后注漿灌注樁在港口工程中的應用

李淑龍

(山東港通工程管理咨詢有限公司青島分公司，山東 青島 266000)

傳統的水運工程中，灌注樁是一類常見的、應用廣泛、工藝比較成熟的樁型。隨著我國航運事業的深化發展，對于新建碼頭的承載能力的要求也在逐步的提高。后注漿技術作為傳統樁基施工過程中的一類輔助工藝，對于減緩樁基沉降、提高樁基承載能力有良好促進作用，因而廣泛應用于采用鉆孔灌注樁的碼頭建筑的施工過程中。由于后注漿灌注樁運用時間不長，相關的理論研究數據還不全面，因此綜合研究分析其在各類碼頭工程中的實際作用效果，對于其在具體碼頭建設工程中的應用和施工具有重要意義。

1 后注漿灌注樁的性能分析

樁基的承載力直接決定了碼頭的負荷能力，尤其是對于地質條件較為特殊的碼頭工程，樁基的可靠性是考量碼頭結構合理性的重要內容。鉆孔灌注樁由于適用于持力層為黏土層的環境，因此在軟土地質環境中得到了持續性推廣。

1.1 承載力分析

傳統的鉆孔灌注樁很難適應更為復雜施工條件，以泥漿護壁法為例，鉆孔技術的應用會導致孔底出現沉渣，樁側會因為泥漿護壁的建設形成而生成泥膜，這兩種現象都會導致樁側的摩擦阻力和端阻力下降，影響了樁本身的承載力。

根據地基建造標準，灌注樁的垂直負荷能力一般按照下式估算：

其中：R- 豎向上的單樁負荷特征值；

qsia，qpa- 側向阻力、端向阻力特征值；

Up，Ap- 周長、截面積；

Li- 灌注樁所處的第i 層的土層厚度。

而針對后灌注樁，根據大量實測數據總結出的豎向經驗負荷能力估算公式為：

其中：Quk- 修正后的灌注樁單樁極限負荷；

Qsk1，Qsk2- 未注漿部分樁側阻力和樁端上返回阻力

QPK- 采用壓力注漿后的樁端阻力；

通過分析大量的灌注樁應用工程的實際負荷測試結果數據，得到的針對不同類型的地基相關系數如表1 所示。

表1 后灌注樁不同土質條件下的經驗修正系數

由此可見，針對地質環境各不相同的建筑工程，樁側阻和樁端阻修正系數在正常情況下都是大于1.5 的，足以抵消小于1的注漿量擬合系數對于最終計算結果的影響。這代表了在工程項目中，樁端和樁側阻力對于樁負荷能力的影響切實被此技術的應用削減了。這種現象的產生主要是由于采用后灌注漿技術提高了傳統鉆孔灌注樁的負荷支撐層的強度，增大了灌注樁端側的受力面積，在同樣負荷條件下降低了樁的負荷壓強，因此提升了樁本身的負荷能力。[2]

1.2 沉降性對比

后注漿技術有利于防止樁側“泥膜”現象的產生，同時對于樁底沉渣的出現也有抑制作用，這既能優化灌注樁的承載性能，又能提升灌注樁底部的土層承載模量，從而緩解整體沉降。

以總長度為30 米，直徑為1 米的傳統灌注樁為基礎，建立簡化的承載模型，對于不同工藝的樁基在不同負荷條件有效服務期內的穩定的沉降數值的模擬結果如圖1。

圖1 沉降模擬結果數據分析圖

可見，在同等的負荷要求時，增加灌注半徑可以使得樁基沉降高度逐漸降低，而在負荷逐步增加時，后灌注樁的沉降高度增幅卻逐漸放緩。這說明了后灌注漿技術能提高樁基抗沉降的性能，承載的壓力轉移到樁端的時候，樁基的應力會因為采用灌注漿技術增大了承載面而逐漸衰減，從而減弱了樁基受負荷作用而產生的沉降。

2 后注漿灌注樁的應用分析

隨著我國碼頭結構的不斷發展，逐漸出現了許多承載力要求高、樁基受力復雜、結構綜合性強的現代化大型碼頭。這類碼頭施工工藝復雜，對于施工效果要求較高，豎向的受力對于碼頭縱向負荷能力尤其是樁基負載力提出了更高的要求。同時，為了避免碼頭樁基運作過程中由于負荷超載而產生結構性損傷，還需要樁基有較好的抗彎性能和水平承載力，對于沉降量也有明確的控制要求，以保證碼頭在服務期內的正常運行。因此，在碼頭工程中，后注漿技術由于能夠提高碼頭結構的負載能力、保證碼頭在復雜受力環境中的穩定性而得到了推廣應用。

