鉆孔灌注樁后注漿技術(shù)及其工程應(yīng)用研究

阮惠強(qiáng) 張武盛

（比亞迪勘察設(shè)計(jì)有限公司， 廣東 深圳 518001）

0 引言

近年來國內(nèi)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，對公共交通設(shè)施的建設(shè)提出了更高的要求。樁基礎(chǔ)以其施工簡易、尺寸選擇靈活、適用范圍廣等優(yōu)點(diǎn)，越來越受到設(shè)計(jì)者及工程師的青睞。而傳統(tǒng)施工工藝下的灌注樁在成樁過程中會出現(xiàn)樁側(cè)泥皮、樁底沉渣等現(xiàn)象，灌注樁技術(shù)的充分應(yīng)用和長期發(fā)展也受限于這些缺陷。后注漿工藝的應(yīng)用，對鉆孔灌注樁的固有缺陷進(jìn)行了改善，大大提高其結(jié)構(gòu)性能，承載力也得到了明顯的提升。目前國內(nèi)對后注漿灌注樁的研究和發(fā)展比較充足，該技術(shù)的工程應(yīng)用常見于建筑結(jié)構(gòu)領(lǐng)域。而隨著技術(shù)的逐漸成熟，后注漿技術(shù)在橋梁結(jié)構(gòu)領(lǐng)域中的應(yīng)用也越來越受到關(guān)注[1～3]。

1 后注漿灌注樁機(jī)理

后注漿技術(shù)主要的工作機(jī)理主要來源于物理效應(yīng)和化學(xué)效應(yīng)兩部分，兩種效應(yīng)分別在不同階段起主要的控制作用。物理效應(yīng)主要指注漿對樁基周圍以及底端土體或沉渣的壓密作用，而化學(xué)效應(yīng)主要指漿液中的化學(xué)物質(zhì)與土中水之間的化學(xué)反應(yīng)。由此可知，物理效應(yīng)主要在開始注漿的階段起控制作用，而化學(xué)效應(yīng)主要在漿液與樁周、樁端土體充分接觸后起控制作用[3]。

在整個(gè)后注漿工法過程中，主要在以下三個(gè)方面對灌注樁周圍土體起到加固作用：1）灌注樁樁端處漿液的擴(kuò)散、壓密帶來的樁端土體加固作用；2）灌注樁樁側(cè)漿液的擴(kuò)散、壓密帶來的樁端土體加固作用；3）漿液沿著樁土交界面自樁端上返帶來的樁側(cè)土體加固作用。

對應(yīng)普通灌注樁基礎(chǔ)，后注漿技術(shù)對樁承載力的提高也可分為側(cè)阻力提高和端阻力提高兩部分。后注漿工藝改善樁側(cè)土體承載力從而提高樁身單位側(cè)阻力；同時(shí)由于底樁的擴(kuò)大作用效應(yīng)，使樁端作用面積增大，也能改善樁端土體承載力從而提高樁基端阻力。

2 后注漿灌注樁承載力計(jì)算方法

根據(jù)《公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG D63-2007）第5.3.6 條的規(guī)定，在符合技術(shù)規(guī)定的情況下，樁端后壓漿灌注樁單樁軸向受壓承載力容許值，單樁軸向受壓承載力容許值可按下式計(jì)算[4]:

橋梁規(guī)范中僅對樁端后注漿工法提供了承載力計(jì)算參考公式，且只考慮樁端以上一定范圍內(nèi)的增強(qiáng)效應(yīng)。由于后注漿豎向增強(qiáng)段的長度以及各土層的后注漿增強(qiáng)系數(shù)很難準(zhǔn)確把握，比較常見的處理方式是根據(jù)規(guī)范所提供的參考值結(jié)合現(xiàn)場取樣試驗(yàn)結(jié)果，綜合考慮后給定一個(gè)綜合提高系數(shù)。但這種系數(shù)提高法的方式過于粗略，計(jì)算結(jié)果可能會與實(shí)際情況產(chǎn)生較大誤差，因此在現(xiàn)場條件允許的情況下，對后注漿灌注樁進(jìn)行靜載試驗(yàn)，直接得出工法處理后的樁基承載力才是比較合理的處理方式。下面將以鄭州市西三環(huán)路工程為例，結(jié)合實(shí)際工程現(xiàn)狀以及對后注漿灌注樁承載力試驗(yàn)數(shù)據(jù)，深入分析后注漿技術(shù)對灌注樁樁基承載力的提高作用。

3 鄭州市西三環(huán)路工程實(shí)例分析

3.1 工程概況

航海路互通立交位于鄭州市城市三環(huán)西南隅，為鄭州市西南方向放射形道路的一個(gè)重要節(jié)點(diǎn)部位，工程主要由航海路與西三環(huán)兩條主線組成。項(xiàng)目全線新建立交1 處，為航海路互通立交，共設(shè)主線橋2 座，匝道橋及輔道橋7 座；改擴(kuò)建現(xiàn)況西三環(huán)及航海路2.87km。

3.2 工程地質(zhì)條件

場區(qū)地表均為第四系地層所覆蓋，場區(qū)內(nèi)地層自上而下可分為新近人工填筑土（Q4ml）、種植土（Q4pd）、全新世沖積粉土（Q4al）及上更新世沖積粉土和粉質(zhì)黏土（Q3al），根據(jù)工程地質(zhì)特性，分層描述如下：

