注漿成型擴(kuò)底樁施工質(zhì)量的控制

紀(jì)添成

上海市工程建設(shè)咨詢監(jiān)理有限公司 上海 200433

擴(kuò)底樁是一種承載效率極高的樁型，它通過樁底擴(kuò)大頭增加了有效承載面積，提高了樁基承載力，進(jìn)而顯著提高了材料利用效率。

因此，自1909年比利時工程師艾德·福蘭克諾拉（Edgard Frankignoul）發(fā)明了擴(kuò)底樁及其夯擴(kuò)成型工藝以來，擴(kuò)底樁的施工工藝研究一直是樁基工程技術(shù)的重要研究方向，并取得了豐碩成果[1-4]。

目前，按照擴(kuò)底成型方法分，擴(kuò)底樁施工工藝主要分為人工挖掘成型、沉管夯擴(kuò)成型和機(jī)械切削成型3種。

人工挖掘成型工藝安全風(fēng)險大，已經(jīng)進(jìn)入淘汰階段；沉管夯擴(kuò)成型環(huán)境影響大，應(yīng)用范圍受到限制；機(jī)械切削成型工藝環(huán)境影響小，機(jī)械化程度高，應(yīng)用最為廣泛。但是機(jī)械切削成型工藝也存在一定缺陷：一是工藝環(huán)節(jié)多，鉆孔完成以后還需采用專用機(jī)具擴(kuò)底，施工時間長；二是擴(kuò)底所需設(shè)備功能復(fù)雜，性能要求高，投入大；三是施工質(zhì)量控制難，混凝土澆搗時，沉渣極易淤積在擴(kuò)底部位，形成虛土，降低樁基承載力。

胡玉銀等[5]針對傳統(tǒng)擴(kuò)底樁施工工藝的不足，發(fā)明了擴(kuò)底樁注漿成型施工工藝，通過大量工藝試驗和工程驗證了該工藝的技術(shù)可行性。工程應(yīng)用結(jié)果表明，注漿成型擴(kuò)底樁具有地層適應(yīng)性強(qiáng)、工藝簡單、設(shè)備簡易、質(zhì)量可靠、環(huán)境友好和成本低廉等優(yōu)點(diǎn)，具有良好的推廣應(yīng)用前景。本文結(jié)合工程實踐，重點(diǎn)從質(zhì)量管控角度談?wù)勛{成型擴(kuò)底樁的質(zhì)量控制要點(diǎn)。

1 應(yīng)用工程概況

本工程為上海浦江鎮(zhèn)125-2號二期地塊商辦綜合用地項目，位于上海閔行區(qū)浦江鎮(zhèn)陳行路以北，江梔路以南，浦秀路以東，浦錦路以西。

本工程總建筑面積65 116.29 m2（地上＋地下），其中地上總建筑面積45 615.27 m2，地下總建筑面積19 501.02 m2，包含地下2層1 224 m2六級二等人員掩蔽所，平時作為汽車庫使用。擬建項目由3幢12層小高層、14幢5層多層、16幢3層別墅、1幢3層幼兒園、2幢6層商辦樓及地下車庫構(gòu)成（圖1）。

圖1 上海浦江鎮(zhèn)125-2號地塊建設(shè)模型

本工程地質(zhì)勘探情況如下：擬建場地55.45 m深度范圍內(nèi)的地基土屬第四紀(jì)全新世及上更新世沉積物，主要由飽和黏性土、粉性土及砂土組成。

擬建場地潛水受大氣降水及地表徑流補(bǔ)給影響，地下水靜止水位埋深為0.40～1.60 m，其絕對高程在3.26～4.50 m。上海市年平均地下水位埋深為0.50～0.70 m，建議低水位埋深為1.50 m，高水位0.50 m。

本工程勘察期間經(jīng)在G4號取土孔內(nèi)采取地下水進(jìn)行水質(zhì)分析，按Ⅲ類場地環(huán)境類型評價，場地內(nèi)地下水對混凝土結(jié)構(gòu)具有微腐蝕性；在長期浸水環(huán)境中，地下水對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋具有微腐蝕性；在干濕交替環(huán)境中，地下水對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋亦具有微腐蝕性；對鋼結(jié)構(gòu)有弱腐蝕性。

本工程地基與結(jié)構(gòu)安全等級均為二級，場地抗震設(shè)防烈度為7度，設(shè)計基本地震加速度值為0.10g，所屬的設(shè)計地震分組為第一組，場地土類別為軟弱場地土，建筑場地類別為Ⅳ類。本場地20.00 m深度范圍內(nèi)分布的③2層飽和砂質(zhì)粉土屬不液化土層，場地屬不液化場地。

2 注漿成型擴(kuò)底樁工藝原理

2.1 注漿成型工藝原理

擴(kuò)底樁注漿成型工藝基于土體可塑性和壓縮性比較大的力學(xué)特性，將高流動、低泌水、低收縮水泥砂漿注入預(yù)先布置在樁底的束漿袋中，束漿袋在高壓水泥砂漿的作用下不斷擠擴(kuò)樁周土體，水泥砂漿硬化后即在樁底周圍形成水泥砂漿擴(kuò)大頭（圖2）。

