王景民 付振國

（河北鋼鐵集團(tuán)礦業(yè)有限公司，河北 唐山 063701）

國內(nèi)外發(fā)展概況

早在上世紀(jì)60年代初，國外就開發(fā)出解決灌注樁樁底沉渣和樁身泥皮的后注漿技術(shù)。國外的樁底后注漿裝置大體可分為以下幾種：預(yù)埋于樁底的裝有碎石的預(yù)載箱、注漿腔、U形管閥；樁側(cè)后注漿裝置為設(shè)置于鋼筋籠上的帶套袖閥的鋼管。國外灌注樁后注漿技術(shù)的特點是工藝復(fù)雜，附加費用高，樁側(cè)注漿需在成樁后2天內(nèi)通過高壓射水沖破混凝土保護(hù)層來實施。1983年，第八屆歐洲土力學(xué)與基礎(chǔ)會議論文集中有灌注樁后注漿技術(shù)論文若干篇。

我國關(guān)于灌注樁后注漿的最早報道，是交通部一航局設(shè)計院1974年在天津塘沽采用氰凝固結(jié)樁端土的試驗；80年代初，北京市建研所在灌注樁樁底設(shè)置隔離鈑，采用PVC管作為注漿管進(jìn)行后注漿試驗。上述兩單位的技術(shù)當(dāng)時是在干作業(yè)灌注樁中試驗和應(yīng)用的，因此注漿閥無需具備抵抗泥漿和靜止水壓力的功能，且樁長較短，相對簡單。90年代初，在徐州和鄭州地區(qū)有了關(guān)于后注漿技術(shù)應(yīng)用于泥漿護(hù)壁灌注樁工程的報道，前者是將2根注漿管埋設(shè)在樁底虛土的碎石中，先由一管注入清水，由另一管排除泥漿，隨后壓入水泥漿，其承載力增幅較小，后者由西南交通大學(xué)巖土所與鄭州鐵路局鄭州設(shè)計院進(jìn)行的某橋梁樁基注漿試驗，是在樁底設(shè)置橡膠囊，由帶鋼球的單向閥鋼管與注漿腔相聯(lián)，成樁后向囊中注漿，其加固機理主要靠注漿囊的膨脹壓密和擴(kuò)底作用，同時應(yīng)用套管法于成樁后12小時內(nèi)沖破混凝土保護(hù)層實施樁側(cè)注漿的試驗?？偟恼f來，上述國內(nèi)灌注樁后注漿裝置與國外技術(shù)類似，安裝較復(fù)雜，成本高，且與樁體施工有一定程度的交叉。

中國建筑科學(xué)研究院地基基礎(chǔ)研究所90年代中期研究開發(fā)的灌注樁后注漿技術(shù)，其預(yù)置注漿閥、管構(gòu)造簡單、安裝方便、成本較低、可靠性高；注漿時間限制小，不與成樁作業(yè)交叉，不破壞樁身混凝土；注漿模式、注漿量可根據(jù)土層性質(zhì)、承載力增幅要求進(jìn)行調(diào)控；注漿裝置中的鋼管可與樁身完整性檢測管結(jié)合使用、注漿導(dǎo)管可等強度取代鋼筋，降低后注漿附加費用。1999年中國建筑科學(xué)研究院制定了該企業(yè)技術(shù)規(guī)程，《灌注樁后注漿技術(shù)規(guī)程》（Q/JY14-1999）。目前，該技術(shù)已獲兩項國家實用新型專利和兩項發(fā)明專利，并被國家住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部正式納入《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》（JGJ94-2008）。

1 灌注樁后注漿技術(shù)的概念

灌注樁后注漿（post grouting for cast-insitu pile）是指在灌注樁成樁后一定時間，通過預(yù)設(shè)在樁身內(nèi)的注漿導(dǎo)管及與之相連的樁端、樁側(cè)注漿閥注入水泥漿，使樁端、樁側(cè)土體（包括沉渣和泥皮）得到加固，從而提高單樁承載力，減小沉降。灌注樁后注漿是一種提高樁基承載力的輔助措施，而不是成樁方法。后注漿的效果取決于土層性質(zhì)、注漿的工藝流程、參數(shù)和控制標(biāo)準(zhǔn)等因素。

