噴樁前需將樁頂填土挖除。

5.3.3 樁機就位、鉆進

鉆機就位應水平穩固，鉆具的垂直度與垂心線應與預應力管樁中心線相重合。然后將鉆具緩慢下入預應力管樁中心空腔樁端土塞頂面并向下鉆進至樁端持力層加固設計深度。然后提升鉆具移機。

5.3.4 旋噴鉆機就位、下注漿管

根據經試驗驗證調整后確定的設計參數進行高壓旋噴樁施工:高壓水壓力28～32 MPa，水量70～80 L/min;壓縮空氣壓力0.7～0.8 MPa，氣量1.2～2.0 m3/min;漿壓0.5～0.6 MPa，漿量 75～100 L/min;提升速度6～8 cm/min，旋轉速度7～8 r/min;進漿密度≥1.6 g/cm3，回漿密度1.2～1.3 g/cm3;旋噴樁樁徑大于預應力管樁樁徑。

5.3.5 預應力管樁中心空腔充盈噴漿

預應力管樁樁端持力層高壓旋噴樁成樁后，注漿管邊提升邊連續噴射漿液，直至預應力管樁樁頂端口。

圖2為高壓旋噴樁成樁示意圖。

圖2 高壓旋噴樁成樁示意圖

5.3.6 補噴處理

基樁施工過程中，有一部分樁為避免樁端持力層土體軟化而在管樁下端口焊接圓形鋼板以封堵樁管地下水下滲通道。這種方法打的樁未能取得預期的效果，其原因在于光封堵管樁下端口并不能切斷地下水下滲運移通道，地下水仍能沿預應力管樁的外周側間隙或鋼板焊接欠佳的縫隙處下滲進入到濕陷性土體。對此類樁的處理是在管樁樁心外0.60 m處施打旋噴鉆孔至管樁下端的加固標高，然后下旋噴鉆具至管樁下端口并以管樁樁心連線為軸線，分別向兩側連續擺噴45°扇形樁，擺噴扇的半徑≮1.05 m。處理后旋噴樁、擺噴樁與管樁平剖面位置關系如圖3。

5.3.7 沖洗移位

圖3 旋噴樁與管樁平面布置縱視示意圖

旋噴樁機移開并待預應力管樁中心噴射漿液初凝后挖去60～70 cm，采用C30混凝土回填搗密實封堵。

5.3.8 置換土處理

高壓旋噴樁施工時從預應力管樁上端口溢出的冒漿引流至回漿儲漿池沉淀凝固，使渣液分離，沉渣沉淀凝固后挖出晾干外運。

5.4 確保加固質量措施

5.4.1 質量控制標準

高壓旋噴樁施工質量按《建筑地基基礎工程施工質量驗收規范》(GB 50202－2002)和《建筑地基基礎設計規程》(GB 50007－2002)執行。其質量檢驗標準見表1。

表1 高壓旋噴樁質量檢驗標準

5.4.2 質量保證措施

(1)施工前應檢查水泥、外摻劑的質量，施工機械、壓力表、流量表的性能應良好，其精度和靈敏度能滿足要求。

(2)鉆機對準預應力管樁中心后用水平尺核準機身、墊平穩固，鉆機機上鉆桿斜率控制在1.5%以內，鉆具(噴管)緩慢下放至管樁底端空腔上塞頂面。然后向樁腔內送水泥漿液護壁并開動鉆機成孔至設計孔深。

(3)制漿水泥采用標準強度為32.5R的普通硅酸鹽水泥，制漿用水應符合混凝土用水標準，采用高速攪拌機攪拌制漿，外加劑為三乙醇胺，摻入比0.03%。漿液水灰比1.0～1.2，相應漿液密度為1.60～1.65 kg/L，漿液攪拌時間≮30 s，水泥漿應嚴格過濾去渣后裝入儲漿桶備用，漿液存放的有效時間≯3 h。儲漿桶內的儲漿應始終有攪拌機在不停的攪拌，以保證漿液的工作性能。

(4)噴射灌注。噴管下入孔底后，逐次低壓送水、送漿、送氣，而后提高至設計值，在孔底靜噴1～3 min(不提升)，待孔口返漿密度≮1.2 kg/L，再按設計要求進行由下而上的旋噴注漿作業，至提升到預應力管樁上口停止噴射。

(5)施工中應檢查施工參數(壓力、水泥漿量、提升速度、旋轉速度等)及施工程序是否符合設計要求和工序質量標準。

(6)靜壓回填灌漿。噴射作業完成后，孔內漿液面會有所下降，應隨即引流相鄰高壓旋噴作業的管樁孔口回漿以回填灌漿，直至孔內漿面不再下降為止。

6 結語

對本工程基樁樁端持力層濕陷性土的加固曾試用過多種方法。先是采用高壓壓密注漿法，由于高壓漿液流向的不確定性、不均勻性未取得預期的加固效果;繼而采用千斤頂反力架復壓來恢復樁的承載力的方法，由于沒有杜絕地下水源下滲浸濕持力層土體而軟化的途徑未獲成功;也曾試圖采用施工樁端擴大頭的方法，由于機械擴孔器須借助動力頭及鉆具重力的機械加壓才能打開，從加壓到擴孔機具打開有一個相當距離的行程，因此無法緊貼預應力管樁樁端土體擴孔而作罷;還曾采用最下一根預應力管樁樁端焊接封堵鋼板的方法，由于鋼板焊接欠佳殘存的縫隙或預應力管樁樁周間隙的存在，地下潛水仍能通過這些渠道下滲運移至樁端濕陷性土持力層中，因而也未取得預期的成效。

采用高壓旋噴樁對預應力管樁樁端濕陷性軟化土的置換加固處理以改善和提高樁端持力層的性能，并使基樁豎向靜荷載恢復提高以滿足設計要求。實踐證明，這是一種安全、經濟和質量可靠的處理方法。

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