王敏澤

(山西省建筑科學研究院，山西太原 030001)

灌注樁后注漿是一項保證灌注樁成樁質(zhì)量的輔助技術。注漿技術始于19世紀初，有文獻記載1961年在委內(nèi)瑞拉修建大橋時首次運用了鉆孔灌注樁的底部灌漿技術。國內(nèi)1974年在天津塘沽新港進行了氰凝固結樁間土的灌漿試驗，灌漿后樁的載荷試驗表明，單樁豎向極限承載力提高了50%。此后經(jīng)過多年的潛心研究和推廣，灌注樁后注漿技術于20世紀90年代后期得到蓬勃發(fā)展，目前此項技術已應用于全國20多個省市的數(shù)以千計的樁基工程中。相關行業(yè)標準和技術文件:JGJ 94-2008建筑樁基技術規(guī)范［1］、JTG D63-2007 公路橋涵地基與基礎設計規(guī)范［2］、《全國民用建筑工程設計技術措施》［3］等均將后注漿技術列入其中。眾多工程技術人員對不同地區(qū)灌注樁后注漿應用效果進行了總結:胡春林、李向東、吳朝暉［4］分析了漢口地區(qū)72個工程項目的186根靜載荷試驗試樁數(shù)據(jù)，根據(jù)試樁結果統(tǒng)計出漢口地區(qū)后注漿灌注樁極限承載力的增幅值及承載力提高系數(shù)分布規(guī)律，并提出相應計算公式。溫濟明［5］通過總結惠州市135根后注漿灌注樁靜載荷試驗結果，提出了后注漿灌注樁的樁側及樁端承載力提高系數(shù)，并提出相應計算公式。王衛(wèi)東、吳江斌、李進軍等［6］通過對上海地區(qū)樁端后注漿灌注樁的樁端承載特性進行研究，得出樁端后注漿技術改善了灌注樁的樁端承載特性，大幅度提高了樁端土體的承載能力和變形特性的結論。費鴻慶［7］根據(jù)大量后注漿鉆孔灌注樁設計與施工實踐經(jīng)驗，提出了西安地區(qū)后注漿鉆孔灌注樁施工質(zhì)量影響因素及對策。這些標準文件和地區(qū)研究成果為灌注樁后注漿技術的廣泛適用提供了可參考依據(jù)。但由于巖土體本身所特有的多相性，變異性和不連續(xù)性，在不同地區(qū)應用效果亦具有明顯差異，故此項技術的應用效果尚應結合當?shù)貛r土工程條件和施工工藝加以研究總結。本文結合太原地區(qū)數(shù)十項后注漿灌注樁工程的基樁測試資料，研究總結了后注漿技術在本地區(qū)的應用效果。

1 太原地區(qū)后注漿應用簡介

太原地區(qū)地處晉中平原汾河流域，受其影響，大多為沖積和洪積地層，地貌單元為從汾河Ⅰ級階地、Ⅱ級階地到階地與洪積扇的過渡區(qū)。汾河東岸Ⅰ級階地靠近河床一帶，地層以砂層為主，夾黏土、粉質(zhì)黏土，砂土厚度大。Ⅰ級階地的外側到Ⅱ級階地，地層多為粉質(zhì)黏土、粉土與細中砂互層。Ⅱ級階地外緣，地層上部多為黃土，下部多為粉土和粗礫砂等。汾河西岸Ⅰ級階地，上部一般為粉土和粉質(zhì)黏土夾砂土層，下部為中粗砂層。已有勘察資料顯示，太原地區(qū)在地表下30 m，45 m，60 m左右普遍存在一層厚3 m～10 m的砂層，為后注漿技術的應用提供了良好的地層條件。太原地區(qū)自1999年年底和2000年年初分別引進了中國建科院地基所樁側、樁端后注漿技術和西南交通大學巖土所樁端后注漿技術，十多年來已在上百項工程中得到推廣應用，取得了顯著的技術經(jīng)濟效益，目前已成為本地區(qū)高層、超高層建筑的主要基礎形式。

2 加固機理簡述

后注漿的直接效果體現(xiàn)在單樁承載力的提高和沉降的減小上。其加固機理是成樁時在樁底或樁側預制注漿管路和注漿裝置，待樁身達到一定強度后，通過注漿管路，利用高壓壓漿泵注以水泥為主劑的漿液，根據(jù)漿液性狀、土層特性和注漿參數(shù)的不同，壓力漿液對樁端沉渣、樁側泥皮及樁周土體分別起到滲透、充填、劈裂、壓密擴容及固結等不同作用，對孔底沉渣和樁側泥皮進行固化，從而消除傳統(tǒng)灌注樁施工工藝固有缺陷，通過改善樁側、樁端土體的物理力學性質(zhì)及樁土間界面的幾何和力學條件，達到提高樁的承載力，減少沉降的目的。

3 后注漿灌注樁側阻、端阻及承載力提高分析

3.1 樁側阻力、端阻力提高系數(shù)分析

本文統(tǒng)計了13根能獲得較準確的極限側阻力和極限端阻力的試樁資料，結合勘察報告對樁側阻力、端阻力進行計算，結果見表1。

3.1.1 樁側阻提高分析

從表1可看出，13根樁側阻提高系數(shù)范圍為1.44～2.81，將其分成15個區(qū)間，每個區(qū)間長度為0.1，畫出13根樁側阻力提高系數(shù)的頻數(shù)分布圖，如圖1所示。

圖1 側阻力提高系數(shù)