2 灌注樁后注漿技術(shù)的基本原理

2.1 基本原理

灌注樁后注漿基本原理：一是通過樁底和樁側(cè)后注漿加固樁底沉渣（虛土）和樁側(cè)泥皮，二是對樁底和樁側(cè)一定范圍的土體通過滲入（粗顆粒土）、劈裂（細(xì)粒土）和壓密（非飽和松散土）注漿起到加固作用，從而增大樁側(cè)阻力和樁端阻力，提高單樁承載力，減少沉降。

2.1.1 滲入作用：當(dāng)漿液顆粒尺寸不大于孔隙尺寸，漿液有良好的流動性能，特別是砂層，在壓力下滲入土中孔隙。

2.1.2 劈裂作用：帶壓漿液克服土體最小主應(yīng)力面或軟弱結(jié)構(gòu)面上的初始應(yīng)力和抗拉強度，使其劈裂，漿液沿劈裂面注入土體，連續(xù)不斷地在注漿點周圍形成網(wǎng)狀漿脈。劈裂注漿一般發(fā)生在粘性土、粉土、粉細(xì)砂中。

2.1.3 壓密作用：漿液在壓力作用下，強行擠向注漿點附近的薄弱區(qū)域，形成球狀漿泡，擠壓土體，使非飽和松散土壓密。

上述三種加固作用在注漿過程當(dāng)中，大多為相互交叉綜合作用。

2.2 加固機理

2.2.1 充填膠結(jié)效應(yīng)：在砂層中實現(xiàn)滲入注漿，土體孔隙被漿液充填，散粒被膠結(jié)在一起，土體強度和剛度大幅度提高。

2.2.2 加筋效應(yīng)：在粘性土中實現(xiàn)劈裂注漿，土被網(wǎng)狀結(jié)石分割并產(chǎn)生加筋作用進(jìn)而生成復(fù)合土體。網(wǎng)狀結(jié)石的作用使復(fù)合土體強度、變形性質(zhì)大為改善。

2.2.3 固化效應(yīng)：樁端沉渣和樁側(cè)泥皮與漿液發(fā)生物理化學(xué)反應(yīng)而固化。此外，不等厚度的水泥結(jié)石固著于樁端，起到了擴(kuò)底效應(yīng)。

2.2.4 壓密效應(yīng)：土體壓密，增大了樁側(cè)、樁端阻力，對中短樁而言增強效果主要集中在樁端。

2.3 適用范圍

灌注樁后注漿工法適用于各類泥漿護(hù)壁和干作業(yè)的鉆、挖、沖孔灌注樁。

3 灌注樁后注漿工法要點

3.1 后注漿裝置的設(shè)置應(yīng)符合下列規(guī)定：

3.1.1 后注漿導(dǎo)管應(yīng)采用鋼管，且應(yīng)與鋼筋籠加勁筋焊接或綁扎固定，樁身內(nèi)注漿導(dǎo)管可取代等承載力樁身縱向鋼筋。

3.1.2 樁底后注漿導(dǎo)管及注漿閥數(shù)量宜根據(jù)樁徑大小設(shè)置，對于d≤l000mm的樁，宜沿鋼筋籠圓周對稱設(shè)置2根；對于d≤600mm的樁，可設(shè)置1根；對于1000mm

3.1.3 對于樁長超過15m且承載力增幅要求較高者，宜采用樁底樁側(cè)復(fù)式注漿。樁側(cè)后注漿管閥設(shè)置數(shù)量應(yīng)綜合地層情況、樁長、承載力增幅要求等因素確定，可在離樁底5～15m以上每隔6～12m于粗粒土層下部設(shè)置一道 (干作業(yè)成孔灌注樁宜設(shè)于粗粒土層中上部)。

