后注漿技術(shù)在某高架橋樁基優(yōu)化設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

劉　剛，曹秋平

（中交鐵道設(shè)計(jì)研究總院有限公司 北京市 100088）

后注漿技術(shù)在某高架橋樁基優(yōu)化設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

劉剛，曹秋平

（中交鐵道設(shè)計(jì)研究總院有限公司 北京市 100088）

針對(duì)某高架橋施工過(guò)程中的樁基成孔困難、突遇洪水浸泡引起孔口地面塌陷等問(wèn)題，從地質(zhì)角度查找了形成原因。為了解決施工中遇到的問(wèn)題，采用后注漿技術(shù)對(duì)樁基進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，使樁端和樁周的部分土體得到了加固，并依據(jù)地質(zhì)情況，縮減了部分樁長(zhǎng)。經(jīng)靜載試驗(yàn)與通車后觀測(cè)表明，灌注樁后注漿技術(shù)取得了良好的效果。

灌注樁；后注漿技術(shù)；優(yōu)化設(shè)計(jì)

自上世紀(jì)80年代以來(lái)，在道路橋梁、高層建筑等工程中，泥漿護(hù)壁鉆孔灌注樁得到了廣泛的應(yīng)用。但是這種成樁工藝自身也帶有先天的不足，比如樁周土受擾動(dòng)變得松弛、樁周泥皮較厚、樁端沉渣不易控制等問(wèn)題。灌注樁后注漿就是針對(duì)成樁工藝的先天缺點(diǎn)，而發(fā)展出來(lái)的一種技術(shù)，其可以改變樁土界面性質(zhì)，提高樁基承載能力，減小樁基沉降。這不僅為縮減樁基工程量、降低基礎(chǔ)造價(jià)增加了一種選擇；也為解決成孔困難、或孔壁大范圍松弛坍塌等問(wèn)題，提供了一條思路。該技術(shù)目前已應(yīng)用于全國(guó)二十多個(gè)省市的數(shù)以千計(jì)的樁基工程中［1］，具有廣闊的發(fā)展前景。

1　工程特點(diǎn)

谷峪溝位于山西省五臺(tái)縣西部低中山區(qū)，是一條發(fā)育規(guī)模較大的近“V”字型黃土沖溝，走向?yàn)闁|—北東，溝谷狹窄，植被發(fā)育，兩側(cè)岸坡較陡，相對(duì)高差約為80m，溝谷的匯水面積較大，勘察期間溝內(nèi)無(wú)地表徑流。年平均降雨量為535.6mm，最大降水量約757.7mm，最小降水量約239.2mm。

谷峪溝4#高架橋沿溝展布，橋長(zhǎng)約980m，共計(jì)29排墩，是山西某高速公路的重點(diǎn)控制性工程之一。橋址區(qū)地層主要為：第四系全新統(tǒng)沖、洪積粉質(zhì)黏土，含砂量較高，厚約4.5～6.0m；第四系上更新統(tǒng)風(fēng)積黃土，局部地段為Ⅱ級(jí)濕陷性黃土，層厚變化較大，約為2.0～12.3m；第四系中更新統(tǒng)沖、洪積粉質(zhì)黏土，本層為橋址區(qū)的主要地層，層厚較大，夾含范圍較廣的透鏡體狀礫石層，局部層厚較大；下伏基巖主要為早元古界滹沱群白云巖、千枚巖。基礎(chǔ)設(shè)計(jì)為端承摩擦樁，平均樁長(zhǎng)約為50m。

2　樁基施工中的問(wèn)題與地質(zhì)分析

樁基施工自春節(jié)后開(kāi)始進(jìn)場(chǎng)，為了盡可能好地保護(hù)周邊生態(tài)環(huán)境，減小對(duì)地表植被的破壞，根據(jù)前期基礎(chǔ)資料，施工工藝首先選用人工挖孔。

