盧瑩先

福建工大工程咨詢監(jiān)理有限公司 福建福州 350008

摘要：闡述福州市某高程建筑后注漿沖孔灌注樁的質(zhì)量控制要點(diǎn)。通過對兩組對照樣本施工與檢測資料的分析，指出對強(qiáng)透水性卵石土層實(shí)施注漿時(shí)，摻加速凝劑對注漿效果的重要作用，并對大直徑超長樁的靜載試驗(yàn)成果判釋以及注漿工藝的改進(jìn)提出若干建議。

關(guān)鍵詞：沖孔灌注樁；卵石地層；后注漿；質(zhì)量控制

前言

對泥漿護(hù)壁灌注樁實(shí)施后注漿是我國近年來得到業(yè)界肯定的、能有效提高灌注樁承載力的一項(xiàng)先進(jìn)技術(shù)。本文敘述作者參與監(jiān)理的福建省某高層建筑的灌注樁后注漿實(shí)踐及其取得的良好效果，并通過學(xué)習(xí)和思考提出個(gè)人對進(jìn)一步完善這一技術(shù)的若干建議。

1.工程概況與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

1.1工程概況

某高層建筑建于福建省福州市鼓樓區(qū)，總建筑面積43167m2，地下室面積6705m2，主樓21層，裙樓4層，地下室1層，建筑高度81.1m，剪力墻結(jié)構(gòu)。場地與樁基工程有關(guān)的地層，自上至下依次為雜填土、淤泥、粉土、礫砂、粉質(zhì)粘土、卵石⑥、粉質(zhì)粘土、卵石⑧、強(qiáng)風(fēng)化（散體狀）巖，巖土層分布柱狀圖見圖1，其主要物理力學(xué)指標(biāo)和設(shè)計(jì)計(jì)算參數(shù)見表1。

表1 各土層的物理力學(xué)指標(biāo)和設(shè)計(jì)計(jì)算參數(shù)

土層 γ/kN.m-3 Es/Mpa fak/Kpa 沖（鉆）孔灌注樁

qsik/kpa qpk/kpa

雜填土① 17.5 80 20-30 /

淤泥② 15.9 2.30 45 12-18 /

粉土③ 19.3 7.65 220 35-50 /

礫砂④ 19.5 15.2 300 60-70 /

粉質(zhì)粘土⑤ 18.2 5.84 220 30-40 /

卵石⑥ 19.8 E0=30.2 430 70-80 2500-3000

粉質(zhì)粘土⑦ 18.4 6.35 230 50-60 /

卵石⑧ 20.0 E0=34.3 500 80-100 3000-5000

強(qiáng)風(fēng)化巖⑨ / E0=40.1 500 80-100 3000-3500

圖1 樁位土層柱狀圖

1.2 基礎(chǔ)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

基礎(chǔ)采用沖孔灌注樁。樁身砼強(qiáng)度C35，選用⑧卵石層作為樁端持力層，樁的入土深度約40m，樁底全截面進(jìn)入持力層深度不小于1m。對基樁實(shí)施樁底后注漿。單樁豎向極限承載力特征值：樁徑800mm的取4750kN、900kN的取6000kN。注漿參數(shù)通過場地試驗(yàn)確定的。對于試驗(yàn)樁，初定：漿液水灰比宜為0.5～0.6，初始注漿流量不宜超過60升/分，終止注漿壓力為5Mpa，單樁注入水泥量為1.5～2.0T。注漿管為預(yù)埋2根1吋鋼管。注漿管宜成樁1天后開塞，7天后注漿。試驗(yàn)樁共三根，分別為樁徑800mm的42#、147#樁和樁徑900mm的148#樁。在樁身混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)規(guī)定的強(qiáng)度，且在注漿結(jié)束后20天，進(jìn)行靜載荷試驗(yàn)以確定基樁承載能力。

