采用后注漿技術提高機械旋挖鉆孔灌注樁單樁豎向抗壓承載力的工程實踐

楊彥東（甘肅建大土木工程檢測有限公司，甘肅 蘭州 730050）

大直徑旋挖鉆孔灌注樁（端承樁），其單樁豎向抗壓承載力主要來自于樁底端阻力，但當持力層為含水礫砂層時，施工中往往出現樁底涌砂、塌孔，擴大頭施工困難，難以徹底清底，樁底沉渣厚度難以控制，造成基樁沉降量較大，單樁豎向抗壓承載力達不到設計要求。通常采用樁底后注漿技術對樁底持力層固化處理后，大大減小基樁沉降量，有效提高單樁豎向抗壓承載力。

1 后注漿加固機理

鉆孔灌注樁樁身混凝土達到一定強度后，采用樁芯鉆孔或預埋注漿孔，在高壓作用下向樁底土層一定范圍內注入以水泥為主劑的漿液。注入的漿液通過滲透、充填、置換、劈裂、擠密及固結等多種形式的綜合作用，固化了樁底沉渣及樁底一定范圍的持力層，改善了樁底沉渣及樁底持力層一定范圍內土層的物理力學性能，使樁底持力層承載能力（樁端阻力）得到充分發揮，并且減小基樁沉降量，從而提高單樁豎向抗壓承載力。

2 工程實例

2.1 工程概況

該工程為定西市某中學綜合教學樓建設項目，地上5層，地下1層，框架結構。基礎形式為樁基礎，采用機械鉆孔擴底混凝土灌注樁，樁端持力層為礫砂層，樁身混凝土設計強度等級為C35。樁身直徑1100mm，擴底直徑1800mm，單樁豎向抗壓承載力2700kN。

根據勘察單位提供的《定西市某中學綜合教學樓建設項目巖土工程勘察報告》，工程場地地層自上而下依次為：

1）雜填土：雜色，稍濕，松散狀，土質不均勻，以粉土為主，含有少量碎屑磚塊等建筑垃圾。該層在場地內均有分布。本層厚度為1.00-2.2m,地面標高為1903.22-1904.43m。

2）黃土狀粉土：黃褐色，其中自然地面下約12.50m以上呈稍濕、稍密，以下呈濕-很濕、稍密-中密狀，土質較均勻，搖震反應中等，無光澤反應，干強度低，韌性低。該層在場地內均有分布。本層埋深為1.00-2.20m，層面標高為1901.78-1903.13m。厚度為12.70-15.90m。

3）-1礫砂：呈雜色，稍濕，中密，砂質較純，該層在場地ZK4、ZK5、ZK11、ZK16、ZK17區域內未見出露，其余區域均為薄層分布。本層埋深為10.40-11.70m，層面標高為1892.35-1893.49m。厚度為0.40-0.90m。

4）礫砂：雜色，飽和，中密，砂質較純，本層埋深為14.00-17.40m，層面標高為1886.21-1890.43m。厚度為5.00-8.20m。

5）泥巖層: 褐紅色，半成巖，礦物成分以蒙脫石、綠泥石、高嶺石、白云母、長石、石英等為主， 泥質膠結，巖體呈巨厚狀結構，上部1.30-2.10m,為強風化，致密，巖體基本質量等級為V級；以下為中風化，致密，較堅硬，巖體基本質量等級為IV級。該層在場地內均有分布。本層埋深為19.70-24.60m，層面標高為1879.53-1884.73m。最大揭露厚度為7.70m。（未揭穿）

場地地下水為第四系孔隙潛水，主要含水層為黃土狀粉土與礫砂層，地下水位埋深12.70m-14.00m，水位高程1890.19-1890.90m。地下水主要為大氣降水和地表水滲入補給，排泄方式主要以徑流排泄，地下水年內變化幅度為1.0-2.0m。

