江志安

(中國水電基礎局有限公司 天津301700)

后注漿鉆孔灌注樁在新填土地層的工程實例

江志安

(中國水電基礎局有限公司 天津301700)

通過分析后注漿鉆孔灌注樁的工藝特點，結(jié)合工程實例對該樁型的受力特性、單樁承載力等問題進行了探討。工程結(jié)果表明，后注漿技術(shù)可以消除灌注樁的固有缺陷，適用于大范圍的回填地層，可大幅度提高單樁承載力，因而擴大了鉆孔灌注樁后注漿技術(shù)的適用范圍，為鉆孔灌注樁后注漿技術(shù)設計和施工提供了參考依據(jù)。

鉆孔灌注樁 后注漿 承載力 回填

鉆孔灌注樁的承載力來自于樁側(cè)摩阻力和樁端阻力，同時樁側(cè)泥皮和樁端沉渣限制了承載力的充分發(fā)揮。國內(nèi)外許多學者對這個問題進行了深入研究，常采取對鉆孔灌注樁樁端和樁側(cè)進行壓力注漿，[1，2]即后注漿技術(shù)，達到提高樁的承載力并減少樁基沉降的目的。后注漿鉆孔灌注樁是一種低噪音、低震動、質(zhì)量可靠、單位面積承載力高的樁型。近年來，鉆孔灌注樁樁端后注漿技術(shù)在我國橋梁(如東海大橋、潤揚大橋、蘇通大橋、杭州灣大橋等[3-6])樁基礎中得到了廣泛應用，由于其經(jīng)濟效果明顯，在高層建筑等其他領域也得到了快速發(fā)展。[7-11]灌注樁后注漿技術(shù)逐漸滲透到各個地區(qū)及各個領域，其工程經(jīng)驗也得到不斷積累。

1 工程概況

新填土屬于不良地質(zhì)，由于其自重固結(jié)尚未完成，新填土地層的灌注樁在使用過程中要考慮負摩阻力帶來的不利影響。后注漿工藝是近些年開始發(fā)展的施工方法，其在上覆新填土地層的地質(zhì)環(huán)境中還未得到應用，也沒有成功的先例。某項目部分樓盤建筑在河道回填區(qū)，回填層最厚達 20,m；基礎采用板筏和旋挖灌注樁，成樁后采用注漿法對樁底、樁周接觸帶及地基進行加固。2012年5月至10月期間共完成后注漿灌注樁 738根。工程區(qū)地質(zhì)情況自上而下分述如下：

①回填層：主要由粘性土、泥巖碎塊石等組成，混有塊石；塊石含量約 15%～45%，粒徑約為 20～750,mm，個別粒徑超過 1,m，鉆探揭露厚度 15.0～20.40,m。

②粉質(zhì)粘土層：呈可塑狀態(tài)，干強度中等，韌性中等。鉆探揭露厚度 1.20～11.20,m，平均厚度4.91,m；層頂深度 0.00～18.90,m，層底深度 1.60～24.00,m。

③粉土層：濕，稍密，干強度低，韌性差，鉆進過程中有塌孔現(xiàn)象；鉆探揭露厚度 1.20～6.70,m，平均厚度 3.02,m；層頂深度 2.70～24.00,m，層底深度5.50～26.30,m。

④基巖：泥巖，主要成分為粘土礦物，泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，中厚層狀構(gòu)造；強風化帶巖層裂隙發(fā)育，巖芯破碎，呈薄餅狀，巖質(zhì)軟，厚度 4.10～5.90,m。泥巖之下中風化帶巖層裂隙較發(fā)育，巖芯較完整，呈短柱、長柱狀，巖質(zhì)較硬。

2 設計要點

2.1 樁端壓力注漿加固機理

2.1.1 高壓漿液對樁底沉渣的置換、壓密和固結(jié)作用

泥漿護壁法成孔工藝，由于以泥漿作沖洗介質(zhì)，不可能將鉆渣完全攜帶至地表；在灌注混凝土前的第二次清渣工序與首灌樁端混凝土工序之間有一定的時間間隙，孔內(nèi)泥漿中部分沉渣將沉淀于孔底。以上2個因素形成該成孔工藝的固有缺陷之一，即孔底或多或少存在沉渣，在非滲透性風化巖以上地層注漿時，高壓水泥漿液進入樁端將樁底疏松的沉渣土體和離析的部分混凝土、殘渣進行充分置換、密實和固結(jié)，形成強度較高的水泥土復合體，提高了樁端持力層的抗壓強度，減少了樁基沉降量。

2.1.2 對樁端持力層的滲透、劈裂、擠密、充填作用

對于粗粒土樁端持力層(中粗砂、卵礫石層等)，主要通過滲透性注漿，使樁底虛土與漿液發(fā)生物理化學反應形成高強度的水泥結(jié)石體，使持力層的抗擾動能力、變形模量和抗壓強度等都得到很大提高；對于細粒土樁端持力層(粘性土、粉土、粉細砂層等)，因土的滲透性較小，主要通過高壓漿液的劈裂作用，使持力層已有的微裂隙張開或產(chǎn)生新的裂隙，高壓漿液沿著張開的裂隙滲透到地層一定深度，經(jīng)過脈滲、充填和固結(jié)，在原狀土體內(nèi)部產(chǎn)生了網(wǎng)狀結(jié)石體，類似于土體的加筋作用。

