張玉宇

【摘 要】文章結(jié)合多年的施工經(jīng)驗(yàn)，論述了高層建筑鉆孔灌注樁應(yīng)用壓漿工法的工藝及其機(jī)理，分析了該工法對(duì)提高單樁豎向承載力、改善樁基承載工作性能的應(yīng)用效果，希望能給同類工程參考價(jià)值。

【關(guān)鍵詞】灌注樁；注漿；承載力

0.工程概況

某建筑物層高20層，主樓地下2層，地面18層，總高度70.2m，附樓2層，結(jié)構(gòu)為框剪結(jié)構(gòu)，經(jīng)過(guò)多個(gè)設(shè)計(jì)方案論證，樁基工程采用后壓漿鉆孔灌注樁，樁荷載形式為端承——摩擦樁，共布設(shè)后壓漿鉆孔灌注樁290根，其中？準(zhǔn)700樁256根，？準(zhǔn)9600樁34根，有效樁長(zhǎng)17～18m，單樁承載力漿工藝是在樁身混凝土達(dá)到終凝后，通過(guò)樁身預(yù)留注漿管，其設(shè)計(jì)值為2250kN。該工程工程地質(zhì)條件見(jiàn)表l。

1.后注漿鉆孔灌注樁施工工藝

后注漿鉆孔灌注樁施工工序?yàn)椋恒@進(jìn)成孔-吊放鋼筋籠（同時(shí)預(yù)埋注漿管）-澆灌混凝土-成樁后注漿。

1.1成孔工藝

采用泵吸反循環(huán)全面鉆進(jìn)成孔工藝。開(kāi)鉆前在樁位處埋設(shè)大于樁徑500mm的護(hù)筒，鉆機(jī)對(duì)位偏差小于1cm，剛開(kāi)鉆采用正循環(huán)鉆進(jìn)，待鉆進(jìn)4-5m后采用反循環(huán)鉆進(jìn)，鉆孔過(guò)程中應(yīng)控制好泥漿參數(shù)和鉆進(jìn)參數(shù)。鉆進(jìn)成孔均采用切削具疏齒狀排列的三翼錐形鉆頭全面鉆進(jìn)。鉆頭直徑？準(zhǔn)700mm、？準(zhǔn)600mm兩種。

1.2吊放鋼筋籠（預(yù)埋注漿管）

（1）在成孔后把兩根注漿管連同鋼筋籠放入孔內(nèi)。

（2）注漿管檢查。注漿管必須經(jīng)過(guò)檢查，無(wú)銹蝕，無(wú)裂痕，耐壓性能好，尤其管內(nèi)不得有銹蝕及其它雜物，防止鐵銹及雜物進(jìn)入注漿閥，使注漿閥堵塞，造成注漿失敗。

（3）預(yù)埋注漿管。成孔檢查合格后，兩根后注漿管隨鋼筋籠下入孔內(nèi)，注漿管綁扎在鋼筋籠上對(duì)稱安裝，安裝注漿閥時(shí)注意注漿閥高度為300mm右，且向內(nèi)彎曲15度，以進(jìn)人孔底錐面內(nèi)，然后填入級(jí)配合理的碎石，高度以填埋注漿閥高度為宜，注漿管在下入孔內(nèi)過(guò)程中，應(yīng)向注漿管內(nèi)注入清水，以檢查注漿管是否漏水，并可平衡管內(nèi)外水注壓力差，以防損壞注漿閥，下人孔內(nèi)后在注漿管上部安裝絲堵，防止其它雜物進(jìn)入。

1.3混凝土灌注

混凝土采取水下灌注，混凝土標(biāo)號(hào)為C25，在對(duì)孔深、泥漿等相關(guān)性指標(biāo)驗(yàn)收合格后開(kāi)始灌注。灌注前把0.2～0.5m碎石投人孔底。灌注時(shí)要求導(dǎo)管離孔底0.3～0.5m，初灌量應(yīng)保證導(dǎo)管埋深1.2～1.5m，灌注混凝土應(yīng)連續(xù)進(jìn)行，并嚴(yán)禁把導(dǎo)管底拔出混凝土面。