圖2 工藝原理

2.2 注漿成型力學(xué)機(jī)理

擴(kuò)底樁注漿成型的過程是土體在注漿壓力作用下受到圓柱孔擴(kuò)張的過程，可以采用彈塑性力學(xué)的圓柱孔擴(kuò)張理論來予以解釋。擴(kuò)底樁的注漿成型力學(xué)機(jī)理為：在注漿壓力作用下，束漿袋周圍的土體先是發(fā)生彈性變形，束漿袋隨之?dāng)U張；當(dāng)注漿壓力達(dá)到一臨界值時，束漿袋周圍的土體由彈性變形狀態(tài)轉(zhuǎn)入塑性變形狀態(tài)；隨著注漿壓力的進(jìn)一步升高，塑性區(qū)逐步擴(kuò)大，束漿袋也同時相應(yīng)擴(kuò)張；注漿停止以后，注漿壓力不再升高，束漿袋不再擴(kuò)張；束漿袋中水泥砂漿固化以后就在樁周形成突出物——擴(kuò)大頭，原來的等截面樁也就演變?yōu)閿U(kuò)底樁。

3 管控要點(diǎn)

本工程原樁基設(shè)計采用φ600 mm鉆孔灌注樁作為辦公樓樁基，樁長27 m，樁端進(jìn)入⑦1灰綠-草綠色砂質(zhì)粉土，單樁抗壓承載力設(shè)計值為1 000 kN；采用φ600 mm鉆孔灌注樁作為地下車庫樁基，樁長27 m，樁端進(jìn)入⑦1灰綠-草綠色砂質(zhì)粉土，單樁抗拔承載力設(shè)計值為700 kN。后在業(yè)主、設(shè)計和審圖單位，以及上海市城鄉(xiāng)建設(shè)和管理委員會科學(xué)技術(shù)委員會的支持下，采用注漿成型擴(kuò)底鋼管樁和注漿成型擴(kuò)底PHC管樁分別作為本工程的抗拔樁和抗壓樁，樁長均為22 m，束漿袋長約8 m。

注漿成型擴(kuò)底管樁的施工流程如下：利用鉆進(jìn)工藝成孔；在管樁底端安裝注漿擴(kuò)底裝置；鉆孔完成后，將安裝有注漿擴(kuò)底裝置的管樁放入鉆孔中；采用水泥砂漿通過管樁一側(cè)的注漿管置換鉆孔中泥漿；水泥漿養(yǎng)護(hù)完成后，將高壓水泥砂漿注入擴(kuò)底裝置中；擴(kuò)底裝置在高壓水泥漿作用下不斷擴(kuò)張，擠壓強(qiáng)化周圍土體，最終在管樁底端形成水泥漿體擴(kuò)大頭。

針對新樁型的工程應(yīng)用[6-8]，施工過程中的質(zhì)量管控，重點(diǎn)從以下幾方面加強(qiáng)。

3.1 試成孔施工管理

1）樁基施工之前應(yīng)試成孔，數(shù)量不少于2根。

2）成孔質(zhì)量：任意斷面孔徑不得小于設(shè)計樁徑，垂直度允許偏差不應(yīng)大于1/100，孔深不小于設(shè)計孔深。

3）充盈系數(shù)：充盈系數(shù)不應(yīng)小于1.0，不宜大于1.2。

4）樁位偏差：平面偏差x向和y向都不應(yīng)超過50 mm，樁頂標(biāo)高偏差為5 mm之內(nèi)。

3.2 擴(kuò)底裝置安裝控制

安裝PVC防水布袋的目的是要實現(xiàn)在注漿以后形成一個擴(kuò)大頭，從而達(dá)到提高抗拔承載力的作用，所以PVC防水布袋的安裝質(zhì)量直接影響到試樁的承載力。具體施工中應(yīng)注意以下問題：

1）與鋼管樁和PHC管樁連接可靠：PVC防水布袋位于鋼管樁和PHC管樁的底部，必須與鋼管樁和PHC管樁固定牢固，避免下放時脫落，從而影響注漿質(zhì)量。

2）對成品的保護(hù)：在現(xiàn)場操作過程中，務(wù)必保證PVC防水布袋的完整性，防止在堆放或下放過程中造成布袋的損壞，一旦損壞，必須更換。

3.3 注漿裝置安裝控制

為保證注漿壓力，在注漿裝置的出漿口處設(shè)置調(diào)壓裝置（即溢流閥），當(dāng)注漿壓力超過規(guī)定壓力時，自動下調(diào)注漿壓力。

同時，在管樁頂部與底部設(shè)置封板，并在頂部封板安裝單向的注漿閥以及排氣閥，這樣能保證后續(xù)注漿時，之前的孔內(nèi)水泥漿沉淀后，孔內(nèi)上部的地下水能夠排出（圖3）。

