新型擴(kuò)底灌注樁在工程中的應(yīng)用

馬永賀

廣東中科華大工程技術(shù)檢測有限公司 廣東 廣州 511458

在工程建設(shè)中，由于灌注樁具有承載力大、對周圍環(huán)境影響小，設(shè)備簡單輕便等優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用十分廣泛。為提高灌注樁的承載力，常用的方法主要有兩大類：一是改變樁身截面形狀，如擴(kuò)底；二是改變樁土接觸面力學(xué)性質(zhì)，如后注漿工法[1]。按照擴(kuò)底成形方法，分為人工挖掘成形、沉管夯擴(kuò)成形和機(jī)械切削成形等工藝[2]。人工挖掘成形安全風(fēng)險大，已進(jìn)入淘汰階段；沉管夯擴(kuò)成形環(huán)境影響大，應(yīng)用范圍受限；機(jī)械切削成形工藝環(huán)境影響小，機(jī)械化程度高。但機(jī)械切削成形施工工藝存在一定缺陷：一是施工工序增加、工期長，需要專門的擠擴(kuò)裝置更換鉆頭；二是土層及深度施工受限制；三是樁端沉渣厚度大，清渣難。傳統(tǒng)后注漿工法同樣存在缺陷，在高地下水水位的土中或者土層中存在滲流通道時，無法控制漿液的流動，容易發(fā)生漏漿跑漿現(xiàn)象，使得后注漿工法可靠性較差。

針對傳統(tǒng)施工工藝（傳統(tǒng)擴(kuò)底、后注漿）的不足，本文提出了新型擴(kuò)底灌注樁，對比分析了預(yù)制樁、灌注樁（旋挖、沖孔、鉆孔）、人工挖孔樁、新型擴(kuò)底灌注樁等不同樁型，研究了新型擴(kuò)底灌注樁施工工藝。通過工程試樁驗(yàn)證了該工藝的技術(shù)可行性。工程實(shí)踐表明，新型擴(kuò)底灌注樁具有工藝簡單、質(zhì)量可靠、成本低廉、承載力大、變形小、良好的力學(xué)性能等優(yōu)點(diǎn)，具有廣闊的應(yīng)用前景。

1 工程概況

本項(xiàng)目位于深圳市坪山新區(qū)，占地面積30 000 m2，總建筑面積240 000 m2，由1棟高300 m的超高層辦公塔樓、1棟高120 m的公寓和多層商業(yè)建筑組成，為集辦公和大型商業(yè)為一體的綜合性建筑群（圖1）。項(xiàng)目地下4層，地上62層，基坑挖深約19.5 m，鄰近坪山河。

2 工程地質(zhì)條件

項(xiàng)目場地位于深圳坪山河南岸、振環(huán)路東側(cè)、興業(yè)路北側(cè)，原始地貌單元屬河漫灘。場地內(nèi)地勢有一定起伏，實(shí)測場地72個鉆孔的孔口地面高程，高程介于39.54～45.45 m之間，最大高差為5.91 m。鉆探揭露，場地內(nèi)地層自上而下依次為：①1素填土、①2雜填土、⑤1粉質(zhì)黏土、⑤2粉砂、⑥礫砂、⑦粉質(zhì)黏土、⑨粉質(zhì)黏土。

3 樁基選型

在保證項(xiàng)目基礎(chǔ)設(shè)計安全的前提下，在樁基選型時，力求基礎(chǔ)設(shè)計更加經(jīng)濟(jì)、施工更加便利。以下對比了預(yù)制樁、旋挖灌注樁、沖（鉆）孔灌注樁、人工挖孔樁等樁型。

1）預(yù)制樁。該類型樁具有沉樁速度快，施工質(zhì)量較好，直觀，工期相對較短等優(yōu)點(diǎn)；但沉樁過程中容易產(chǎn)生擠土效應(yīng)，對周邊道路及鄰樁有較大影響。本場地屬巖溶區(qū)，巖面起伏大，在施工時樁長相差大，遇巖面等易產(chǎn)生斷樁現(xiàn)象。場地內(nèi)礫砂層分布廣泛，呈中密狀，并含卵石，部分地段管樁無法穿過，施工難度較大，需做相應(yīng)的輔助沉樁措施，不建議采用。