2.1.3 樁端擴大頭或樹根樁的作用

在水泥漿液的壓密作用下，樁端土體受壓產(chǎn)生較大的壓縮變形，形成水泥土結(jié)石體擴大頭“梨花體”，增大了樁端受力面積，或者水泥漿滲入地層中網(wǎng)狀固結(jié)形成了類似“樹根樁”的作用，使樁土間界面的幾何和力學條件得以改善，從而提高了樁端阻力值。

2.2 樁側(cè)壓力注漿加固機理

2.2.1 對樁側(cè)土體的滲透、擠密作用

鉆孔過程中孔壁受擾動，特別是進入密實砂、卵石層較深的樁，孔壁附近土中應力釋放，出現(xiàn)“松弛”現(xiàn)象，孔徑越大，影響就越明顯。在壓力作用下，漿液滲透到樁周土體中，有一定的擠密、置換作用，增強了土體的應力，增加了樁側(cè)摩阻力。

2.2.2 對樁側(cè)土體的滲透、膠結(jié)作用

對于泥漿護壁鉆孔灌注樁，由于泥皮的存在，阻礙樁身混凝土與樁周圍土體的固結(jié)，相當于樁側(cè)涂上一層“潤滑劑”，泥皮愈厚，樁側(cè)摩阻力降低愈嚴重。水泥漿液可以改善泥皮的力學性質(zhì)，提高側(cè)摩阻力；另外，漿液將樁身混凝土與樁周土體較好地膠結(jié)在一起，提高了摩擦系數(shù)。

2.3 本項目設計要點

項目特殊之處有兩點，一是上覆土較新較厚，最厚的地方達 20,m；二是樁端持力層初定為泥巖，該層巖質(zhì)軟，黏土含量高。

單樁承載力特征值的設計需求為5,000,kN，因為在當?shù)貨]有經(jīng)驗，需要通過工藝性試驗來確定各種參數(shù)。試驗樁樁徑 1.0,m，樁長 30,m，樁端入巖 3.0,m。文獻[12]中對注漿管的規(guī)定是這樣的：“樁端后注漿導管及注漿閥數(shù)量宜根據(jù)樁徑大小設置，對于直徑不大于 1,200,mm的樁，宜沿鋼筋籠圓周對稱設置2根”，“對于樁長超過15,m且承載力要求較高者，宜采用樁端樁側(cè)復式注漿……，每隔6～12,m設置一道樁側(cè)注漿閥，當有粗粒土時，宜將注漿閥設置于粗粒土層下部”。在試驗樁模型中，樁頂以下 20,m 范圍為新填土，該層土尚未完成固結(jié)，在實際應用中將產(chǎn)生負摩阻力，因此樁側(cè)注漿孔應低于該層土的層底，這樣能實現(xiàn)使用最少的漿液達到最大的側(cè)摩阻力。在實際應用中，設立一道樁側(cè)灌漿孔，位于樁頂以上8,m處。

表1 試驗樁基本情況Tab.1 Overview of testing piles

樁側(cè)設2根注漿管(其中1根備用)，長度為距樁頂 22,m；樁端設 2根注漿管，長度為樁頂至樁底，沿鋼筋籠圓周對稱設置。4根試驗樁基本情況如表 1所示。

試驗完成后通過鉆孔取芯進行檢查，結(jié)果表明：樁身完整密實，混凝土與基巖結(jié)合緊密。經(jīng)試驗確定的注漿壓力為：終止注漿壓力樁側(cè)不小于1.5,MPa，樁端不小于 3,MPa；注漿量樁側(cè) 700,kg，樁端 1,500,kg。

3 后注漿主要注意事項

3.1 注漿管單向閥的制作與安裝

在注漿管底部設置單向注漿閥。注漿閥花管管徑與連接注漿管的套管一致，高度 60,cm，開孔孔徑8,mm，沿軸向間距 10～15,cm，梅花型布置，共布置4排，每排 4孔。將管內(nèi)鐵屑清除干凈后，在開孔處加圖釘，然后用防水膠布、橡皮等嚴密包裹注漿管，以防止樁身混凝土水泥漿堵塞注漿管。管閥底口采用厚度不小于8,mm的鋼板焊接封堵。

3.2 后注漿施工要求

后注漿作業(yè)在樁身混凝土灌注完畢2天后開始，最遲在成樁 30天內(nèi)完成。[12]注漿作業(yè)點與成孔、成樁作業(yè)點之間的距離不小于 10,m，且該區(qū)范圍內(nèi)的混凝土灌注完成時間在 2天以上。注漿順序為先樁側(cè)注漿，后樁端注漿，樁側(cè)樁端注漿間隔時間不宜少于 2,h；樁端 2根注漿管如一根管注漿已達到設計量，則另一根可不再注漿。群樁注漿先外圍后內(nèi)部。

