后壓漿技術在鉆孔擴底灌注樁中的應用

倪晉貴 （安徽巖土工程有限責任公司，安徽 合肥 230011）

0 前 言

鉆孔擴底灌注樁樁端后壓漿技術是在鉆孔擴底灌注樁成樁后，通過預埋的注漿管對擴大頭樁底壓入高壓水泥漿液，經過漿液的填充、壓密、固結等作用，使樁底和樁底以上樁周一定高度范圍內的巖土強度得到改善，樁底沉渣及樁周泥皮隱患得到消除，從而有效提高樁端及樁側局部阻力，達到大幅度提高單樁承載力的目的[1]，該技術作為住建部推廣的十大新技術之一在我國很多地區得到了廣泛應用。安徽省合肥地區因地質條件復雜或人工挖孔樁超深限用等原因，有相當一部分樁基工程需要采用泥漿護壁鉆孔擴底灌注樁（主要為端承樁或端承摩擦樁）工藝施工。通常情況下，工程地質勘察報告提供的鉆孔灌注樁持力層樁端承載力特征值fak為人工挖孔樁的0.6～0.8倍。為提高鉆孔灌注樁單樁承載力，除樁底采用機械擴底措施外，尚需采用擴大頭樁底后壓漿措施來達到近似人工挖孔樁承載力效果。

1 工程概況

合肥星隆廣場位于合肥市望江東路與二環路交叉口西南角，由3棟34層住宅樓、4～7層商業廣場組成，3層地下人防車庫。地下車庫樁基設計共478根灌注樁，有效樁長21m，單樁承載力特征值設計為4000～6000kN，樁端持力層位于⑦層中風化泥巖，基礎工程樁基樁徑有800mm、900mm、1000mm、1200mm，擴底直徑900～2400mm。原樁基設計為人工挖孔成孔法，因施工中地質條件復雜易產生流沙現象，施工安全難以得到保障，后經反復論證，決定采用泥漿護壁旋挖樁機械擴底成孔施工技術并配以樁端后壓漿技術，規避了采用人工挖孔成孔施工措施費用高、安全隱患多且難以實施的重大安全風險。已施工的478根灌注樁經檢測均滿足設計和規范要求，達到了預期效果。

2 施工場地范圍內工程地質情況

場地地層自上而下分為：①層素填土層（層厚0.3～4.2m）；②層粘土層（層厚0.8～3.9m）；③層粘土層（層厚16.5～21.4m）；④層粉質粘土層（層厚0.9～6.0m）；⑤層粉土夾粉砂層（層厚1.7～7.9m）；⑥層強風化泥巖（層厚1.0～4.1m）；⑦層中風化泥巖（最大揭露層厚16.4m）。

3 后壓漿技術適宜性分析

本工程基坑深度約15m,旋挖鉆孔擴底后壓漿灌注樁在基坑內施工，成孔深度范圍內鉆遇地層主要為③～⑦層，樁端入中風化泥巖深度不小于1.0m。鉆孔灌注樁施工難點是較厚的粉土夾粉砂層和強風化泥巖層，施工中易出現塌孔、清渣難現象，為減輕成孔過程中對⑤～⑥層的浸泡和沖刷作用，需要采取優質泥漿護壁措施，同時擴底成孔移機后，盡可能縮短下鋼筋籠、安裝注漿管、下導管和二次清孔作業時間，盡快灌注水下混凝土。雖然成孔施工過程中，采取了以上一些措施，但也很難達到理想的處理效果。按設計要求，端承樁孔底沉渣厚度小于50mm即為合格，因此采用泥漿護壁措施成孔可以控制沉渣厚度滿足設計和規范要求，但難以做到孔底無沉渣。孔底沉渣和孔壁泥皮一直是影響單樁承載力的兩個重要因素，而后壓漿技術的應用則很好地解決了本工程以上一些難題[2]，同時樁底以上樁周一定范圍內較厚的粉土夾粉砂層、強風化泥巖層得到加固。

