地基處理中后壓漿混凝土灌注樁技術應用初探

張良

（河北建設勘察研究院有限公司，河北 石家莊 050000）

1 提高地基承載力的理論分析

1.1 樁側阻力

關于混凝土灌注樁后壓漿技術對灌注樁樁側阻力影響的相關理論基本一致，即后壓漿技術可增加混凝土灌注樁樁側阻力。理論指出，當注漿方式為樁側注漿時，可增加樁側阻力；當注漿方式為樁底注漿時，同樣可提高樁身側阻力。混凝土灌注樁樁側注漿時，水泥漿液從注漿管預留孔洞向四周噴射擴散，樁身周圍土體得到改善，但隨著灌注樁埋深增加，樁身周圍土體固結作用愈發明顯，導致注漿困難。采用樁側面壓漿方式壓入的水泥漿液更容易沿著樁長方向向上擴散，混凝土灌注樁樁側阻力提升效果顯著。

樁底注漿提高樁端承載力比較好理解，但樁底注漿也的確可以增加樁身側阻力，且樁側阻力增強的范圍基本在注漿管開孔處往上10m,樁底注漿的壓力和注漿量決定了樁側阻力的影響范圍。樁體周圍的土質條件、后壓漿漿液材料及注漿壓力等決定了樁身側阻力的大小。有研究表明，后壓漿技術在混凝土灌注樁應用后，對樁身側阻力的影響效果高于對樁端阻力的影響效果，且影響效果的差異隨著樁身長度的增加愈發明顯。當混凝土灌注樁受到豎線荷載作用時，樁身四周土體沿著豎線荷載作用方向向下移動，與樁身距離近的土體移動位移大于與樁身距離遠的位移，土體的位移差讓樁體周圍土體產生了剪切變形，繼而形成了剪切應力，而剪切應力沿著樁徑方向逐漸降低。研究表明，在距離樁中心大約12倍樁直徑的位置，該剪切應力降為0。

綜上所述，可以確定混凝土灌注樁后壓漿技術增加樁身側阻力的影響機理包括以下方面：

1）注漿液破壞了樁身周圍土體原有的泥皮結構，增加了樁身與周圍土體的摩擦系數，繼而增加了混凝土灌注樁樁側極限阻力數值。2）注漿過程產生的固化效應增加混凝土樁身周圍土體的變形模量，繼而增加混凝土灌注樁樁身側阻力極限數值。3）壓入的漿液增加了樁身與樁周圍土體接觸面積的同時，也起到了擠密樁周圍土體的效果，繼而增加了混凝土灌注樁樁側極限阻力數值。

1.2 樁端阻力

后壓漿技術是通過增加混凝土灌注樁樁端受力面積和加固樁端土體來增加樁端承載力的。當樁端持力層為粗顆粒土體時，后壓漿技術可以顯著增加混凝土灌注樁承載力；當樁端持力層為細小顆粒土體時，后壓漿技術也可以增加混凝土灌注樁承載能力，但是效果不如持力層在粗顆粒土體時那樣明顯。此外，研究表明，混凝土灌注樁樁端承載能力與樁周圍土體抗剪切能力正相關，土體抗剪切能力越大，其樁端承載能力越強。基于此，可以確定混凝土灌注樁后壓漿技術增加樁端阻力的影響機理包括以下方面：

1）混凝土灌注樁樁端后壓漿進一步清除了樁底因二次清孔和灌注殘留的沉渣，將因樁底存在沉渣而產生的“軟墊效應”的不利影響降到最低。2）混凝土灌注樁后壓漿漿液增加了樁底土體抗剪切能力，繼而增加了混凝土灌注樁樁端極限承載力數值。3）樁端后壓漿壓入的水泥漿液增大了混凝土灌注樁樁端直徑，增加了樁端土體的受力面積，繼而提高了混凝土灌注樁承載能力。

2 工程地質概況

以某工程為例，依據項目勘察報告可知，該項目共完成勘探點75個，勘探點類型包括取土試驗孔、標準貫入試驗孔、鑒別孔、探井等，其中，取土孔31個，標貫孔23個，鑒別孔19個，探井2個。

土層自上而下分別是：①層素填土：褐黃色，稍濕，稍密。以粉土為主，僅在個別鉆孔可見。②層黃土狀粉土：褐黃色，稍濕～濕，中密為主，局部稍密。含銹染，局部為粉質粘土薄層。屬中壓縮性土。粘粒含量平均值ρc＝13.1%。③層黃土狀粉質粘土：黃褐色，可塑～軟塑，局部堅硬。含小姜石、鐵錳氧化物，局部夾粉土薄層。屬中～高壓縮性土。④層粉土：褐黃色，稍濕～濕，中密為主，局部稍密。見銹染，局部夾粉質粘土薄層。屬中壓縮性土。粘粒含量平均值ρc＝10.8%。⑤層粉細砂：灰白～灰黃色，稍濕，中密。成分以石英、長石為主。標貫實測擊數平均值N＝16.8擊。⑥層粉土：褐黃色，稍濕～濕，中密～密實。含姜石、鐵錳氧化物，局部夾粉質粘土薄層。屬中壓縮性土。粘粒含量平均值ρc＝12.3%。⑦層粉土：褐黃色，稍濕～濕，中密～密實。含云母、銹染、砂粒，局部夾粉質粘土薄層或細砂薄層。屬中壓縮性土。粘粒含量平均值ρc＝12.4%。⑧層卵石：雜色，不規則圓形，成分主要為硬質砂巖，其間布有中粗砂填充。卵石礫石直徑大約在50～60mm，直徑大于20mm的礫石顆粒總重量占全部重量的61%，該層未揭穿。