2.1 作用原理與適用范圍

在碼頭工程中，后灌注漿技術主要是在灌注樁形成后，于壓力條件下在樁段和樁側面通過設定好的注漿導管導入灌注漿液，從而實現對于樁端和樁側土層基礎的加固。目前常見的注漿方式包括滲透注漿、劈裂注漿和壓密注漿，這三種方式對于地基的作用機理各不相同，但是在實際工程中，可以聯合采用，以提高加固效果。碼頭建筑工程中最常用的方式為第二種。這是由于在這種注漿工藝的實施過程中，漿體壓力高于土體耐壓而產生劈裂效果。具體體現為土層中出現裂縫，對于漿液的需求量快速增大，由于超過土體的初始應力和抗延展性能而出現網狀的注漿脈絡并從注漿點不斷向四周拓展。通過擠壓土層和漿液自身形成的支撐性骨架而實現對土體產生加筋強化與整體固化。雖然這類技術適用廣泛，能應用于大多數的地質環境和基礎建設中，但是由于碼頭工程的樁基施工大多是水下施工，因此主要應用于成孔樁的成樁過程中，也適用于采用循環鉆、潛水鉆或者沖擊鉆成孔的各類灌注樁的施工過程中。一般來說，在相同的環境中，短樁相較于長樁的實用性要更好一些，但是在某些特殊工程中為了滿足特定的受力需求也會采用大直徑的長樁。[4]

2.2 具體施工流程與要點

在施工過程中，影響工藝作用效果的設計因素主要是漿液灌注量、灌注壓力與速度。究其根本是由于鉆孔樁后注漿工藝的決定性環節是實現漿液抵達樁端面和周圍土層，從而加固基體和泥皮。

樁端和樁側的后注漿技術的施工過程與技術特征區別不大，以下以碼頭工程中的樁端施工為例，流程如圖2。

圖2 樁端后注漿技術的工藝流程圖

其中成孔過程的選擇需要考慮實際工程的地質條件，尤其是土層類型和水位條件，比較常見是泥漿護壁法與沖擊鉆法。注漿過程多依靠壓力裝置實現，一般使其附著在鋼筋籠上，隨著鋼筋籠一起放入孔中，但是有時候也在放入鋼筋籠后，安裝在樁孔的底部。根據常規的施工要求，當鋼筋混凝土的強度達到樁端的壓力的四分之三時，需要調整注漿方法，根據不同的壓力差，分單次或者多次向樁端注漿。

2.3 施工中常見的問題和解決方法。

在實際的施工過程中，設計參數處理不當或者施工的操作問題都會引發導管堵塞、漿液斷流、注漿量與壓力不達標等問題，會嚴重影響后注漿工藝的加固效果。引起導管堵塞的因素除了導管和注漿泵頭自身設計不合理、質量不達標而導致連接不嚴密等，還可能是由于施工過程中的機械運動擠壓或者碰撞導管導致導管變形引起的。此外基坑開挖與開塞注漿過早也有可能會堵塞導管。堵塞對于單管注漿工程影響最大，因此應該設置實驗備用管，如果全部堵塞，則需要用專用的打孔機重新打注漿孔，或者可以重新設計碼頭受力模型調整單樁承載量。[5]

漿液斷流分為主動斷流和被動斷流。第一種情況主要是由于施工中的意外或者參數失常而主動實施控制，如發現漏漿現象和溢流現象時，現場都會停止灌漿，重新排查設備與相關參數。被動中斷主要是由于斷水斷電、漿液不足或者設備問題而導致的突然斷流，這種停頓會對注漿效果產生不良影響，停頓時間不能超過控制時間。在恢復注漿后首先應該將導管清洗到原深度再重新進行灌注。漿液濃度逐漸增大，慢慢恢復到之前的水平。此時如果出現壓力上升而注漿量減小的情況，必須立刻停止重新進行導管的清洗。

3 結論

3.1 本文通過分析經驗參數，對比了后注漿技術對樁基的承載力和沉降性能影響。后注漿技術能有效的提高灌注樁承載力、增加承載面、減緩樁基沉降，在碼頭工程中具有應用優勢。

3.2 后注漿技術對施工的控制要求更細致。本文分析注漿技術的原理與適用工況，總結了典型的后注漿技術的施工工藝和常見的問題，針對導管堵塞和斷流現象做了重點分析，提出了解決思路，為后注漿技術的實際應用提供了參考和幫助。