2.試驗(yàn)樁成樁與樁底后注漿

三根試驗(yàn)樁按設(shè)計(jì)規(guī)定成樁，樁位處的地層構(gòu)成見圖1。樁身施工自2012年8月9日始，至

當(dāng)月18日結(jié)束。施工安裝過程中必須保證注漿管通暢。兩根注漿管分別用于二階段注漿。每階段注漿啟用一根注漿管。42號試驗(yàn)樁至始至終均灌注純水泥漿，147、148號試驗(yàn)樁第一階段灌注純水泥漿，第二階段在水泥漿中摻入相當(dāng)于水泥量約6.0%的水玻璃。由于兩階段均系單管注漿，未設(shè)回漿管，故所記錄的注漿壓力均為進(jìn)漿壓力，無法測定回漿壓力。第一階段末期注漿壓力變動(dòng)在2.5Mpa左右。第二階段開始注漿時(shí)，因?yàn)榈谝浑A段漿體凝固，壓力很快升至5Mpa左右，之后壓力又下降到與第一階段相近。壓力下降是壓入的漿液沖破樁底近處第一階段注入的已凝固的漿體的標(biāo)志。三根試驗(yàn)樁后注漿主要施工成果見表2。

表2 試驗(yàn)樁后注漿主要施工成果表

樁號 樁徑

/mm 第一階段注漿 第二階段注漿

（147、148摻加6%水泥質(zhì)量的水玻璃）

注漿時(shí)間

/min 水泥用量

/kg 水灰比

總吸漿量

/l 注漿時(shí)間

/min 水泥用量

/kg 水灰比

總吸漿量

/l 最終吸漿量

/l*min-1

42 800 50 800 0.8：1 936 80 1700 0.5：1 1480 ≈18

147 800 55 800 0.8：1 936 90 1700 0.5：1 1480 ≈16

148 900 75 2350 1：1 3220 30 900 0.5：1 783 ≈26

3.試驗(yàn)樁靜載試驗(yàn)成果

靜載試驗(yàn)采用慢速維持荷載法。各樁的試驗(yàn)數(shù)據(jù)見表3，相應(yīng)的Q～s曲線見圖2。檢測單位對各試驗(yàn)樁的試驗(yàn)成果分別判釋如下：

42#樁加載至第7級6650kN時(shí)，持荷15分鐘后突然沉降急劇增大，樁頂總沉降量由34.41mm突然增大至60.31mm，樁頂荷載下降至2370kN，取其明顯陡降的起始點(diǎn)對應(yīng)的荷載值5700kN，作為該樁的單樁豎向抗壓極限承載力；

147#樁加載至9500kN，樁的豎向抗壓承載力未出現(xiàn)極限狀態(tài)，故取其最大樁頂荷載9500kN為單樁豎向抗壓極限承載力；

148#樁加載至設(shè)計(jì)要求的極限荷載12000kN時(shí)，沉降量達(dá)42.96mm，超過40mm。檢測單位取相應(yīng)于40mm的樁頂荷載11214kN為單樁豎向抗壓極限承載力。關(guān)于該樁的成果判釋，筆者將在本文4.1中進(jìn)行討論。

表3 試驗(yàn)樁靜載試驗(yàn)關(guān)鍵參數(shù)與極限承載力判定

樁號 樁長/m Nmax /kN Smax/mm ΔS /mm Quk/kN Suk /mm 備注

42# 41.7 6650 60.31 60.31 5700 23.24

147# 41.3 9500 21.68 7.42 9500 21.68

148# 41.1 12000 42.96 30.64 11214 40.00

注 Nmax—最大樁頂荷載；Smax—Nmax的樁頂沉降；ΔS—?dú)堄嘧冃?；Quk—單樁豎向極限承載力；Suk—Quk的樁頂沉降

42# 147#

148#

圖2 靜載荷試驗(yàn)Q-s曲線圖

4.后注漿的效果分析

4.1 試驗(yàn)樁148#的試驗(yàn)成果的再判釋

筆者認(rèn)為，在對后注漿效果進(jìn)行分析之前，應(yīng)該先對148#試驗(yàn)樁的成果進(jìn)行討論和重新判釋。按照《建筑基樁檢測技術(shù)規(guī)范》（JGJ106-2003）第4.4.2之4規(guī)定，對于緩變型Q-s曲線，當(dāng)樁長大于40m時(shí)，宜考慮樁身彈性壓縮量。148#試驗(yàn)樁長41.1m，Q-s曲線呈緩變形，按該款規(guī)定，可取40mm加上樁身彈性壓縮量的樁頂沉降量所對應(yīng)的樁頂荷載，作為該樁的極限承載力?，F(xiàn)將該樁的樁身彈性壓縮量估算如下：

該場地地層宏觀變化是漸深漸硬。根據(jù)地層的具體構(gòu)成與持力層性質(zhì)，可假定樁底壓力為樁身壓力的50%、樁身壓力成直線分布，則有樁身平均壓力σ