在人工挖孔過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)地下水較勘察期豐富，雖然采取了人工降水措施，但是飽和的粉質(zhì)黏土層含沙量較高，抗剪強(qiáng)度較低，多呈軟塑狀，孔壁易發(fā)生坍塌，甚至出現(xiàn)流動(dòng)性淤泥質(zhì)土。后改進(jìn)護(hù)壁施做方法，將每節(jié)護(hù)壁的高度減小到30～50cm，并隨挖、隨驗(yàn)、隨灌注混凝土，及時(shí)封閉，可是由于流動(dòng)性淤泥層厚較大，效果并不理想，仍無(wú)法挖至設(shè)計(jì)標(biāo)高，人工挖孔成孔困難，且具有較大的安全隱患。

將樁孔部分回填后，采用沖擊、旋挖等方式成孔。沖擊鉆成孔速度較慢，待鉆進(jìn)深度超過(guò)沖擊鉆高度加一倍正常沖程后［7］，若改用正常沖擊速度鉆進(jìn)，存在濕陷性黃土較易塌孔、擴(kuò)孔現(xiàn)象嚴(yán)重等問(wèn)題，調(diào)整泥漿比重后，也不能有效解決；若以較低沖擊速度鉆進(jìn)，塌孔問(wèn)題雖有緩解，卻會(huì)產(chǎn)生較厚的泥皮，不利于樁基側(cè)摩阻力的發(fā)揮；但是沖擊鉆可以有效穿透礫石層。旋挖鉆進(jìn)速度較快，但是濕陷性黃土層提鉆時(shí)，由于活塞效應(yīng)而產(chǎn)生“負(fù)壓”，導(dǎo)致孔壁擾動(dòng)較大，易產(chǎn)生縮徑或塌孔（92#墩6#樁曾因塌孔嚴(yán)重，致使鉆挖鉆頭被埋），后多次調(diào)整提鉆速度和泥漿比重后，情況略有緩解，但是在遇到礫石層時(shí)，進(jìn)尺較為緩慢。

在樁基施工期間，一周之內(nèi)經(jīng)歷兩次大暴雨，導(dǎo)致谷峪溝內(nèi)洪水暴漲，沖毀淹沒(méi)部分工地，導(dǎo)致現(xiàn)場(chǎng)施工一度停滯。其中80#～89#墩位均被洪水沖淹與浸泡，已經(jīng)開(kāi)挖樁孔的孔口地面，都有不同程度塌陷，最大塌陷深度近7m。在洪水浸泡的作用下，孔內(nèi)泥漿比重受到稀釋，并且孔壁含砂量較高的粉質(zhì)黏土和濕陷性黃土，均呈飽和狀態(tài)，土層重度增加，土質(zhì)軟化導(dǎo)致樁孔壁坍塌，引起孔口地面產(chǎn)生塌陷。由此可見(jiàn)，樁周土層的原有狀態(tài)被破壞，土層的物理力學(xué)指標(biāo)都發(fā)生了較大的改變。

3　設(shè)計(jì)方案優(yōu)化

3.1后注漿處理機(jī)理

灌注樁后注漿技術(shù)是指在樁身混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)要求后，利用注漿設(shè)備將水泥漿等能夠固化的漿液，通過(guò)預(yù)置于樁身的管路，壓入樁端或樁周的土層中，通過(guò)漿液的滲透、填充、劈裂、擠密等物理或化學(xué)形式的作用［4］，固化樁身泥皮及樁底沉渣，并加固樁端、樁周一定范圍內(nèi)的土體，從而提高樁基承載力。可見(jiàn)，針對(duì)樁周土層松弛、坍塌及沉渣過(guò)厚引起的承載力降低等問(wèn)題，后注漿技術(shù)可以給予有效的改善。

3.2計(jì)算公式

后注漿單樁軸向受壓承載力容許值計(jì)算公式為：

式中：［Ra］為樁端后注漿灌注樁的單樁軸向受壓承載力容許值（kN），樁身自重與置換土重（當(dāng)自重計(jì)入浮力時(shí)，置換土重也計(jì)入浮力）的差值作為荷載考慮；βsi為第i層土的側(cè)阻力增強(qiáng)系數(shù)，在飽和土層中注漿時(shí)，僅對(duì)樁端以上8.0～12.0m范圍的樁側(cè)阻力進(jìn)行增強(qiáng)修正；在非飽和土層中注漿時(shí)，僅對(duì)樁端以上4.0～5.0m的樁側(cè)阻力進(jìn)行增強(qiáng)修正；對(duì)于非增強(qiáng)影響范圍，βsi=1.0；βp樁端阻力影響系數(shù)，依據(jù)樁端持力層情況取值［2］。