天然地基承載力的修正根據GB 50025-2004《濕陷性黃土地區建筑規范》第5.6.5 條計算。②層黃土狀粉土承載力特征值fak=110kPa。地基承載力fa=fak+ηbγ(b-3)+ηdγm(d-1.50)，式中，ηb取0.2，ηd取1.25，γ取17.8kN/m3，γm取18.0kN/m3，考慮地下車庫對主樓基礎埋深的影響，d取折減深度1.5m。計算結果fa為120.68kPa，fa＜Pk=360kPa且fa＜Pk=230kPa，天然地基承載力不能滿足要求，需進行地基處理。綜合勘察報告和以往工程設計施工經驗，該地基處理項目采用混凝土灌注樁進行施工。

3 注漿工藝

3.1 注漿方案

正式施工前需進行試樁處理，試樁過程中，對1#、2#混凝土灌注試驗樁進行后壓漿技術處理，對3#、4#混凝土灌注試驗樁不做后壓漿處理，進行靜載對比試驗。試樁工程的注漿方案采用聯合壓漿法作業。1#、2#、3#、4#四個試樁直徑均為1m，試樁樁長統一為29m。試樁工程的注漿管采用鍍鋅管材質，注漿管直徑2.56cm，每根樁沿鋼筋籠骨架延長方向對稱布置兩根注漿管。在注漿管埋設前，于注漿管管端每隔0.5m布置1個灌漿眼，共布置4個，每個注漿眼的直徑為6mm。在下設鋼筋籠之前，要對注漿眼進行封堵。

3.2 注漿參數

1）注漿時間。后壓漿作業正式施工前需對壓漿管道進行疏通，一般疏通壓漿管道要在混凝土灌注樁完成后的第3天進行，疏通管道后的第2天即可進行壓漿作業。之所以要在灌注樁成樁后一段時間再進行壓漿作業，是為了讓混凝土樁身形成一定的強度，避免注漿對樁身造成破壞。

2）漿液配比。該試樁工程水泥漿液的水灰比為0.6，水泥為普通硅酸鹽水泥，型號為425水泥，試樁項目注漿液的減水劑采用聚羧酸減水劑，減水劑摻入量為0.6%。

3）注漿量和注漿壓力。該試樁項目的注漿量理論值為5.6m3，注漿過程中實際測得注漿量為6.8m3，理論值與實際值偏差在可控范圍內。該試樁項目的理論樁端注漿壓力為2.8MPa，實際注漿過程中測得注漿壓力為3.7MPa，理論值與實際值偏差在可控范圍內。

4 靜載試驗

4.1 加載方式

快速維持荷載和慢速維持荷載是現階段常用的兩種靜載試驗方法。慢速維持荷載法思路是在試驗樁樁頂分批加載相同質量的壓塊，當地基沉降量不變或者地基沉降量突然增加后立即停止加載壓塊，停止加載后分級卸載。快速維持荷載法思路是不考慮每次加載后地基沉降的穩定情況，而是按規定時間間隔持續加載壓塊，當地基沉降量不變或地基沉降量突然增加后立即停止加載，而后分級卸載。快速維持荷載靜載方法主要應用于樁基礎工程質量驗收，而慢速維持荷載靜載方法主要應用在為設計提供基礎數據的樁基檢測。顯然，該試樁工程應采取慢速維持荷載法。

4.2 試驗儀器

該試樁工程靜載試驗的加載裝置采用油壓千斤頂，該油壓千斤頂的反力裝置根據施工現場具體條件選擇錨樁橫梁反力裝置。靜載試驗的測力裝置選用100t的油壓千斤頂加壓，載荷板采用1m2的方形鋼板和0.87m2的圓形鋼板。

4.3 試驗結果

混凝土鉆孔灌注樁（3#、4#）靜載試驗Q-S曲線見圖1。

圖1 混凝土鉆孔灌注樁（3#樁、4#樁）Q-S曲線

后壓漿混凝土鉆孔灌注樁（1#、2#）靜載試驗下的s-lgt曲線見圖2。

圖2 后壓漿混凝土鉆孔灌注樁（1#樁、2#樁）s-lgt曲線

從以上檢測結果可知，試驗樁樁端持力層均為第⑧層卵石層，采用后壓漿技術處理的混凝土灌注樁承載力大幅度提高。經計算可以確定，采用后壓漿技術處理的混凝土鉆孔灌注樁承載力較未進行壓漿處理的混凝土灌注樁承載力大約提高了50個百分點。

5 結語

綜上所述，后壓漿技術對提高混凝土鉆孔灌注樁承載力具有較大促進作用，在提高樁基承載力的同時，也表現出較好的經濟效益和社會效益。隨著對后壓漿技術的不斷研究，該技術在地基處理方面的前景會更廣闊。