2）旋挖灌注樁。優(yōu)點(diǎn)是施工速度快、噪聲小、可自行行走、移機(jī)方便，可以穿過砂層、溶洞及探頭石等到達(dá)預(yù)定持力層；缺點(diǎn)是自重大、對場地要求比較嚴(yán)格，孔壁護(hù)壁差，特別是在填土和軟土地層，容易發(fā)生坍孔和頸縮，而且挖孔過程產(chǎn)生的棄土必須由其他運(yùn)土機(jī)械進(jìn)行挖運(yùn)配合，軟土中孔內(nèi)容易產(chǎn)生負(fù)壓。場地內(nèi)普遍存在的⑨層為溶槽堆積粉質(zhì)黏土，該層對旋挖樁成孔質(zhì)量有較大影響，樁基施工時應(yīng)引起重視。

3）沖（鉆）孔灌注樁。優(yōu)點(diǎn)是施工時不用疏排地下水，可以嵌巖，且較易穿透溶洞達(dá)到預(yù)定持力層；不足之處是施工中產(chǎn)生的大量泥漿對場地環(huán)境污染較大，施工費(fèi)用較高，成孔深度大時孔底清渣較困難。場地位于巖溶區(qū)，存在土洞、溶洞、溶蝕裂隙、溶槽等現(xiàn)象，施工中易出現(xiàn)漏漿、偏錘、孔壁坍塌，混凝土充盈系數(shù)過大等現(xiàn)象，施工中應(yīng)引起重視。

4）人工挖孔樁。本場地基巖埋藏較深，地下水量較大，含強(qiáng)透水層礫砂層，施工安全風(fēng)險大，不建議采用該樁型。

經(jīng)比選，本項(xiàng)目塔樓部分采用旋挖成孔灌注樁，樁徑1 800 mm，樁長32～55 mm，樁尖入微風(fēng)化大理巖，全截面入巖深度≥0.5 m，巖面傾斜時入巖深度從最低點(diǎn)起算，巖面起伏較大處樁端全截面入巖深度不小于0.5倍樁徑，單樁豎向抗壓承載力特征值為32 000 kN。裙房及地下室部分采用新型擴(kuò)底旋挖成孔灌注樁，樁徑800 mm，樁長20 m，樁尖入⑥層或⑦層，單樁豎向抗拔承載力特征值為2 200 kN。

4 樁身設(shè)計

4.1 樁身構(gòu)造

新型擴(kuò)底灌注樁樁身構(gòu)造包括鋼筋籠、注漿擴(kuò)底裝置。注漿擴(kuò)底成形后包含鋼筋混凝土樁身以及水泥砂漿漿體擴(kuò)大頭（圖2）。注漿擴(kuò)底裝置由注漿管和束漿袋組成，擴(kuò)底注漿管數(shù)量為2根，位于雙層束漿袋內(nèi)。

圖1 項(xiàng)目效果圖

圖2 新型擴(kuò)底灌注樁示意

4.2 束漿袋

束漿袋一般選用一等品篷蓋用維綸染色防水帆布制作，為雙層密閉維綸帆布袋，設(shè)計高度一般取6～12 m，設(shè)計直徑取樁身有效直徑外擴(kuò)0.4 m。束漿袋的兩側(cè)各設(shè)置1個袖口，便于注漿管插入。

4.3 注漿管

注漿管采用1英寸（標(biāo)稱直徑25 mm）的黑鐵管，于樁身對稱位置設(shè)置2根，接頭采用機(jī)械連接，接頭處纏繞止水膠帶，注漿管隨鋼筋籠同時下放，并做注水試驗(yàn)以防漏水。注漿管與鋼筋籠采用鐵絲綁扎固定，綁扎間距為2 m，注漿管上端高出地面0.5 m，上口用堵頭封閉，下端與單向閥式注漿器相連，注漿器插至束漿袋底部。

4.4 注漿

本項(xiàng)目單樁注漿總水泥用量約為2 t，注漿采用P·O 42.5水泥配制的漿液，水灰比為0.55。灌注樁成樁后的7～8 h，采用清水進(jìn)行開塞，開塞壓力0.8～1.2 MPa，開塞后立即停止注水；注漿作業(yè)在成樁24 h后開始，注漿以注漿量控制為主，注漿壓力控制為輔，注漿壓力不宜大于2.0 MPa。為防止壓力過大造成束漿袋損壞，注漿分3次進(jìn)行，每次注漿量為總注漿量的1/3，中間間隔15～20 min，如中途壓力達(dá)到1.5 MPa，應(yīng)暫停注漿，待15～20 min后，再次注漿，直至設(shè)計注漿量，確保壓注完成。