1.4成樁后注漿

（1）注漿技術(shù)參數(shù)。

1）水泥：采用525#R普硅水泥，水灰比為0.6。

2）注漿量：?jiǎn)螛对O(shè)計(jì)注漿量為l.38m。必須嚴(yán)格按設(shè)計(jì)注漿，實(shí)際注漿時(shí)需大于或等于設(shè)計(jì)注漿量。

3）壓漿速度：50-75L/min。

4）注漿壓力：初始0.5～1MPa。正常1.5～2MPa，最大3MPa，穩(wěn)壓時(shí)間15min左右。

5）注漿閥門(mén)設(shè)計(jì)：根據(jù)注漿內(nèi)徑在下部打孔，孔徑累計(jì)面積與注漿端面積之比>1.05，且保證噴射有效面積。

6）投石高度為50cm，注漿閥的有效長(zhǎng)度設(shè)計(jì)為30cm。

（2）注漿施工，壓漿采用2SNS型高壓注漿泵并配以YJ340型泥漿攪拌機(jī)，總功率14kW，采用純壓式灌漿法，成樁3-5d后，把地面注漿系統(tǒng)與孔內(nèi)一根注漿管連接，另一個(gè)注漿管絲堵打開(kāi)，壓人適量清水，沖洗孔底內(nèi)注漿腔室，待另一注漿管內(nèi)出清水后，開(kāi)始注入按設(shè)計(jì)水灰比配制的水泥漿液，待另一注漿管內(nèi)流出水泥漿液時(shí)，停注，安裝上絲堵，繼續(xù)注漿，待壓力達(dá)到1.5MPa時(shí)，穩(wěn)壓15min左右，堵上此注漿管，換另一注漿管二次注入水泥漿液，壓力達(dá)到1.8～2MPa時(shí)，穩(wěn)壓15min，拆洗上部注漿系統(tǒng)，進(jìn)入下一條樁施工。樁底注漿示意圖見(jiàn)圖1。

2.注漿效果及特點(diǎn)分析

根據(jù)質(zhì)量監(jiān)督部門(mén)樁基檢測(cè)結(jié)果，該工程單樁承載力提高很大。且地層卵礫層固化良好，達(dá)到微風(fēng)化巖層效果。由于此高層建筑有2層地下室，開(kāi)挖到基礎(chǔ)樁頂標(biāo)高-7m處，可見(jiàn)部分樁身有3-10mm水泥漿層護(hù)裹樁身，還有部分脈狀水泥延伸，厚度50-150mm，長(zhǎng)度2～3m。由此可見(jiàn)后注漿工藝產(chǎn)生的固化、劈裂、擴(kuò)底擴(kuò)徑效應(yīng)，達(dá)到了后注漿工藝提高承載力的目的。該大樓鉆孔灌注樁施工中成功地使用了樁后注漿這種新技術(shù)工藝，取得了較好的效果，其特點(diǎn)為：

（1）有效提高單樁端承力。由于后注漿的擠壓、充填固結(jié)作用，在樁底形成擴(kuò)大頭且消除了鉆孔灌注樁沉碴的存在，使樁體與樁端持力層有效地結(jié)合在一起，且由于高壓注漿使樁底產(chǎn)生反向預(yù)應(yīng)力，能有效地發(fā)揮和增加單樁端承力。根據(jù)該大樓樁基檢測(cè)中心做的高應(yīng)變測(cè)試曲線分析，由于后注漿工藝使樁端持力層（卵石層）端阻進(jìn)入微風(fēng)化巖層，進(jìn)一步證實(shí)樁端注漿的有效性。

（2）有效提高樁側(cè)摩阻力。由于漿液沿樁周向上擴(kuò)散泛漿，能部分增加單樁摩阻力，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)挖情況，部分樁在樁上部可見(jiàn)5-15mm厚的注漿層。

（3）能消除一些不明不良地質(zhì)現(xiàn)象，改善樁身受力情況。在施工中，樁注漿量均大于設(shè)計(jì)注漿量1.5t，部分樁漿量大于2.5t，個(gè)別樁達(dá)到9t。根據(jù)基礎(chǔ)開(kāi)挖到樁頂標(biāo)高時(shí)（-7m左右）發(fā)現(xiàn)脊脈狀注漿物存在，厚為50～150mm不等，且不規(guī)則，說(shuō)明后注漿工藝能消除部分不良地質(zhì)的影響。

