大直徑超長(zhǎng)灌注樁后注漿工藝在碼頭工程中的應(yīng)用

◎ 高譚坤 福建省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限公司

隨著港口建設(shè)的發(fā)展，大型高樁碼頭對(duì)樁基承載力要求越來(lái)越高。灌注樁具有適應(yīng)能力強(qiáng)、穩(wěn)定性好、承載力高等優(yōu)點(diǎn)，在高樁碼頭工程中應(yīng)用非常普遍。然而樁側(cè)泥皮與樁底沉渣對(duì)其側(cè)摩阻力和樁端承載力影響較大。后注漿工藝可把原來(lái)松散土粒和裂隙膠結(jié)成具有一定強(qiáng)度的結(jié)石體，增強(qiáng)樁側(cè)土和樁端土的強(qiáng)度，從而提高樁基承載力。

1.傳統(tǒng)灌注樁施工工藝的缺陷和不足

灌注樁成孔時(shí)采用泥漿護(hù)壁，在樁側(cè)形成了一層較厚的泥皮，改變了樁土相互作用，導(dǎo)致樁側(cè)摩阻力下降，從而影響承載力。灌注樁成孔后，樁底沉渣無(wú)法100%徹底清除，不僅使樁端承載力無(wú)法充分發(fā)揮，而且還可能導(dǎo)致沉降量大大增加。

2.后注漿施工工藝的作用機(jī)理和優(yōu)勢(shì)

灌注樁后注漿工藝是指灌注樁成樁后，通過(guò)預(yù)設(shè)于樁身內(nèi)的注漿導(dǎo)管在樁端或樁側(cè)注漿，加固樁端或樁側(cè)土體的施工作業(yè)。壓力注漿根據(jù)地質(zhì)條件、注漿壓力、漿液對(duì)土體的作用機(jī)理和運(yùn)動(dòng)方式，可分為滲透注漿、壓密注漿和劈裂注漿。三種注漿方式可以是單獨(dú)的，但絕大多數(shù)情況下是三種方式相互作用。

后注漿施工工藝通過(guò)固化樁側(cè)泥皮和周圍土體，提高了持力層承載力和樁側(cè)摩阻力。群樁注漿后漿液擴(kuò)散連通固化，減少了群樁的不均勻沉降。后注漿施工工藝可有效縮短樁長(zhǎng)或減小樁徑，降低施工難度，節(jié)省投資。

3.后注漿方式

大直徑灌注樁通常采用的后注漿類型有樁端后注漿和樁端樁側(cè)復(fù)式后注漿。承受豎向荷載時(shí)，在確保后注漿施工可靠的前提下，可僅采用樁端后注漿提高其豎向承載力，若承受較大的水平荷載時(shí)，增加樁側(cè)注漿可顯著提高其水平承載性能。近年來(lái)掌握的數(shù)據(jù)表明樁底后注漿對(duì)承載力的提高幅度在22%～40%，樁端、樁側(cè)聯(lián)合注漿提高單樁承載力60%～100%。

4.工程實(shí)例分析

4.1 工程概況

福州港白馬港區(qū)坪崗作業(yè)區(qū)4#泊位建設(shè)規(guī)模為5萬(wàn)噸級(jí)散貨泊位1座，結(jié)構(gòu)受力船型為7萬(wàn)噸級(jí)散貨船。碼頭呈離岸式布置，泊位總長(zhǎng)273m，碼頭平臺(tái)寬26m，碼頭前沿線布置在天然底標(biāo)高-10.0～-28.0m，方位角為160.6°～19.4°，碼頭頂面高程+9.3m，碼頭前沿設(shè)計(jì)底高程-13.6m，碼頭平臺(tái)通過(guò)2座棧橋與后方陸域相連。

4.2 設(shè)計(jì)條件

（1）設(shè)計(jì)船型：5萬(wàn)噸級(jí)散貨和7萬(wàn)噸級(jí)散貨船；

（2）設(shè)計(jì)水位：設(shè)計(jì)高水位為7.27m（基準(zhǔn)面為當(dāng)?shù)乩碚撟畹统泵妫陀趪?guó)家85高程基準(zhǔn)面3.607m；

（3）設(shè)計(jì)波浪：本工程設(shè)計(jì)波高2.12m，周期3.3s，波長(zhǎng)17.0m；

（4）工程地質(zhì)：根據(jù)地質(zhì)勘察報(bào)告，碼頭區(qū)泥面較低，一般為-30.7～-16.4m，覆蓋層厚23.5～43.6m，下臥土層主要為淤泥、黏土和殘積土。強(qiáng)風(fēng)化花崗巖分布穩(wěn)定、連續(xù)，但其巖性較軟，樁端承載力不高，覆蓋層埋深10.3～54.8m之間有大量的孤石，巖芯較完整，呈短柱狀，局部呈碎塊狀，層厚約1.0～3.0m，重型動(dòng)力觸探擊數(shù)一般＞50擊。詳見(jiàn)表1。

