軟土地層中鉆孔灌注樁后注漿技術(shù)的應(yīng)用研究*

上海建工集團(tuán)工程研究總院 上海 201114

1 鉆孔灌注樁后注漿技術(shù)

我國(guó)樁端后注漿技術(shù)始于20世紀(jì)80年代初。此后該項(xiàng)技術(shù)不斷創(chuàng)新和完善，應(yīng)用范圍越來越廣，取得了十分顯著的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。現(xiàn)在樁端后注漿技術(shù)已被編入中華人民共和國(guó)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》（JGJ 94—2008），為灌注樁后注漿技術(shù)提供指導(dǎo)。

后注漿鋼管沿鋼筋籠埋設(shè)，待灌注樁混凝土凝固后，用高壓注漿泵將水泥漿經(jīng)注漿鋼管壓入樁端土層和樁側(cè)土層。水泥漿與樁周沉渣、虛土、泥皮和裂隙膠結(jié)成一個(gè)高強(qiáng)度的結(jié)合體，使其承載力大幅增加。同時(shí)，高壓注漿液對(duì)樁底和樁周一定范圍內(nèi)的土體進(jìn)行滲透加固，改善了樁身的承載環(huán)境，從而提高了群樁的極限承載力[1,2]。

2 工程概況

世博會(huì)地區(qū)B02、B03地塊涉及多家開發(fā)單位，場(chǎng)地周邊規(guī)劃道路下將開發(fā)大型地下空間。本文背景工程為某央企總部大樓基地工程。地塊區(qū)域?qū)贋I海平原地貌類型。擬建場(chǎng)地原為世博園區(qū)國(guó)家自建館（臨時(shí)場(chǎng)館），場(chǎng)地較為平坦。經(jīng)勘察揭露，擬建場(chǎng)地位于古河道區(qū)，在90.34 m深度范圍內(nèi)的地基土屬第四系上更新世Q3至全新世Q4沉積物，主要由飽和黏性土、粉性土及砂土組成。

工程地下室為3 層，底板采用樁基筏板。基礎(chǔ)采用鉆孔灌注樁。共設(shè)計(jì)有φ600 mm、φ800 mm鉆孔灌注樁共355 根。采用樁底注漿，以提高承載力，φ800 mm單樁注漿水泥量為2 500 kg；φ600 mm單樁注漿水泥量為2 000 kg。

3 后注漿技術(shù)工程應(yīng)用

3.1 開工前單樁承載力試驗(yàn)

本工程應(yīng)先施工試樁組的樁，并進(jìn)行試樁的現(xiàn)場(chǎng)靜載荷試驗(yàn)。單樁承載力理論估算值應(yīng)通過樁的現(xiàn)場(chǎng)靜載荷試驗(yàn)來驗(yàn)證。設(shè)計(jì)人員根據(jù)試樁的現(xiàn)場(chǎng)靜載荷試驗(yàn)報(bào)告的結(jié)果對(duì)現(xiàn)有樁位進(jìn)行核定和調(diào)整[3,4]。

單樁靜載荷試驗(yàn)檢測(cè)單樁豎向抗壓、抗拔承載力，時(shí)間不早于成樁后28 d、后注漿后20 d，且樁身混凝土達(dá)到100%的設(shè)計(jì)強(qiáng)度；抗壓采用錨樁支架慢速維荷法在自然地面進(jìn)行靜載荷試驗(yàn)；抗拔采用基座樁反力支座慢速維荷法在自然地面進(jìn)行靜載荷試驗(yàn)。

3.2 后注漿施工

樁端后注漿技術(shù)是在常規(guī)鉆孔灌注樁工藝流程的基礎(chǔ)上進(jìn)行的施工工藝，包括注漿管的預(yù)埋、注漿材料制作和注漿施工等幾個(gè)主要施工過程。

3.2.1 注漿管預(yù)埋

注漿管應(yīng)采用無縫鋼管，鋼管內(nèi)徑不宜小于25 mm，壁厚不應(yīng)小于3.2 mm，每根樁的注漿數(shù)量，當(dāng)樁端或樁側(cè)單項(xiàng)注漿時(shí)不應(yīng)少于2 根，當(dāng)樁端及樁側(cè)聯(lián)合注漿時(shí)不應(yīng)少于4 根。注漿管應(yīng)對(duì)稱布置于鋼筋籠的內(nèi)側(cè)，且與鋼筋籠用鐵絲綁扎固定。注漿管隨鋼筋籠安放到位后管內(nèi)應(yīng)注滿清水。