3.1.4 對于非通長配筋的樁，下部應(yīng)有不少于2根與注漿管等長的主筋組成的鋼筋籠通底。

3.1.5 鋼筋籠應(yīng)沉放到底，不得懸吊，下籠受阻時不得撞籠、墩籠、扭籠。

3.2 后注漿管閥應(yīng)具備下列性能

3.2.1 管閥應(yīng)能承受1MPa以上靜水壓力；管閥外部保護(hù)層應(yīng)能抵抗砂、石等硬質(zhì)物的刮撞而不至使管閥受損。

3.2.2 管閥應(yīng)具備逆止功能。

3.3 漿液配比、終止注漿壓力、流量、注漿量等參數(shù)設(shè)計應(yīng)符合下列規(guī)定

3.3.1 漿液的水灰比應(yīng)根據(jù)土的飽和度、滲透性確定，對于飽和土宜為0.45～0.65，對于非飽和土宜為0.7～0.9(松散碎石土、砂礫宜為0.5～0.6)；低水灰比漿液宜摻入減水劑；地下水處于流動狀態(tài)時，應(yīng)摻入速凝劑。

3.3.2 樁底注漿終止工作壓力應(yīng)根據(jù)土層性質(zhì)、注漿點深度確定，對于風(fēng)化巖、非飽和粘性土、粉土，宜為3～10Mpa；對于飽和土層宜為1.2～4Mpa，軟土取低值，密實粘性土取高值；樁側(cè)注漿終止壓力宜為樁底注漿終止壓力的1/2。

3.3.3 注漿流量不宜超過75L/min。

3.3.4 單樁注漿量的設(shè)計主要應(yīng)考慮樁的直徑、長度、樁底樁側(cè)土層性質(zhì)、單樁承載力增幅、是否復(fù)式注漿等因素確定，可按下式估算：

式中ap、as-分別為樁底、樁側(cè)注漿量經(jīng)驗系數(shù)，ap=1.5～1.8，as=0.5～0.7；對于卵、礫石、中粗砂取較高值；

n-樁側(cè)注漿斷面數(shù)；

d-樁直徑(m)；

Gc-注漿量，以水泥重量計(t)。

獨立單樁、樁距大于6d的群樁和群樁初始注漿的部分基樁的注漿量應(yīng)按上述估算值乘以1.2的系數(shù)。

3.3.5 后注漿作業(yè)開始前，宜進(jìn)行試注漿，優(yōu)化并最終確定注漿參數(shù)。

3.4 后注漿作業(yè)起始時間、順序和速率應(yīng)按下列規(guī)定實施：

3.4.1 注漿作業(yè)宜于成樁2d后開始，不遲于成樁30d天后。注漿作業(yè)離成孔作業(yè)點的距離不宜小于8～10m。

3.4.2 對于飽和土中的復(fù)式注漿順序宜先樁側(cè)后樁底：對于非飽和土宜先樁底后樁側(cè)；多斷面樁側(cè)注漿應(yīng)先上后下；樁側(cè)樁底注漿間隔時間不宜少于2h。

3.4.3 樁底注漿應(yīng)對同一根樁的各注漿導(dǎo)管依次實施等量注漿。

3.4.4 對于樁群注漿宜先外圍，后內(nèi)部。

3.5 當(dāng)滿足下列條件之一時可終止注漿：

3.5.1 注漿總量和注漿壓力均達(dá)到設(shè)計要求。

3.5.2 注漿總量己達(dá)到設(shè)計值的75%，且注漿壓力超過設(shè)計值。

3.6 出現(xiàn)下列情況之一時應(yīng)改為間歇注漿，間歇時間宜為30～60min，或調(diào)低漿液水灰比：

3.6.1 注漿壓力長時間低于正常值。

3.6.2 地面出現(xiàn)冒漿或周圍樁孔串漿。

3.7 后注漿施工過程中，應(yīng)經(jīng)常對后注漿的各項工藝參數(shù)進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)異常應(yīng)采取相應(yīng)處理措施。

3.8 后注漿樁基工程質(zhì)量檢查和驗收應(yīng)符合下列要求：

3.8.1 后注漿施工完成后應(yīng)提供下列資料：水泥材質(zhì)檢驗報告、壓力表檢定證書、試注漿記錄、設(shè)計工藝參數(shù)、后注漿作業(yè)記錄、特殊情況處理記錄。

3.8.2 在樁身混凝土強度達(dá)到設(shè)計要求的條件下，承載力檢驗應(yīng)在后注漿20d后進(jìn)行，漿液中摻入早強劑時可于注漿完成15d后進(jìn)行。