5 施工工藝及試樁

5.1 新型擴(kuò)底灌注樁施工工藝

新型擴(kuò)底灌注樁總體施工工藝與旋挖（鉆孔）灌注樁相同，只是增加了注漿擴(kuò)底環(huán)節(jié)[3]。注漿擴(kuò)底工藝機(jī)理同“旁壓試驗(yàn)”，即樁身施工完成后，將高壓水泥砂漿注入預(yù)先安裝在樁身底部的防水帆布袋中，迫使帆布袋及周圍土體擴(kuò)張，待水泥漿固化以后，最終在樁身底形成擴(kuò)大頭，與此同時樁周土體也得到了擠密強(qiáng)化，樁承載力得到提高。新型擴(kuò)底灌注樁的施工流程如下：

1）利用旋挖（鉆孔）灌注樁施工工藝成孔。

2）在鋼筋籠底部安裝擴(kuò)底注漿裝置。

3）將帶有擠擴(kuò)裝置的鋼筋籠下放。

4）灌注混凝土并進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。

5）注漿，形成擴(kuò)底樁，對周圍土體擠壓，最終在灌注樁底端形成水泥砂漿漿體擴(kuò)大頭，可以大幅提高樁土咬合作用[4]。

5.2 試樁

本項(xiàng)目裙房及地下室區(qū)域提供了2種抗拔樁型（灌注樁和新型擴(kuò)底灌注樁），根據(jù)GB 5007—2011《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》規(guī)定，分別做3組抗拔試驗(yàn)樁[5]（表1）進(jìn)行樁基承載力試驗(yàn)。抗拔試樁ZJSZ采用新型擴(kuò)底旋挖成孔灌注樁，抗拔試樁SBZ采用旋挖成孔灌注樁，樁徑均為800 mm，樁端持力層均為⑦粉質(zhì)黏土。

表1 試樁

試樁過程分析：

1）準(zhǔn)備工作：鑿除樁頭表面浮漿，焊接接長受力鋼筋，吊裝設(shè)備就位。

2）加載：分10級加載至試樁設(shè)計值→繼續(xù)加載至鋼筋極限承載力→慢速維持荷載加載法。

3）實(shí)施：普通灌注樁按300 kN/級加載，注漿擴(kuò)底樁按400 kN/級加載。

試樁結(jié)果如表2、圖3所示。

表2 單樁豎向抗拔靜載試驗(yàn)結(jié)果匯總

試樁上拔量分別達(dá)到6、10、15 mm時的加載值，擴(kuò)底樁的上拔量顯著小于普通樁。擴(kuò)底樁最大加載值6 000 kN，最大上拔量43 mm，出現(xiàn)地基破壞現(xiàn)象；普通樁最大加載值4 800 kN，最大上拔量57 mm，出現(xiàn)鋼筋拉斷現(xiàn)象。試樁結(jié)果表明，擴(kuò)底樁呈現(xiàn)出“承載力大、變形小”的特點(diǎn)，具有良好的力學(xué)性能[6]。

圖3 試樁加載值-上拔量曲線

6 工程實(shí)施

根據(jù)試樁結(jié)果，本項(xiàng)目裙房及地下室區(qū)域樁型由旋挖灌注樁優(yōu)化為新型擴(kuò)底灌注樁，樁徑保持800 mm不變，樁長由25 m減少至20 m，單根樁配筋由14φ25 mm＋ 7φ25 mm增大至20φ32 mm以提高單樁承載力，裙房區(qū)域樁數(shù)量由1 300根灌注樁減少至659根新型擴(kuò)底灌注樁（表3）。經(jīng)測算，可節(jié)省造價約1 000萬元。

表3 方案對比

7 結(jié)語

與傳統(tǒng)機(jī)械擴(kuò)底成形工藝相比，新型擴(kuò)底灌注樁具有工藝簡單、施工方便、質(zhì)量可靠、造價低廉等優(yōu)點(diǎn)。新型擴(kuò)底灌注樁新技術(shù)成功應(yīng)用于深圳某綜合體項(xiàng)目，并按規(guī)定進(jìn)行了試樁，在實(shí)際應(yīng)用中取得良好的經(jīng)濟(jì)效果，節(jié)省了灌注樁造價約1 000萬元，具有良好的推廣應(yīng)用前景。