（4）加固地基。由于全部工程均采用后注漿法施工，由于漿液對(duì)樁周土的壓密作用，并使部分漿液滲透土粒、砂粒、礫石粒之間的間隙里，使其固結(jié)與四周地層緊密相依，從而使整個(gè)地基得到加固。

（5）工藝先進(jìn)。后注漿工藝在我國(guó)是20世紀(jì)90年代初形成的一種先進(jìn)的施工工藝，是科學(xué)技術(shù)在工程施工中的具體運(yùn)用，由于其科學(xué)性和先進(jìn)性，已在世界范圍內(nèi)多領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用和發(fā)展。

（6）不足之處。高壓注漿易損件多、易壞、成本升高，地質(zhì)情況復(fù)雜時(shí)，注漿量不易控制。

3.樁端壓漿工藝提高承載力機(jī)理簡(jiǎn)析

由于此工法應(yīng)用時(shí)間尚短，研究有待深入，對(duì)其機(jī)理簡(jiǎn)述如下。

對(duì)于采用泥漿護(hù)壁工藝成樁時(shí)，往往在孔底形成一個(gè)沉碴軟弱層，即使通過(guò)置換泥漿或抽碴筒排碴等認(rèn)真清底措施，也很難達(dá)到清除沉碴的標(biāo)準(zhǔn)。通過(guò)設(shè)置于樁底的柔性注漿腔壓入水泥漿，漿泡逐步擴(kuò)大并向外擠壓，就會(huì)壓密沉碴軟層而硬化此層，繼而對(duì)樁端土層產(chǎn)生壓密，從而大大提高樁底土層的剛度和強(qiáng)度，促使端阻同步甚至超前發(fā)揮。同時(shí)，壓力膠囊在注漿壓力作用下產(chǎn)生徑向擴(kuò)張的過(guò)程中，將使其周圍梨形區(qū)范圍內(nèi)的土體受到擠壓和剪力作用（近似于圖2中的I區(qū)、Ⅱ區(qū)），將迫使Ⅲ區(qū)土體壓密并對(duì)樁身下端產(chǎn)生握裹效應(yīng)，使得樁側(cè)阻力也會(huì)有所提高。至于能夠?qū)渡硐露水a(chǎn)生握裹作甩的范圍，參照梅霍耶夫承載力公式解約為樁徑的4-8倍，甚至更大，并隨樁端處土體抗剪強(qiáng)度增大而增加。樁底沉渣軟層的壓實(shí)硬化，樁端土層的壓密，相應(yīng)的支承面積的擴(kuò)大以及在樁身下段土層對(duì)樁體產(chǎn)生的握裹效應(yīng)等綜合作用，使樁端壓漿能提高樁的承載力。

關(guān)于采用壓漿工法提高單樁豎向承載力的數(shù)值，對(duì)于不同持力地層、不同長(zhǎng)度的樁，據(jù)已有注漿樁與普通樁試樁資料對(duì)比，綜合為0.2～2.0倍（這里的0.2倍是指樁端持力層為軟弱的粉質(zhì)黏土土層）。本地區(qū)的持力層多為中密一密實(shí)砂、礫石或卵石層，樁端壓漿樁的極限承載力較未壓漿樁增幅一般達(dá)到60-200%。其變動(dòng)幅值是與樁端持力層條件、樁土工作體系狀況、工藝條件及工藝參數(shù)諸因素密切相關(guān)。

4.結(jié)束語(yǔ)

工程實(shí)踐表明后壓漿技術(shù)能有效地提高鉆孔灌注樁的承載力，減少沉降量，降低工程造價(jià)，縮短工期，有顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，為高層建筑和復(fù)雜工程地質(zhì)條件下的基礎(chǔ)工程應(yīng)用提供了一種新的途徑，值得大力推廣。目前存在的不足之處為：①采用后壓漿技術(shù)后，漿液在樁側(cè)、樁端膠結(jié)體的具體形狀、尺寸、強(qiáng)度以及漿液的影響范圍尚不確定；②設(shè)計(jì)中計(jì)算公式和參數(shù)的取值沒(méi)有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范；③施工中如何保證壓漿質(zhì)量和樁身質(zhì)量。進(jìn)一步研究后壓漿鉆孔灌注樁的設(shè)計(jì)計(jì)算理論，逐步提高施工工藝和管理水平是我們今后努力的方向。