從圖1可看出，13根樁的側阻提高系數(shù)分布較分散，這是由于所測試灌注樁地下水位差異較大，樁穿越土層不盡相同，樁側注漿施工有所差別所致;13根樁的側阻提高系數(shù)分布范圍為1.44～2.81;太原地區(qū)樁身主要穿越粉土、粉質(zhì)黏土、粉細砂、中砂、粗礫砂、卵礫石等其中的一種或幾種，其中卵礫石較少，本次統(tǒng)計未涉及。

根據(jù)本次統(tǒng)計結果，參考本地區(qū)工程經(jīng)驗，建議在估算后注漿樁側阻力時，根據(jù)樁身穿越的土層特性，側阻力提高系數(shù)可按 表2取值。

表1 13根試樁側阻、端阻提高系數(shù)計算結果

表2 側阻力提高系數(shù)建議值

3.1.2 樁端阻力提高分析

從表1可看出，端阻力提高系數(shù)范圍為1.70～6.67，將其分成7個區(qū)間，每個區(qū)間長度為1.00，畫出13根樁承載力提高系數(shù)的頻數(shù)分布圖，如圖2所示。

圖2 樁端阻力提高系數(shù)直方圖

由圖2可看出，13根樁端阻力提高系數(shù)變化范圍較大，其最小值為1.70，最大值為 6.67，主要集中在 1.70 ～5.00 范圍內(nèi);由于工程實例中破壞性試驗較少，在樁基承載力未達極限時，樁端阻力達不到很好發(fā)揮，不同的土層發(fā)揮程度有差異;根據(jù)本次統(tǒng)計結果，端阻力提高系數(shù)大致范圍為1.70～5.00;一般粗粒土顯著大于細粒土。建議進行后注漿承載力估算時，樁端阻力提高系數(shù)可參考表3取值。

表3 端阻力提高系數(shù)建議值

3.2 承載力提高分析

單樁極限承載力提高系數(shù)共統(tǒng)計了154根樁，提高系數(shù)范圍為1.00 ～3.20，將其分成32 個小區(qū)間，每個區(qū)間長度為 0.1，畫出154根樁承載力提高系數(shù)的頻數(shù)分布圖，如圖3所示。

圖3 承載力提高系數(shù)直方圖

從圖3中可以看出承載力提高系數(shù)最大值為3.20，最小值為1.00，數(shù)值離散性較大。但大部分數(shù)據(jù)在1.70～2.80范圍內(nèi)，共有113根，占到統(tǒng)計總數(shù)的73.38%;小于1.70的共22根，占總數(shù)的14.29%;大于2.80的共19根，占總數(shù)的12.33%。

考慮本地區(qū)普遍施工水平及地層情況，建議后注漿承載力提高系數(shù)可取1.50 ～2.50。

4 太原地區(qū)后注漿灌注樁承載力估算公式

4.1 估算公式

1)Quk'= βQuk。

其中，Quk'為后注漿灌注樁極限承載力值，kN;Quk為普通灌注樁的極限承載力，kN;β為注漿后極限承載力提高系數(shù)，建議取1.5～2.5，根據(jù)成孔工藝、注漿方式、樁長、地層等因素選用。

其中，u為樁身周長，m;qi為第i層土的極限側阻力標準值，kPa;li為樁穿越第i層土的厚度，m;qp為極限端阻力標準值，kPa;Ap為樁端面積，m2;βsi為后注漿樁側阻力提高系數(shù)，與注漿方式、土層結構、樁長、樁徑、注漿質(zhì)量等因素有關，根據(jù)樁身穿越土層地質(zhì)情況，按表2選用;βp為后注漿樁端阻力提高系數(shù)，與注漿方式、土層結構、樁長、樁徑、注漿質(zhì)量等因素有關，根據(jù)樁端持力層土性的不同，按表3選用。

4.2 實例驗證

為驗證本研究所提參數(shù)及計算公式的合理性，選取太原地區(qū)3個不同工程進行分析、計算，結果見表4。

表4 實例驗證表

從表4可看出:

1)工程實例所提供灌注樁側阻、端阻增強系數(shù)均在研究成果范圍內(nèi);2)后注漿灌注樁極限承載力提高系數(shù)介于1.59～2.01之間，在本文研究成果范圍之內(nèi);3)當采用勘察報告所提后注漿樁側阻及端阻提高系數(shù)，按照本文所提公式進行計算時，所得計算結果均小于實際靜載荷試驗結果，誤差為0.80%～15.2%之間，這既體現(xiàn)了本文所提計算公式的安全合理，又滿足工程要求。

5 結語

1)本文根據(jù)太原地區(qū)數(shù)十項工程試樁數(shù)據(jù)，提出了后注漿灌注樁樁側、樁端阻力提高系數(shù)和承載力提高系數(shù)。2)根據(jù)試驗研究，結合工程經(jīng)驗，提出了合理、實用的后注漿灌注樁承載力估算公式，并進行了實例驗證。

［1］JGJ 94-2008，建筑樁基技術規(guī)范［S］.

［2］JTG D63-2007，公路橋涵地基與基礎設計規(guī)范［S］.

［3］中國建筑標準設計研究院.全國民用建筑工程設計技術措施(地基與基礎)［M］.北京:中國計劃出版社，2009.

［4］胡春林，李向東，吳朝暉.后壓漿鉆孔灌注樁單樁豎向承載力特性研究［J］.巖石力學與工程學報，2001，20(4):546-550.

［5］溫濟明.后壓漿鉆孔灌注樁單樁極限承載力研究［J］.湖南城市學院學報，2004，13(4):5-7.

［6］王衛(wèi)東，吳江斌，李進軍，等.樁端后注漿灌注樁的樁端承載特性研究［J］.土木工程學報，2007(40):75-80.

［7］費鴻慶.西安地區(qū)后注漿鉆孔灌注樁施工質(zhì)量影響因素及對策［J］.樁基工程技術進展，2005(15):264-267.