表1 土的物理力學(xué)性能指標(biāo)

圖1 碼頭結(jié)構(gòu)斷面圖

（5）設(shè)計(jì)荷載：均布荷載為20kN/m2。門(mén)座起重機(jī)起重量40t，軌距12m，輪壓標(biāo)準(zhǔn)值400kN/輪，最大幅度35m。流動(dòng)機(jī)械荷載為引平板車。

4.3 碼頭結(jié)構(gòu)斷面設(shè)計(jì)

根據(jù)地質(zhì)鉆探資料，本工程碼頭所在區(qū)域，灰黃色凝灰質(zhì)砂礫巖散體狀強(qiáng)風(fēng)化層標(biāo)高在-40.1～-57.1m之間，巖面埋藏較深，綜合地質(zhì)條件、工程造價(jià)和對(duì)環(huán)境的影響等因素，碼頭采用高樁梁板式結(jié)構(gòu)。由于場(chǎng)地覆蓋層存在大量巖芯較完整的孤石，打入樁無(wú)法穿透，沉樁難度太大，碼頭結(jié)構(gòu)樁基采用灌注樁。針對(duì)本工程地質(zhì)條件復(fù)雜、基巖埋深較大，持力層巖性較軟的特點(diǎn)，樁基結(jié)構(gòu)方案采用傳統(tǒng)灌注樁和后注漿灌注樁進(jìn)行比選。

方案一：傳統(tǒng)灌注樁方案

碼頭樁基采用Φ2000mm灌注樁，樁頂上現(xiàn)澆混凝土樁帽及橫梁，橫梁上擱置軌道梁及縱梁，其上擱置預(yù)制面板，面板上現(xiàn)澆混凝土面層和磨耗層。排架間距為10m，共28榀排架，每榀排架設(shè)4根，樁端持力層為砂礫巖散體狀強(qiáng)風(fēng)化層。

方案二：灌注樁后注漿工藝方案

樁基采用Φ2000mm后注漿工藝的灌注樁，排架間距為10m，共28榀排架，每榀排架設(shè)4根直樁，樁端持力層為砂礫巖散體狀強(qiáng)風(fēng)化層，上部梁板結(jié)構(gòu)型式與方案一相同。

表2 碼頭構(gòu)件內(nèi)力匯總

表3 方案綜合比較

4.4 方案比選

方案一：

根據(jù)承載力要求，本方案Φ2000mm灌注樁樁長(zhǎng)為74.15m，樁端進(jìn)入持力層應(yīng)大于10倍樁徑，如此長(zhǎng)度的大直徑灌注樁，施工難度非常大。該方案樁基部分工程費(fèi)用約5900萬(wàn)元。

方案二：

樁基采用直徑為Φ2000mm的后注漿灌注樁，樁長(zhǎng)為63.65m,樁端進(jìn)入持力層應(yīng)大于5倍樁徑，即可滿足承載力的要求，樁長(zhǎng)縮短14%。本方案樁基部分工程費(fèi)用約5200萬(wàn)元，樁基工程費(fèi)用節(jié)約13%。

經(jīng)綜合比較，后注漿灌注樁從上部結(jié)構(gòu)內(nèi)力、樁基承載力、施工便捷、工程造價(jià)等方面對(duì)本工程最有優(yōu)勢(shì)，推薦后注漿灌注樁方案。

4.5 施工技術(shù)要求

注漿時(shí)間宜在成樁30d以內(nèi)，且樁身混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的75%或在樁身的超波檢測(cè)結(jié)束后進(jìn)行。后注漿作業(yè)開(kāi)始前，應(yīng)進(jìn)行試驗(yàn)性注漿，以確定并優(yōu)化最終的注漿參數(shù)。樁底注漿宜用注漿量與注漿壓力雙控。灌注樁施工完畢后，均應(yīng)用超聲波整體檢測(cè)法進(jìn)行檢測(cè)和低應(yīng)變動(dòng)力檢測(cè)。注漿完成20天后應(yīng)進(jìn)行承載力檢驗(yàn)。

5.結(jié)論

（1）樁端后注漿灌注樁能夠有效提高樁基承載力20%以上，減小樁長(zhǎng)，降低施工難度，縮短施工工期，節(jié)約工程投資，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益。

（2）福建沿海地區(qū)強(qiáng)風(fēng)化花崗巖巖性較軟，基巖埋深較大，持力層對(duì)灌注樁樁端承載力較低，采用后注漿工藝可有效提高灌注樁樁端承載力。因此，在類似條件的福建海港碼頭工程中大力推廣灌注樁后注漿施工技術(shù)有著重要意義和廣闊的前景，本工程實(shí)際應(yīng)用可為類似碼頭工程提供參考價(jià)值。