4 試樁理論估算與試驗結果對比

①鉆孔擴底灌注樁樁底后壓漿施工工藝由施工單位依據《建筑樁基技術規范》（JGJ94-2008）、工程地質條件、類似工程施工經驗來決定。為取得工程實際資料和工程樁的設計參數及所采用施工工藝的合理性，現場先期施工了3根試樁、12根錨樁。

②根據本工程地質勘察報告提供的地層、人挖樁和泥漿護壁鉆孔樁樁側阻力特征值qsia及樁端阻力特征值qpa，按下式（1）估算擴底灌注樁豎向承載力特征值Ra[3]，理論估算值與試驗值結果見表1。

3根試樁壓漿前后單樁極限承載力理論估算值與試驗值比較 表1

③試樁養護28d后，對3根試樁進行小應變檢測和單樁豎向靜載荷試驗。試驗結果表明：樁底壓漿樁與未壓漿樁相比單樁極限承載力可提高20%左右。本次試驗后壓漿樁極限承載力是在非破壞性試壓條件下所得出的,而且設計單位要求滿足設計承載力要求即終止加載，3組試樁仍可兼做工程樁用。

5 后壓漿施工工藝

鉆孔擴底灌注樁樁底后壓漿施工工藝是伴隨鉆孔擴底灌注樁施工而進行的，其完整施工工藝流程如下：旋挖樁一徑到底常規施工工藝（施工準備→測量定位→護筒設置→鉆機就位→泥漿護壁鉆進成孔→出土、清渣→測量孔深）→擴孔施工→擴孔出土、清渣→擴孔檢驗→壓漿管、管閥與孔內鋼筋籠同步安裝→樁身水下混凝土灌注→壓漿設備安裝→壓水泥漿→壓漿穩壓→設備拆除、清洗。

5.1 樁身內壓漿管路系統的預埋設置與安裝

圖1 旋挖擴底灌注樁及后壓漿樁身大樣

本工程樁底后壓漿預埋（壓漿管路系統的預埋見圖1）2根Φ48普通鐵水管，長度與通長配筋的鋼筋籠同長，并伸出鋼筋籠底50cm左右，兩管對稱用鐵絲綁扎在鋼筋籠主筋內側，靠近鋼筋籠底部用φ8鋼筋環套焊固定在主筋上。壓漿管采用接箍絲扣連接并纏生膠帶密封，壓漿閥采用徑向對稱4個溢漿孔（孔徑6～8mm）的單向閥系統，管底用堵頭封死，溢漿孔（位于軸向上下環凸臺之間）外側用自行車內胎環繞密封并用鐵絲扎牢。

5.2 壓漿設備

后壓漿主要設備：SYB50/50-Ⅱ注漿泵、SM-300攪拌機、注漿管、球閥等。

5.3 壓漿技術參數

①注漿壓力：樁底壓漿時，其有效工作壓力控制在1MPa～2MPa，終結壓漿時其瞬間最大壓力不超過3.2MPa。

②壓漿材料及配比：壓漿材料采用強度等級為PO32.5的普通硅酸鹽水泥，水灰比為0.45～0.65，初次打開壓漿閥時采用稀漿，正常壓漿時采用濃漿。

③壓漿量估算：壓漿量的計算目前尚無比較切合工程實際情況的計算公式，本工程采用《大直徑擴底灌注樁技術規程》（JGJ/T225-2010）推薦的注漿量[4]估算公式Gc=αpD+αsnd。

結合本工程具體情況，按上述公式估算出的設計壓漿量為1.9～3.6m3，實際單樁兩壓漿管合計壓漿量多在1.3～2.8m3，小于估算值，分析其原因主要是使用了一種自行研制的旋挖斗式集渣擴底鉆頭，孔底清渣較為干凈，吃漿量占比較大的是樁側⑤～⑥層土。