= 0.75*12/0.785*0.92 = 14.2Mpa

式中 —樁頂荷載/MN；—樁身斷面積/m2。

則樁身彈性壓縮量可按下式估算

== 41100*14.2/3.15*104 ≈18mm

式中—樁長/mm；—樁身砼彈性模量，砼強(qiáng)度級別C35/N

基于以上分析與估算，確定單樁豎向抗壓極限承載力的樁頂沉降s = 40 += 40+18 = 58mm。按照這一標(biāo)準(zhǔn)，148#試驗(yàn)樁加載至12000kN的沉降量為42.96mm，遠(yuǎn)小于58mm，所以該樁的抗壓極限承載力應(yīng)定為12000kN。所以樁底后注漿達(dá)到了預(yù)期目的。

4.2 試驗(yàn)樁成果綜合分析

綜合分析三根試驗(yàn)樁后注漿的材料、工藝與靜載試驗(yàn)結(jié)果，可以發(fā)現(xiàn)147#、148#試驗(yàn)樁的后注漿收到明顯效果，達(dá)到預(yù)期目的，但42#試驗(yàn)樁沒有收到預(yù)期效果。42#與147#兩根試驗(yàn)樁，其樁徑、樁長與地層構(gòu)成基本相同，兩根樁注入的總水泥量均為2500kg，兩階段注漿的水泥量、水灰比與壓力也相近，關(guān)鍵在于42#試驗(yàn)樁注入的是純水泥漿，而147#試驗(yàn)樁漿液中摻入了6%水泥量的速凝劑。而速凝劑使得漿液在近樁底處結(jié)硬，使持力層得到有效的加固。而42#樁未摻加速凝劑，則使?jié){液被推壓至遠(yuǎn)處，持力層難以得到有效的加固。因此兩樁的注漿效果差別很大。

5.對后注漿工藝改進(jìn)的若干建議

通過本工程的監(jiān)理工作實(shí)踐，結(jié)合學(xué)習(xí)和思考，對后注漿工藝的改進(jìn)提出下列建議。

5.1 水灰比的控制

注漿的起始水灰比應(yīng)根據(jù)被注漿土層的透水性決定。本工程的持力層是⑧卵石層，根據(jù)地質(zhì)報(bào)告該層50～120mm的卵石含量占65～80%。這一顆粒組成決定了該層的透水性肯定很高。參考《工程地質(zhì)手冊》提供的滲透系數(shù)經(jīng)驗(yàn)值，該層的滲透系數(shù)K≈100m/d。在這一條件下，注漿的初始水灰比宜定為0.5～0.6。如灌入一定數(shù)量的水泥漿后，單位時(shí)間吸漿量不降、注漿壓力不升，則應(yīng)暫停注漿。并在第二階段注漿時(shí)，如出現(xiàn)同樣的情況，應(yīng)考慮將水灰比宜調(diào)為0.5～0.4。這樣控制水灰比，可節(jié)省水泥用量?；蛘哒f，在注入同樣水泥時(shí)，可提高注漿效果。

5.2 漿材成份

如上節(jié)分析，三根經(jīng)后注漿的試驗(yàn)樁，二根在漿材中摻入6%水泥量的速凝劑取得了顯效，達(dá)到了預(yù)期目的，未摻入速凝劑的一根效果很差，甚至可以說幾乎沒有效果。所以在透水性很強(qiáng)的土層中，注漿中摻加一定數(shù)量的速凝劑是必要的。速凝劑有很多品種，具體采用的速凝劑品種和摻入量應(yīng)通過場地試驗(yàn)確定。

5.3 注入水泥量

《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》（JGJ94-2008）列出了灌注樁后注漿專節(jié)。該節(jié)第6.7.4-4條提出了注入水泥質(zhì)量的估算公式。按該式對嵌入卵石地層的基樁進(jìn)行樁底后注漿時(shí)，當(dāng)樁底徑分別為0.8m、0.9m時(shí)，乘上1.2的系數(shù)之后，注入水泥質(zhì)量高限值僅1.73t、1.94t。設(shè)計(jì)文件規(guī)定為1.5～1.9t，實(shí)際注入水泥質(zhì)量約為2.5t、3t。綜合考慮各種因素，對透水性很強(qiáng)的礫卵石地層，實(shí)施樁底注漿時(shí)，該規(guī)范公式（6.7.4）的注入量經(jīng)驗(yàn)系數(shù)αp宜從1.5～1.8調(diào)高為2.5～3，福州地區(qū)類似條件的樁底后注漿經(jīng)驗(yàn)也支持這一認(rèn)識。