3.2.2 注漿液制作和注漿施工

1）注漿材料包括外加劑與注漿壓力的確定：注漿材料為水泥漿液，水灰比0.55，注漿壓力控制在3 MPa左右。根據(jù)注漿壓力的變化和注漿量，實(shí)施間歇注漿或終止注漿，擬采用P.O 42.5水泥壓漿。

2）注漿施工時(shí)間及順序：先樁側(cè)后樁端，間歇時(shí)間約為12 h，注漿起始時(shí)間可在成樁后2～5 d內(nèi)進(jìn)行。

3）注漿控制條件：質(zhì)量控制采用注漿和注漿壓力雙控制法。樁底注漿，終止壓力不小于2.0 MPa。以水泥壓入量控制為主，壓力控制為輔。注漿時(shí)要做好詳細(xì)記錄。

3.2.3 主要施工難點(diǎn)控制

1）樁身上浮：注漿施工過程中應(yīng)時(shí)刻關(guān)注注漿壓力，當(dāng)注漿壓力過大樁身上浮時(shí)，應(yīng)及時(shí)調(diào)整注漿壓力。

2）注漿串孔：當(dāng)樁開始進(jìn)行注漿施工時(shí)，水泥漿在壓力的作用下滲透到一些鄰近樁中已開塞但未注漿的管，這會(huì)造成鄰近樁的注漿管堵塞而無法注漿。故在注漿施工時(shí)應(yīng)采用分片開塞、分片注漿。

3）注漿濃度及注漿壓力：注漿漿液應(yīng)由稀逐步變濃，使得細(xì)小和較大的裂隙都能得到較好的充實(shí)；水泥壓入量達(dá)到預(yù)定值的70%、泵送壓力超過5.0 MPa可停止壓漿；水泥壓入量達(dá)到設(shè)計(jì)值的70%、泵送壓力不足表中預(yù)定壓力的70%時(shí)，應(yīng)調(diào)小水灰比，繼續(xù)壓漿至滿足預(yù)定壓力；若水泥漿從樁側(cè)溢出，應(yīng)調(diào)小水灰比，改間歇壓漿至水泥量滿足預(yù)定值。

4 后注漿單樁豎向靜載荷試驗(yàn)報(bào)告分析

本工程靜載荷試驗(yàn)共計(jì)6 組，抗壓試樁3 根，單樁豎向抗壓極限承載力≥10 000 kN；抗拔試樁4 根，單樁豎向抗拔極限承載力≥2 600 kN。

試樁成孔質(zhì)量檢測(cè)和工程樁抽檢結(jié)果顯示，試成孔孔壁穩(wěn)定良好，孔徑符合設(shè)計(jì)和規(guī)范要求，垂直度、一次清孔后沉渣厚度及孔深也均符合設(shè)計(jì)和規(guī)范要求。

圖1、圖2為靜載荷試驗(yàn)曲線，抗壓靜載荷試驗(yàn)曲線較平滑，在加荷過程中試樁沉降沒有突變的情況。從所得3 根抗壓靜載荷試樁結(jié)果來看，隨著樁頂最大沉降的增大，其樁頂回彈量也會(huì)隨之增加，但回彈率反而會(huì)有所下降。

施工場(chǎng)區(qū)內(nèi)不同試樁周圍土體的結(jié)構(gòu)性具有細(xì)微差別，在相同靜荷載作用下，樁頂沉降量也會(huì)有所差異。樁頂最大沉降量較大的試樁，其周圍土體結(jié)構(gòu)性破壞也較大，其樁頂回彈率也有所下降[5]。

在相同地質(zhì)條件下，靜載荷作用下相同型號(hào)的灌注樁后注漿的樁頂最大沉降量都有較大的差異，這也體現(xiàn)了后注漿技術(shù)在應(yīng)用過程中的許多不確定因素。灌注樁后注漿屬隱蔽工程，后注漿的效果如何還是建立在良好的注漿工藝和施工質(zhì)量上，注漿土層的各向異性使得后注漿施工質(zhì)量較難控制。

圖1 抗壓靜載荷試驗(yàn)Q-s曲線

圖2 抗拔靜載荷試驗(yàn)U-δ曲線

5 結(jié)語

普通鉆孔灌注樁受地質(zhì)條件及施工工藝的影響存在許多缺陷。在成樁過程中普遍采用泥漿護(hù)壁、機(jī)械鉆孔，孔底的沉渣、虛土和孔壁的泥皮嚴(yán)重影響了單樁承載力。后注漿是把漿液材料輸送到樁端和樁周的有效范圍內(nèi)，使得該范圍內(nèi)介質(zhì)得到加固。樁端后注漿較好地解決了普通鉆孔灌注樁上述缺陷，在世博會(huì)地區(qū)得到了較好的應(yīng)用。