3.3優(yōu)化設(shè)計(jì)

依據(jù)橋址區(qū)實(shí)際地質(zhì)情況，樁周土層以飽和土層為主，應(yīng)對(duì)樁端以上8.0～12.0m范圍的樁側(cè)阻力進(jìn)行增強(qiáng)，由于樁側(cè)土層以粉質(zhì)黏土和砂質(zhì)黃土層為主，土質(zhì)粒徑細(xì)小，故樁側(cè)增強(qiáng)范圍為自樁端以上12m范圍（依據(jù)文獻(xiàn)［6］中的分析，以及實(shí)際注漿過(guò)程中發(fā)生的地表冒漿等現(xiàn)象，實(shí)際加固范圍均大于自樁端以上12m）。

依據(jù)該橋的地勘報(bào)告，并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)情況，做出如下優(yōu)化設(shè)計(jì)：對(duì)于未開(kāi)挖到礫石層透鏡體的樁基，如果礫石層厚度不低于4d（d為設(shè)計(jì)樁徑），則將樁端置于礫石層內(nèi)，進(jìn)入礫石層深度為1d，并設(shè)計(jì)為樁端后注漿；對(duì)于不滿足上述條件的樁基，把樁端置于強(qiáng)風(fēng)化巖層中，嵌入深度為0.5m，并設(shè)計(jì)為樁端后注漿。經(jīng)過(guò)計(jì)算，上述設(shè)計(jì)均能滿足原單樁承載力設(shè)計(jì)要求。對(duì)于已經(jīng)灌注成樁，若孔口地面坍塌嚴(yán)重的樁基，則在承臺(tái)中心及承臺(tái)外側(cè)進(jìn)行鉆孔注漿補(bǔ)強(qiáng)，鉆孔深度應(yīng)略大于原樁長(zhǎng)［3］。

4　后注漿關(guān)鍵技術(shù)要求

（1）漿液水灰比：根據(jù)土質(zhì)滲透性和飽和度等確定水灰比。水灰比大則流動(dòng)性強(qiáng)，適用于密實(shí)度較低、非飽和的土層，起填充作用；水灰比較小則漿液密度大，對(duì)沉渣、泥皮以及前期漿液具有脫水、擠密的作用［5］。結(jié)合谷峪溝的地質(zhì)特征，在飽和土層粉質(zhì)黏土層注漿，水灰比宜控制在0.5～0.7，現(xiàn)場(chǎng)可根據(jù)實(shí)際注漿流量、注漿壓力等因素調(diào)整。

（2）注漿壓力與終止壓力：注漿壓力與注漿流量一般成反比，在注漿流量不宜超過(guò)75L/min前提下，注漿正常壓力一般控制在1.0MPa左右；注漿終止壓力根據(jù)樁端土層密實(shí)程度、巖層的風(fēng)化程度和注漿點(diǎn)深度確定。對(duì)于強(qiáng)風(fēng)化巖層，注漿壓力為3.0～6.0MPa；對(duì)于中密～密實(shí)的飽和礫石土層，注漿壓力宜為1.5～5.0MPa。

（3）間歇注漿：在注漿過(guò)程中，當(dāng)出現(xiàn)地面冒漿、與周圍樁孔串漿，或注漿壓力長(zhǎng)時(shí)間低于正常值等任何一種情況時(shí)，應(yīng)適當(dāng)調(diào)低水灰比，采取間歇注漿的方式，間歇時(shí)間為30～60min。

（4）注漿量：?jiǎn)螛蹲{量的設(shè)計(jì)值，主要應(yīng)考慮樁徑、樁長(zhǎng)、被加固范圍內(nèi)土層的性質(zhì)等因素，依據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式［2］計(jì)算，單樁注漿量在2.6～3.5t。