由于試樁的樁頂標(biāo)高與地面標(biāo)高一致，注漿閥和排氣閥可以直接與管樁封板連接，而工程樁的標(biāo)高低于地面標(biāo)高，所以注漿閥與溢流閥要通過鍍鋅鋼管與管樁頂部的封板相連接，所以在工程樁的施工過程中，于下放管樁之前應(yīng)當(dāng)安裝相應(yīng)的注漿管，以便保證注漿閥和排氣閥處于地面以上，方便后期注漿的施工。

圖3 管樁封板及注漿管連接示意

3.4 泥漿置換及置換水泥漿養(yǎng)護(hù)措施

待成孔深度達(dá)到設(shè)計標(biāo)高后，將安裝有注漿擴(kuò)底裝置的管樁放入鉆孔中，利用管樁內(nèi)的注漿管進(jìn)行泥漿置換（表1）。水泥漿通過注漿管注入孔內(nèi)，用以置換泥漿的水泥漿量應(yīng)考慮超灌系數(shù)1.1。泥漿置換完成后，開始水泥漿養(yǎng)護(hù)，在養(yǎng)護(hù)24 h后，方可進(jìn)行擴(kuò)底注漿。

表1 泥漿置換量

3.5 注漿壓力及流量控制

注漿裝置采用常規(guī)SVB-50-452II型壓力注漿泵。將形成擴(kuò)大頭的水泥砂漿水灰比控制在0.55～0.60，注漿時將流量控制在5 m3/h左右。注漿速度過低，注漿時間就長，施工效率勢必不高；但是注漿速度過高，水泥砂漿進(jìn)入束漿袋以后來不及擴(kuò)散，就容易造成束漿袋因壓力迅速升高而被破壞。注漿壓力一般控制在1.0～1.8 MPa，終止注漿應(yīng)以注漿量和注漿壓力雙控原則進(jìn)行控制。

3.6 樁基檢測要求

3.6.1 ?成孔質(zhì)量檢測

1）工程樁成孔質(zhì)量檢測應(yīng)隨機(jī)、均勻抽檢，數(shù)量不少于總樁數(shù)的10%。

2）試樁成孔質(zhì)量應(yīng)全部檢測。

3.6.2 ?單樁抗拔靜載試驗

1）先試樁后設(shè)計：注漿成型擴(kuò)底樁為一種新型樁基，每種樁型必須先進(jìn)行3組靜載試驗，并做到地基土破壞，方可根據(jù)樁基承載力進(jìn)行工程樁設(shè)計和施工。

2）施工后檢測：注漿成型擴(kuò)底樁為一種新型樁基，工程樁施工后，應(yīng)進(jìn)行不少于3組單樁靜載試驗進(jìn)行檢驗，總樁數(shù)小于50根，可為2根。

3）單樁抗拔靜載試驗需在樁基施工完畢后28 d方可進(jìn)行。

4）單樁抗拔靜載試驗應(yīng)采用慢速維持荷載法。

3.6.3 ?樁身質(zhì)量檢測

所有PHC試樁在單樁靜載試驗前，且在基坑開挖至基底標(biāo)高后，均應(yīng)做低應(yīng)變檢測，以確定樁身的完整性。抽檢數(shù)量不應(yīng)少于總樁數(shù)的50%，且不得少于20根。

柱下三樁或三樁以下的承臺抽檢樁數(shù)應(yīng)不得少于1根。除以上檢測外，還應(yīng)采用鉆芯法或聲波透射法對部分受檢樁進(jìn)行樁身完整性檢測。抽檢數(shù)量應(yīng)不少于總樁數(shù)的20%，檢測應(yīng)在基坑開挖前進(jìn)行。

4 結(jié)語

本文針對注漿成型擴(kuò)底樁這種新樁型，從成孔、擴(kuò)底裝置和注漿裝置安裝、泥漿置換、置換后的水泥漿養(yǎng)護(hù)時間、注漿壓力和注漿流量控制等方面提出了質(zhì)量管控要點(diǎn)，最后給出了注漿成型擴(kuò)底樁的樁基檢測要求。通過一系列有效的質(zhì)量管控，注漿成型擴(kuò)底樁新技術(shù)成功應(yīng)用于浦江鎮(zhèn)125-2地塊，并按規(guī)定進(jìn)行了工程試樁。靜載試驗表明，抗壓樁的極限承載力達(dá)到2 200 kN，抗拔樁的極限承載力達(dá)到1 500 kN，試樁結(jié)果完全滿足設(shè)計要求。注漿成型擴(kuò)底樁樁基施工進(jìn)展順利，一個臺班可以施工4～5根工程樁，較鉆孔灌注樁施工工效提高了一倍。同時，通過經(jīng)濟(jì)分析發(fā)現(xiàn)，本工程采用注漿成型擴(kuò)底樁后，樁基工程造價較傳統(tǒng)鉆孔灌注樁降低逾30%。