表1 注漿前單樁豎向抗壓靜載荷試驗結果

2.2 基樁靜載荷試驗結果對比分析

樁基施工過程中在建筑場地內進行了單樁豎向抗壓靜載試驗，試驗結果如表1。

圖1 S1#樁試驗結果曲線圖

圖2 S2#樁試驗結果曲線圖

根據3根試驗樁的靜載試驗結果表明，S1號樁最大加載為5400kN，樁頂總沉降量為7.37mm單樁承載力能夠滿足設計要求。從試驗數據分析判斷樁底沉渣控制較好，清底比較干凈。S2和S3號樁在最大加載4860kN的情況下，沉降量急劇連續增大，達到極限狀態，終止試驗，后經低應變檢測驗證樁身結構完整，逐分析判斷樁底沉渣厚度較厚，使基樁端阻力得不到充分發揮。

圖3 S3#樁試驗結果曲線圖

經對試驗結果分析論證后，結合工程實際情況，縱觀經濟等因素綜合考慮，對已施工完成的部分基樁進行樁底后注漿處理，以達到固化樁底沉渣，改善樁底一定范圍的持力層物理力學性能，使單樁豎向抗壓承載力能達到設計要求。

根據工程特點，此次注漿前首先使用150型地質鉆機在樁中心鉆探鉆孔，鉆孔直徑不小于89mm，鉆孔深度穿透樁底沉渣段并進入原狀礫砂層不小于0.2m，鉆孔過程中嚴格控制垂直度。注漿管采用1根Φ32壁厚2.75mm的鋼管，底部長出樁底約50cm，并保證進入原狀礫砂層不小于20cm，上部高出地面20cm，各段之間用套絲連接，底端50cm范圍內梅花形布置直徑5-8mm的鉆孔不少于12個。注漿材料采用42.5級普通硅酸鹽水泥配置的漿液，水灰比（重量比）為0.8-1.0，開始為避免注漿管堵塞，水灰比可采用2:1，在注漿中間階段和后端水灰比穩定在0.8-1.0。注漿壓力的確定主要考慮到三個方面：1）最終注漿壓力要小于樁身上抬的摩阻力；2）最終注漿壓力要保證樁端混凝土不被破壞；3）最終注漿壓力要使注漿量保證達到設計要求形成的樁端增強體。該工程注漿初始階段和過程中壓力控制在2MPa，終止階段壓力控制在4MPa。

表2 注漿后單樁豎向抗壓靜載荷試驗結果

高壓注漿28d后，在場地內選取2根樁進行單樁靜載荷試驗，試驗結果如表2。

圖4 ZS1#樁試驗結果曲線圖

試驗結果表明樁底注漿后單樁豎向抗壓承載力能夠達到設計要求，比注漿前單樁豎向抗壓承載力提高至少20%以上，且大幅降低基樁沉降量。

圖5 ZS2#樁試驗結果曲線圖

經注漿前后靜載試驗數據的比較分析，單樁豎向抗壓承載力提高的原因是：在樁端高壓注入水泥漿液后，水泥漿液首先滲透到疏松的沉渣層中，對樁底沉渣進行填充、擠密、劈裂等多種形式的組合與轉化，使樁底沉渣重新膠結并固結，形成一個比較完整的整體，并增加了樁端進入持力層的有效深度，減小基樁沉降量。隨著水泥漿液不斷的高壓注入，水泥漿液進一步向樁底持力層（礫砂層）中滲透、擠密、填充和固化等作用，使樁底一定范圍內的礫砂層被重新組合、膠結，并經過一定的時間后固結，使樁底一定范圍內的礫砂層形成一個整體的樁底擴大頭，增加了樁底的受力面積，提高了單樁豎向抗壓承載力。

3 結 語

從本工程實踐中表明，對于機械旋挖鉆孔的大直徑端承型灌注樁，樁底后注漿技術能有效消除樁底沉渣對建筑基樁豎向抗壓承載力的不良影響，并使樁端持力層承載力顯著提高，樁底端阻力得到充分發揮，大幅減小基樁沉降量，改善樁基質量，提高單樁豎向抗壓承載力效果顯著。