（5）終止注漿條件：注漿過(guò)程采用“雙控”的方法進(jìn)行控制［1］，當(dāng)達(dá)到下列條件之一時(shí)，可終止注漿：注漿總量與注漿壓力均達(dá)到設(shè)計(jì)要求；注漿總量超過(guò)設(shè)計(jì)值的75%，且注漿壓力大于終止壓力。此外，樁頂面應(yīng)用千分表予以監(jiān)控量測(cè)，樁頂上抬不得超過(guò)3mm［8］。

5　效果驗(yàn)證

多數(shù)樁基地表在樁身混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)要求的條件下，在注漿完成20 d后，選取了代表性樁基進(jìn)行單樁靜載試驗(yàn)，根據(jù)荷載—沉降曲線分析，注漿樁承載力均滿足設(shè)計(jì)要求。目前該高速公路已經(jīng)通車運(yùn)營(yíng)近四年，工程質(zhì)量良好。

6　結(jié)語(yǔ)

（1）泥漿護(hù)壁成樁工法所帶來(lái)的較厚沉渣、泥皮和孔壁應(yīng)力松弛，是影響灌注樁承載力發(fā)揮的重要原因。灌注樁后注漿，漿液通過(guò)滲透、填充、劈裂、擠密等作用，可以加固樁端和樁周附近一定范圍內(nèi)的土體，提高樁基承載力、減小沉降。

（2）在遇到樁基成孔困難或孔壁大范圍松弛坍塌等情況，嚴(yán)重影響工程質(zhì)量時(shí)，可考慮采用后注漿技術(shù)，依據(jù)具體地質(zhì)資料，合理優(yōu)化樁基設(shè)計(jì)。

（3）后注漿技術(shù)理論研究充分，關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)、施工工藝及注漿設(shè)備都較為簡(jiǎn)單，現(xiàn)場(chǎng)操作便于控制，注漿效果明顯，具有很大的推廣潛力。

［1］ 中華人民共和國(guó)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.JGJ94-2008建筑樁基技術(shù)規(guī)范［S］.北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2008.

［2］ 中華人民共和國(guó)交通部.JTGD63-2007公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.北京：人民交通出版社，2007.

［3］ 中華人民共和國(guó)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.JGJ79-2012建筑地基處理技術(shù)規(guī)范［S］.北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2012.

［4］ 龔維明，張浩文.樁端后壓漿技術(shù)在卵石層中的應(yīng)用研究［J］.中外公路，2008（1）：60-63.

［5］ 夏群.超高層建筑中鉆孔灌注樁后注漿技術(shù)分析及其應(yīng)用［J］.工程勘察，2012（11）：37-43.

［6］ 劉偉偉，巢斯.鉆孔灌注樁后注漿的分析和探討［J］.結(jié)構(gòu)工程師，2010，26（6）：84-88.

［7］ 段士清.圓礫夾層地層條件下鉆孔灌注樁成樁工藝［J］.山西建筑，2011，37（11）：65-66.

［8］ 戴國(guó)亮，龔維明.超長(zhǎng)鉆孔灌注樁樁端后壓漿效果檢測(cè)［J］.巖土力學(xué)，2006，27（5）：849-852.

Application of Post Grouting Technique in Optimization Design of a Viaduct Pile Foundation

LIU Gang，CAO Qiu-ping
（CCCC Railway Consultants Group Co.，Ltd.，Beijing 100088，China）

In this thesis，geological reasons of the difficulty in the process of boring and the subsidence caused by sudden flood are analyzed.In order to solve the problems encountered in construction，post grouting technique is used for optimization design to bring about the strengthening of some soil at the bottom and around the pile，and according to the geological conditions，some piles are shortened.The static loading test and the measurement after open traffic show that the post grouting technique has obtained the good effect.

Bored pile；Post grouting technique；Optimization design

U443.15

B

1673-6052（2016）03-0008-03

10.15996/j.cnki.bfjt.2016.03.003