①1 填筑土（Q4ml）：厚度多小于2m 米。

①2 種植土（Q4pd）：厚度多小于1m。

②層：全新世沖積層，巖性以粉土為主，厚度15～20m，局部達(dá)25～28m。

③2 粉質(zhì)黏土（Q3al）：層厚1.3～19.3m。

3.3 后注漿灌注樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)概況

3.3.1 基礎(chǔ)尺寸

橋墩基礎(chǔ)采用鉆孔灌注樁，中央分隔帶內(nèi)每個(gè)橋墩柱下布設(shè)8 根或6 根Φ1.5m樁基，樁頂承臺厚度2.5m；輔助墩基礎(chǔ)采用2 根Φ1.5m 樁基，承臺厚度2.2m。

3.3.2 樁基復(fù)合注漿

（1）后注漿采用注漿壓力和注漿量雙控的措施。當(dāng)滿足當(dāng)滿足下列條件之一時(shí)可終止注漿：

l 注漿總量和注漿壓力均達(dá)到設(shè)計(jì)要求；

l 對每一道注漿來說，注漿量達(dá)到設(shè)計(jì)值，但注漿壓力沒有達(dá)到設(shè)計(jì)值。此時(shí)改為間歇注漿，再注設(shè)計(jì)值的30%水泥漿為止。

l 對每一道注漿來說，注漿壓力達(dá)到設(shè)計(jì)值，注漿量少于設(shè)計(jì)值，此時(shí)保證注漿量不低于設(shè)計(jì)值的80%即可。

工藝流程如圖3.1 所示[3]：

圖3.1 灌注樁后注漿施工工藝流程圖（2）材料選用與水灰比：配制注漿漿液采用P.O 42.5 級普通硅酸鹽水泥，漿液水灰比取0.6，攪拌時(shí)間不少于2 分鐘，漿液用3×3mm 的濾網(wǎng)進(jìn)行過濾，漿液采用純水泥漿，水泥漿強(qiáng)度不小于30Mpa。

（3）灌注樁后注漿施工中，采用樁底不填碎石方案、開塞時(shí)間提前的措施。開塞在混凝土澆注后12～24 小時(shí)進(jìn)行，開塞后用清水沖洗注漿管道，直至溢出清水，然后用堵頭重新封閉壓漿管。

（4）成樁2 天開始注漿，先側(cè)注漿,后樁底注漿，樁側(cè)注漿順序?yàn)橄壬虾笙拢瑯秱?cè)注漿和樁底注漿時(shí)間間隔3～6 小時(shí)。

（5）利用聲測管作底注漿管。

3.4 后注漿灌注樁靜載試驗(yàn)結(jié)果

根據(jù)鄭州市市政工程建設(shè)中心相關(guān)要求，選取部分樁位進(jìn)行了試樁靜載試驗(yàn)，并形成試驗(yàn)報(bào)告。試樁參數(shù)為：直徑d=1.2m，樁長l=38m，樁身混凝土等級C30。單樁豎向抗壓靜載試驗(yàn)結(jié)果如表4.1 所示。

表3 .1 單樁豎向抗壓靜載試驗(yàn)結(jié)果

由該試驗(yàn)結(jié)果可知：后注漿工法可顯著提高樁基礎(chǔ)的樁側(cè)承載力和樁端承載力，對比非注漿樁，5 根后注漿樁的樁側(cè)承載力提高系數(shù)分別為1.41，1.36，1.30，1.49，1.53；樁端承載力提高系數(shù)分別為2.90，1.90，1.68，2.61，4.6。與規(guī)范相關(guān)條文提供的提高系數(shù)相比，樁側(cè)承載力提高系數(shù)相近，樁端承載力提高系數(shù)更高。同時(shí)可看出后注漿工法對樁基承載力的提高效應(yīng)還與注漿齡期、注漿方式、地質(zhì)條件等多種因素有關(guān)。

對靜載實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步分析處理，建議相關(guān)設(shè)計(jì)參數(shù)如下。

表3 .2 后注漿灌注樁樁側(cè)阻力、樁端阻力設(shè)計(jì)參數(shù)建議值

3.5 后注漿灌注樁與未注漿灌注樁比對設(shè)計(jì)

下面以實(shí)際樁設(shè)計(jì)進(jìn)行對比。樁直徑：

1.5 m；樁頂荷載：10000KN。

表3 .3 未注漿與后注漿灌注樁數(shù)據(jù)對比

由計(jì)算結(jié)果對比可知：由于后注漿技術(shù)使得樁基承載力增加，在相同設(shè)計(jì)荷載下，結(jié)果安全度相同的設(shè)計(jì)條件下，樁長減小27m，達(dá)到49%，效果明顯。

4 結(jié)論

通過以上論述和樁基后注漿設(shè)計(jì)介紹，主要得到以下結(jié)論：

（1）鄭州市航海路地區(qū)后注漿技術(shù)下樁基承載力能得到明顯提高，其中樁側(cè)承載力提高系數(shù)與規(guī)范推薦值相接近，而樁端承載力提高系數(shù)比規(guī)范推薦值高。

（2）后注漿技術(shù)可減小樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)樁長，在相同設(shè)計(jì)輸入條件下，可使設(shè)計(jì)樁長減小49%，極大地減小基礎(chǔ)工程量。