④壓漿流量控制范圍：15～30L/min。

⑤壓漿終止標準：采用注漿壓力和壓漿量雙控制。當壓入的水泥漿量已達到設計要求或壓入的水泥漿量已達到設計值的65%以上，且注漿瞬間壓力已達到3.2MPa時方可終止壓漿。

6 樁底后壓漿施工應注意的幾個問題

6.1 單向壓漿閥應具有的結構特征

單向壓漿閥底部應做成錐形，以利其插入沉渣底部甚至插入持力層，防止壓漿孔被灌入的混凝土包裹而堵孔；壓漿溢流孔部位的環狀管壁外徑應比錐形頭最大外徑小6～8mm，保證該部位單向密封的自行車內胎不被刮破和外翻，確保其單向密封的可靠性。

6.2 壓漿管路安裝

壓漿管路采用接箍螺紋連接，不宜采用焊接法連接。因為后者在連接過程中雖然易于操作，但極易出現焊接砂眼，造成管內漏漿而堵塞。壓漿連接時應隨鋼筋籠安裝逐節注滿清水，既可檢查已連接的接頭是否漏水，又可減少注漿管內外壓差，防止混凝土灌注過程中水泥漿液在接頭處因可能密封不嚴而滲入管內或壓破單向密封內胎皮。全部管路隨同鋼筋籠安裝好后，應提離孔底2m左右利用其自身重量自由落體式沖入孔底，以利單向壓漿閥插入孔底沉渣持力層。

6.3 最佳壓漿時間

灌注樁成樁24h后即用注漿泵注入高壓清水將壓漿管底部自行車內胎打開，短時疏通注漿通道，提高樁底后壓漿開塞的成功率和可灌性，這一點對以基巖層為持力層的端承樁尤為重要。灌注樁成樁后5d～7d內開始后壓漿施工。壓漿過早會造成樁身混凝土因強度低而使樁底部位混凝土被壓裂；壓漿過晚會因樁周泥皮硬化而影響樁底以上樁周漿液的擠入高度，導致注漿效果不明顯，甚至難以使樁底已硬化的混凝土形成注漿通道，導致注漿失敗。

6.4 注漿壓力與注入速度控制

樁底壓力注漿對樁身會產生一個向上的抬力，過大的注漿壓力和注入速度會影響樁身的穩定性，同時在高壓力作用下形成劈裂注漿，影響注漿效果。本工程壓漿過程中，注漿壓力控制情況是：打開單向壓漿閥的開啟壓力為1～1.2MPa，開始正常注漿壓力為0.8～1MPa；隨著壓漿量的不斷增加，正常注漿壓力上升為1.6MPa左右，壓力波動范圍在1.3～1.6MPa；接近注漿終止時的瞬間壓力可達3.2MPa，此時應終止注漿，保持注漿穩定時間5min左右。

7 結 語

①樁底后壓漿技術可應用于合肥地區泥漿護壁鉆孔擴底灌注樁，能有效地提高單樁承載力，尤其在人工挖孔樁難以實施時，不失為一種利用機械擴底成孔加樁底后壓漿方式來實現近似人工挖孔擴底樁的方法。

②后壓漿技術工藝設備簡單，易行，有利于推廣應用。

③樁底后壓漿單樁極限載荷的計算目前尚無完善的計算公式，宜通過做試樁來確定設計參數和施工工藝參數。

[1]郭宏智，路德富,趙謙西.鉆孔灌注樁后壓漿技術的應用[J].探礦工程（巖土鉆掘工程）,2005(10).

[2]王桂，李維平.鉆孔灌注樁后壓漿工藝參數控制[J].探礦工程（巖土鉆掘工程）,2006(4).

[3]JGJ94-2008,建筑樁基技術規范[S].北京：中國建筑工業出版社,2008.

[4]JGJ/T225-2010,大直徑擴底灌注樁技術規程[S].北京：中國建筑工業出版社,2010.