3.8.3 對于注漿量等主要參數(shù)達(dá)不到設(shè)計時，應(yīng)根據(jù)工程具體情況采取相應(yīng)措施。

3.9 承載力估算

3.9.1 灌注樁經(jīng)后注漿處理后的單樁極限承載力，應(yīng)通過靜載試驗確定，在沒有地方經(jīng)驗的情況下，可按下式預(yù)估單樁豎向極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值：

式中 qsjk、qsik、qpk-后注漿非增強段極限側(cè)阻力、增強段極限側(cè)阻力和極限端阻力標(biāo)準(zhǔn)值，按JGJ94-2008或有關(guān)地方標(biāo)準(zhǔn)取值；

Lj、Lgi-后注漿非增強段第j層土厚度、增強段第i層土厚度；

U、Ap-樁身周長和樁底面積；

βsi、βp-后注漿側(cè)阻力、端阻力增強系數(shù)，按JGJ94-2008或有關(guān)地方標(biāo)準(zhǔn)取值。

3.9.2 在確定單樁承載力設(shè)計值時，應(yīng)驗算樁身承載力。

4 工程應(yīng)用實例

4.1 工程概況

某綜合樓主樓高度接近77m，主體建筑地面上為16層，地下1層為人防物資儲備庫及設(shè)備間。建筑物特征見附圖01。與主體結(jié)構(gòu)直接關(guān)聯(lián)的裙房只有2層，兩者的結(jié)構(gòu)底部豎向荷載存在顯著差異。在建筑方案和結(jié)構(gòu)布局已經(jīng)確定條件下，有效減少主體結(jié)構(gòu)與直接關(guān)聯(lián)裙房的整體地下室沉降差異是設(shè)計面臨的重要問題。解決上述問題的主要措施有：

4.1.1 將高樓主體與裙房結(jié)構(gòu)徹底分開，顯然當(dāng)前的建筑方案和功能布局是不允許的，有悖于投資方的原始意圖。

表1 鉆孔灌注樁基設(shè)計參數(shù)及極限承載力一覽表

表2 單樁豎向極限承載力值提高統(tǒng)計一覽表

4.1.2 將高樓主體與裙房結(jié)構(gòu)采用2道混凝土后澆帶臨時分開，如附圖所示，待高樓主體封頂完成重力荷載作用下總沉降的80%～90%后再封閉混凝土后澆帶。當(dāng)采用傳統(tǒng)灌注樁時，估計施工期間高樓主體的基礎(chǔ)沉降約100mm?；娱_挖至主樓封頂需要7～8個月時間，此間基坑降水不應(yīng)停止，持續(xù)基坑降水的安全性不容忽視。因為巖土勘察的抽水試驗報告揭示，抽水試驗期間該項目東臨的110kV變電站和水池地基穩(wěn)定性均受到明顯影響。長期基坑降水可能會威脅臨近變電站和水池的結(jié)構(gòu)安全及正常使用，也可能誘使臨近的排洪河水大量涌入基坑導(dǎo)致新的風(fēng)險發(fā)生。另據(jù)勘察報告估算，基坑降水需要約20眼井點，深18m，長期基坑降水的費用也不容忽視。

4.1.3 對傳統(tǒng)灌注樁實施后注漿處理技術(shù)。該技術(shù)特別適用于以承受豎向荷載為主的大直徑灌注樁，主要目的是減少孔底沉渣松散導(dǎo)致基樁沉降過大的先天缺陷。通過對灌注樁的壓漿后處理，可以避免在主體與裙房之間設(shè)置沉降縫，可以減少由于在地下室設(shè)置混凝土后澆帶使地下室存在可能滲漏的隱患（地下室防水等級為2級），還可以防犯長期基坑降水可能誘發(fā)的上述風(fēng)險，減少基坑降水費用。

經(jīng)過上部結(jié)構(gòu)分析，主樓基樁的極限承載力約需要10000kN。主樓基礎(chǔ)采用大直徑灌注樁，并選擇穩(wěn)定的強風(fēng)化巖作為樁端持力層。