5.4 注漿管道系統(tǒng)

注漿施工控制的關(guān)鍵參數(shù)之一是注漿壓力。迄今，大部分工程采用單管注漿，未埋設(shè)回漿管。記錄的注漿壓力是灌漿機(jī)的壓力或是進(jìn)漿管口的壓力。真正意義上的注漿壓力是樁底處壓入地層的漿壓。為測定這一壓力，應(yīng)增設(shè)回漿管，并在回漿管口裝設(shè)壓力表。其表壓加上回漿管的漿液重度與樁長之積，才是真正意義上的注漿壓力。而且，回漿管的設(shè)置為循環(huán)注漿創(chuàng)造了條件，也有利于提高注漿效果。

5.5 注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)

注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)以壓力和單位時(shí)間吸漿量兩個(gè)指標(biāo)雙控為宜。既然往樁底注漿（有時(shí)還包括樁側(cè)），總以灌注至基本不吸漿為宜。如吸漿量仍大，可實(shí)行二次或者多次復(fù)注。為控制水泥用量，可依據(jù)單位時(shí)間吸漿量與壓力調(diào)增水灰比，和確定速凝劑的摻加量。注漿應(yīng)進(jìn)行至吸漿量明顯下降，同時(shí)回漿管口壓力上升才能考慮終止。具體標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)根據(jù)工程的現(xiàn)場試驗(yàn)確定。

5.6 確定單樁抗壓極限承載力的樁頂沉降限值

以往，基樁的單樁承載力取值相對較低，即樁身的壓應(yīng)力水平較低，且樁長相對較短，所以樁身彈性壓縮量占樁頂總沉降量的比例不大。建筑材料與樁工技術(shù)的進(jìn)步，使得樁身壓應(yīng)力水平也大大提高。與此同時(shí)，長樁被大量采用。這一變化使得樁身壓縮量占樁頂總沉降量的比例大大提高，因此，樁身彈性壓縮量就成了確定單樁抗壓極限承載力的不可忽視的因素?！督ㄖ鶚稒z測技術(shù)規(guī)范》（JGJ106-2003）4.4.2-4規(guī)定，當(dāng)樁長大于40m時(shí)，宜考慮樁身彈性壓縮量，正是反映這一進(jìn)步。本例樁身砼為C35，樁身平均壓力14.2Mpa，樁長41m，估算的彈性壓縮量為18mm，相對于一般標(biāo)準(zhǔn)的40mm，其增加量為45%。考慮與不考慮這一因素，就會(huì)得出兩種完全不同的判釋結(jié)論。

6.結(jié)論

1）從42#與147#試驗(yàn)樁的承載力對比中可以看出，有效的樁底注漿可以使單樁豎向承載力提高約60%。這證明對于孔底沉碴難以清理干凈的基樁，實(shí)施樁底后注漿是必要的。

2）在強(qiáng)透水性的地層中，如細(xì)顆粒含量低的礫卵石層中，實(shí)施樁底后注漿宜摻用速凝劑，否則注漿效果難以保證。

3）樁底后注漿宜埋設(shè)循環(huán)管路，以便測定真實(shí)的注漿壓力。注漿過程中，應(yīng)根據(jù)吸漿量和壓力及時(shí)調(diào)整漿液的水灰比，盡量采用低水灰比的濃漿。

4）注漿過程中如吸漿量較大，應(yīng)采用二階段或多階段注漿。每階段注漿結(jié)束時(shí)，用清水清洗循環(huán)注漿管道，以利下階段續(xù)注。注漿的間隔時(shí)間應(yīng)通過實(shí)驗(yàn)確定。

5）注漿的結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)宜采用注漿壓力和單位時(shí)間吸漿量兩項(xiàng)指標(biāo)同時(shí)控制。

6）對樁身壓應(yīng)力水平高、樁長大于等于40m的基樁，對Q-s曲線呈緩變形的試驗(yàn)樁，確定豎向極限承載力的容許最大變形值時(shí)，應(yīng)考慮樁身的彈性壓縮量。