3.3 開塞

開塞是后注漿施工前通過壓水試驗檢查注漿管的貫通性，并用壓力水疏通注漿通道；是后注漿施工必不可少的重要工序，驗證管路暢通后方可注漿。壓水量一般控制在管路暢通后 0.1～0.25,m3，暢通的標準是壓水壓力降低、水量均勻注入；開塞壓力控制在6～8,MPa。

3.4 水泥漿配制

為使水泥漿液在持續(xù)壓力作用下既有足夠的強度，又能很好地起到劈裂、壓實地層的作用，漿液水灰比控制范圍為 0.45～0.65。配制水泥漿液時先在攪拌機內(nèi)加足定量的水，然后邊攪拌邊加入定量的水泥，攪拌時間不少于 3,min，漿液中不得混有水泥結(jié)石、水泥袋等雜物。

3.5 壓力注漿

確認注漿管路暢通后即可開始壓力注漿。除粉土層外，其他地層正式注漿前采用 2∶1的稀漿初灌。灌漿壓力無明顯升高，灌入量達到 200,L后即可開始灌注標準漿液；達到以下條件之一時，注漿可結(jié)束：①注漿總量及注漿壓力均達到設計值；②注漿總量達到設計值的 75%，且注漿壓力達到設計值的120%，并維持5,min以上。

4 施工難點及對策

除去后注漿工藝，本工程鉆孔灌注樁施工過程中也遇到些難點：①在回填層內(nèi)鉆孔容易漏漿、塌孔，特別是回填層與原始地層交界的部位和大量塊石架空的部位；②在泥巖內(nèi)鉆進時出現(xiàn)鉆具打滑、吸鉆、糊鉆等情況，造成工效降低；③孔底沉渣厚度需控制在5,cm范圍內(nèi)，施工技術(shù)質(zhì)量要求較高。

針對施工難點采取的主要措施包括：①使用正電膠改善泥漿的固壁性能；對易塌孔的部位先使用沖擊鉆機穿透架空層，用沖擊鉆鉆頭將地層擠密后再使用旋挖鉆機施工。沖擊鉆機鉆孔時回填粘土反復擠壓，重復鉆進，以確保上部孔壁的穩(wěn)定。②在泥巖中鉆進時，一方面采用高速切削方式鉆進；另一方面優(yōu)化鉆齒的長度、角度和布置，減少鉆頭底刃的接觸面積，增加切削能力。經(jīng)過上述改進后，泥巖中鉆進工效顯著提高。③采用旋挖鉆機初步清底后，再用氣舉反循環(huán)法徹底清孔的工藝可保證沉渣厚度符合設計要求。

5 質(zhì)量檢測

工程完工后通過靜載試驗、鉆孔取芯、低應變測試、聲波透射等多種檢測手段，對樁體承載力、樁身完整性、沉渣厚度、入巖情況等進行了檢測。檢測結(jié)果表明，樁身完整密實，全部為 I、II類樁(其中 I類樁占 80%以上)，承載力達到設計要求，工程質(zhì)量優(yōu)良。

6 結(jié) 語

由于灌注樁需要在有泥漿護壁的條件下施工，因此難免樁周、樁底存在一定厚度的泥皮和沉渣，往往給樁基的承載力造成一些難以預料的不利影響，降低了灌注樁的可靠度。采用灌注樁成樁后對樁周和樁底進行注漿加固的方法，有效解決了上述問題，既能保證灌注樁承載能力的充分發(fā)揮，又可減少工程量。

實踐證明，旋挖和灌注樁后注漿2項先進工藝相結(jié)合具有明顯的優(yōu)勢；首次在回填架空地層中應用取得了良好的效果，既加快了施工進度，又保證了工程質(zhì)量，使灌注樁的施工達到了新的水平，為灌注樁施工新技術(shù)的進一步推廣應用積累了寶貴的經(jīng)驗?？紤]到新填土負摩阻力的影響，樁側(cè)注漿孔應低于新填土的底板，這樣能增大正摩阻力的影響，達到后注漿的真正目的。泥巖作為持力層，有很強的可灌性，且可使灌注樁的承載力得到提升，為該地質(zhì)條件下的樁基施工提供了更多的選擇依據(jù)。

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A Project Case of Post-grouting Bored Pile in New Filling Formation

JIANG Zhi’an
(SINHYDRO Foundation Engineering Co.，Ltd.，Tianjin 301700，China)

Through analysis on characteristics of post-grouting bored pile process，the paper discussed force characteristics of the specific pile and the bearing capacity of a single pile on the basis of an engineering project. The project result indicated that post-grouting technology no only can eliminate the inherent defects of bored pile and be applied to a wide range of back fill course，but also improve the bearing capacity of a single pile，hence expands the application scope of post grouting technology. This study may offer a reference for the design and construction of postgrouting bored pile process.

bored pile；post-grouting；bearing capacity；backfill

U443.15+4

A

1006-8945(2014)08-0058-04

2014-07-06