根據(jù)巖土工程勘察報告，本場地地質(zhì)條件見工程地質(zhì)剖面圖02和綜合地層柱狀圖03，各巖土層樁基設(shè)計參數(shù)見下表：

按上述設(shè)計參數(shù)，主樓基礎(chǔ)配置Ф1000mm傳統(tǒng)灌注樁約130根，考慮基坑埋深，樁頂設(shè)計標(biāo)高為-2.10m。按12號鉆孔、14號鉆孔和31號鉆孔資料進(jìn)行估算，當(dāng)取有效樁長26.5m時，單樁承載力極限值為10097～10333kN，滿足設(shè)計要求。

4.2 鉆孔灌注樁后注漿設(shè)計

由于該項目投資要求從嚴(yán)控制，不得突破總概算計劃。所以，為滿足結(jié)構(gòu)設(shè)計要求又要減少基礎(chǔ)投資，決定采用國內(nèi)比較成熟的先進(jìn)技術(shù)，即灌注樁后注漿技術(shù)。

根據(jù)灌注樁后注漿技術(shù)已在北京、天津、上海、福州、汕頭、武漢、宜春、濟(jì)南、廊坊、西寧、西安、德州、哈爾濱等地的高層、超高層建筑樁基工程中應(yīng)用的成功經(jīng)驗，在優(yōu)化工藝參數(shù)的條件下，可使單樁極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值提高40%～120%，粗粒土增幅高于細(xì)粒土，樁側(cè)、樁底復(fù)式注漿高于樁底注漿，樁基沉降減小30%左右的參考依據(jù)，大膽選用鉆孔灌注樁進(jìn)行后注漿設(shè)計，并按承載力提高25%、采用樁徑為Ф800mm、有效樁長為25.5m的樁進(jìn)行試驗。按設(shè)計要求，先打3根試樁和12根錨樁（錨樁均做為工程樁），并對3根試樁進(jìn)行單樁豎向靜載荷試驗和高應(yīng)變動力檢測，且對所有試驗基樁都進(jìn)行試驗前后的低應(yīng)變檢測。見主樓試樁平面布置圖04。

靜載荷試驗和高低應(yīng)變檢測結(jié)果表明：3根試樁靜載試驗加荷至12000KN，最大沉降量 11.90～20.48mm，最 大 回 彈 量 0.57～0.85mm，其單樁單樁豎向抗壓極限承載力≥12000KN；高應(yīng)變動力檢測單樁豎向抗壓極限承載力12151～12881KN；低應(yīng)變法檢測其試驗前后試樁及錨樁全部為Ⅰ類完整樁。所以，采用鉆孔灌注樁后注漿技術(shù)，并以第○14層強風(fēng)化混合花崗巖作樁端持力層，滿足設(shè)計提出的單樁豎向抗壓極限承載力要求。

經(jīng)三組靜載荷試驗和高應(yīng)變動力檢測，灌注樁經(jīng)后注漿，其實測單樁極限承載力平均值達(dá)1200KN以上，承載力提高了50%以上。

通過靜載荷試驗和高應(yīng)變法檢測獲得單樁豎向極限承載力值提高統(tǒng)計見下表：

4.3 主要施工工藝

4.3.1 本工程采用樁端和樁側(cè)復(fù)式后注漿。鉆孔灌注樁為通籠，后注漿導(dǎo)管對稱布置2根到底，樁側(cè)注漿為一道，深度為地面下15m。注漿鋼管的連接采用外套粗鋼管焊接連接，鋼管連接后不得滲漏。注漿鋼管頂端需套絲，并用管箍、管堵封口。注漿鋼管與鋼筋籠加勁箍筋用14號鐵絲綁扎固定，嚴(yán)禁采用焊接。注漿鋼管上端高出鋼筋籠頂不小于300mm，高出樁基施工面不小于500mm。樁底注漿鋼管下端采用焊接安裝注漿管閥，樁側(cè)注漿鋼管下端采用套絲安裝三通與樁側(cè)注漿閥相連。焊接時嚴(yán)禁燒壞注漿管閥的保護(hù)層，注漿管閥底端與鋼筋籠底齊平。

樁側(cè)注漿于成樁后2天開始，樁底注漿于樁側(cè)注漿后3～12小時開始。樁端注漿設(shè)計壓力為2～4MPa；樁側(cè)注漿設(shè)計壓力為1.5～2MPa；注漿流量控制在 30～50L/min；水灰比0.6～0.7；注漿設(shè)計水泥用量：樁端 1.5t/根，樁側(cè) 0.75t/根。

4.3.2 注漿管制作。在制作鋼筋籠的同時制作注漿管，注漿管采用直徑為25mm的鍍鋅鋼管，接頭用絲扣連接，兩端采用絲扣封嚴(yán)。壓漿管的最下部200mm制成注漿噴頭。用鉆頭在該部分均勻鉆出4個排泄?jié){孔（每排4個孔，孔距50mm，孔徑4mm）。再用圖釘將泄?jié){孔堵嚴(yán)，外面套上同直徑的自行車內(nèi)胎并在兩端用膠帶封嚴(yán)，注漿噴頭就形成了一個類似單向閥的裝置（見后注漿噴頭結(jié)構(gòu)圖05）。當(dāng)注漿時壓漿管中壓力將車胎迸裂、圖釘彈出，水泥漿通過泄?jié){孔與圖釘之間的孔隙壓入土層中，而混凝土灌注時該裝置又保證混凝土中水泥漿不會將壓漿管堵塞。

4.3.3 特殊情況處理。水泥漿從樁側(cè)溢出、周圍樁串孔、注漿壓力長時間低于正常值，應(yīng)改為間歇注漿，間歇注漿至水泥壓入量滿足設(shè)計值，間歇時間30～180分鐘。間歇注漿時可適當(dāng)降低水灰比，當(dāng)間歇時間超過60分鐘時應(yīng)壓入清水清洗導(dǎo)管和管閥。樁側(cè)注漿量未達(dá)到設(shè)計要求時，可按其不足量的1.2倍由樁端補入。

4.4經(jīng)濟(jì)效益

按傳統(tǒng)鉆孔灌注樁設(shè)計，樁徑為Ф1000mm，有效樁長為26.5m，單樁混凝土體積20.81m3，單樁承載力極限值為10097～10333kN。其工程估算造價C1=20.81m3/根×1100元/m3×130根＝2975830元＝297.58萬元；當(dāng)采用后注漿技術(shù)時，主樓基礎(chǔ)配置Ф800灌注樁約130根，有效樁長25.5m，單樁混凝土體積12.75m3，單樁承載力極限值＞10000kN。其工程估算造價 C2=（12.75×1100＋3350）×130＝2258750 元＝225.88萬元；造價差C1－C2=297.58－225.88=71.7萬元（其中 3350元/根是后注漿費用）。

對主樓灌注樁實施后注漿處理技術(shù)，不僅縮小樁徑與有效樁長，還縮短了降水工期，具有明顯的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益。

結(jié)束語

樁底、樁側(cè)后注漿是將注漿技術(shù)與灌注樁技術(shù)的有機結(jié)合，該技術(shù)的基本原理是在成樁后將水泥漿通過預(yù)設(shè)于鋼筋籠上后注漿裝置注入樁側(cè)、樁底，固化沉渣和泥皮，并使樁側(cè)樁底一定范圍的土體得到加固。

樁側(cè)、樁底后注漿裝置構(gòu)造簡單、便于操作、適用性強、可靠性高、附加費用低、不影響樁基施工流程等?？衫妙A(yù)埋于樁身的后注漿鋼導(dǎo)管進(jìn)行樁身完整性超聲檢測，注漿用導(dǎo)管可取代等承載力樁身縱向鋼筋。

灌注樁后注漿技術(shù)，由于具有特定的加固作用，不但減小了樁的長度與樁徑，還提高了樁的極限承載力和減少了樁的沉降量，從而改善了樁的工程性狀，降低了工程造價。所以，灌注樁后注漿技術(shù)是一項工藝簡單、投資較少但能創(chuàng)造較高經(jīng)濟(jì)效益的施工技術(shù)，值得推廣。

[1]灌注樁后注漿技術(shù)規(guī)程（Q/JY14-1999），中國建筑科學(xué)研究院，1999.

[2]工程地質(zhì)手冊（第四版）.中國建筑工業(yè)出版社，2007.

[3]建筑樁基技術(shù)規(guī)范（GJG 94-2008）.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2008.

[4]楊德強.鋼筋混凝土灌注樁后壓漿施工技術(shù)研究[J].工程勘察，2008.11.