楊暉彬，劉 濤

（1.上海市建設(shè)工程監(jiān)理有限公司， 上海 200080；2.上海建科工程咨詢有限公司， 上海 200032）

0 引 言

隨著時代的發(fā)展和建筑施工水平的不斷提高，高層及超高層建筑的工程建設(shè)越來越多，對建筑物基礎(chǔ)的承載力要求也越來越高。普通的中短樁已經(jīng)不能滿足高荷載下的承載力要求，大直徑超長鉆孔灌注樁以其承載力高、便于施工等特點被廣泛應(yīng)用于房建等超高層建筑的工程中。大直徑超長鉆孔灌注樁通常指的是樁長大于 60 m，樁徑大于 800 mm 的鉆孔灌注樁。目前國內(nèi)在天津 117 大廈、臺灣 101 大廈、上海環(huán)球金融中心，武漢綠地中心等超高層房屋建設(shè)工程中大直徑超長鉆孔灌注樁的應(yīng)用已經(jīng)屢見不鮮，樁端樁側(cè)聯(lián)合后注漿技術(shù)也日漸趨于成熟。

1 工程概況

本工程位于蘇州工業(yè)園區(qū)金雞湖西側(cè)，南為蘇惠路，西鄰星陽街。本項目占地面積 2.5 萬 m2，總規(guī)劃建筑面積約 50萬 m2，其中，塔樓高度約 729 m。超高層塔樓部分地上 138層，裙房地上 8 層；整體設(shè)置 5 層地下室。樁基礎(chǔ)工程采用混凝土鉆孔灌注樁，樁徑分別為φ700、φ800、φ1 100，樁數(shù)共計 1 928 根，孔深 110 m，樁長 27 m～78.2 m，塔樓樁樁端持力層為粉細砂。本工程混凝土強度等級為水下 C50，注漿形式為樁端樁側(cè)聯(lián)合后注漿。

本工程場地位于蘇州市工業(yè)園區(qū)金雞湖西側(cè)，地勢較平坦。勘察深度范圍內(nèi)分 11 層，分別是：雜填土、粉質(zhì)黏土、砂質(zhì)粉土、粉質(zhì)黏土、粉質(zhì)黏土、粉砂夾粉質(zhì)黏土、粉質(zhì)黏土、粉砂夾粉質(zhì)黏土、粉質(zhì)黏土、粉砂夾粉質(zhì)黏土和粉細砂。

2 樁端樁側(cè)聯(lián)合后注漿分析

2.1 樁端后注漿

2.1.1 施工工藝流程

樁端后注漿分注漿導(dǎo)管的制作安裝、清水開塞、注漿等幾道主要工序(見圖 1)。

2.1.2 后注漿施工機具選用

后注漿施工設(shè)備包含水泥漿拌制系統(tǒng)、儲漿容器及高壓輸漿管和壓漿導(dǎo)管等。由注漿液攪拌、儲漿桶、機漿泵、濕磨機、地面管路系統(tǒng)及顯示儀表等組成現(xiàn)場水泥漿注漿裝置；由樁身注漿導(dǎo)管和樁端注漿裝置組成樁底注漿裝置。整個系統(tǒng)組成見圖 2。

圖1 樁端后注漿流程圖

圖2 樁端后注漿示意圖

(1)注漿泵的選擇。樁端后注漿對泵的額定壓力應(yīng)大于要求的最大壓力的 2 倍，同時注漿泵上必須配備有卸荷閥和壓力表。本工程使用 BW-150 型泥漿泵，其技術(shù)規(guī)格見表 1。

表1 BW-150型泥漿泵技術(shù)規(guī)格表

(2)漿液攪拌機具。漿液攪拌機及儲漿桶可根據(jù)施工條件選配，攪拌機制漿能力和儲漿桶容量應(yīng)滿足注漿設(shè)計要求，且攪拌機出漿口應(yīng)設(shè)置濾網(wǎng)。

(3)轉(zhuǎn)漿泵。漿液攪拌好后、注入樁端前須轉(zhuǎn)入濕磨機中細化，本工程轉(zhuǎn)漿泵選用 NL40-7 立式污水泵，轉(zhuǎn)漿設(shè)備技術(shù)規(guī)格見表 2。

表2 NL40-7立式污水泵技術(shù)規(guī)格表

(4)樁身注漿導(dǎo)管。樁身注漿導(dǎo)管與超聲波檢測管共的樁，選用內(nèi)徑 50 mm、壁厚 3.0 mm 的鋼管；不能利用檢測管的樁選用內(nèi)徑 25 mm，壁厚 3.0 mm 的鋼管。本工程樁樁深，樁身注漿導(dǎo)管應(yīng)連接牢固和密封。為保證導(dǎo)管的可靠性，宜采用外加套筒焊接連接，與鋼筋籠加勁筋綁扎固定，隨鋼筋籠一起下放入孔內(nèi)。

(5)樁端注漿裝置。樁端水泥注漿為工程樁提供樁端補償承載力。注漿管設(shè)有單向閥，注漿時，漿液由樁身注漿導(dǎo)管經(jīng)單向閥直接注入土層。注漿器有如下要求：注漿孔設(shè)置機械加工鉆孔，禁止燒焊，注漿器總出漿孔面積大于注漿器內(nèi)孔截面積；注漿器須設(shè)置單向閥，避免下方鋼筋籠及澆筑混凝土過程中漿液進入管內(nèi)，防止注入后土層中水泥漿液回流；注漿器上注漿孔用膠帶纏繞，應(yīng)做試壓試驗保證水泥漿液不沖開膠帶；注漿器與注漿管的連接必須牢固、密封、連接簡便；注漿器的末端必須利于進入較硬的樁端持力層。

2.1.3 樁端后注漿施工方法

(1)注漿管路的安裝(見下圖 3)。

圖3 樁端后注漿管安裝示意圖

①下放鋼筋籠以前，必須檢查注漿管安裝是否牢固，并在成孔一清后用測繩對孔深進行測量，滿足設(shè)計深度要求。②注漿管路安裝：樁端注漿器機械連接在注漿管路上，且注漿器超出鋼筋籠底部 500 mm，注漿管綁扎在鋼筋籠主筋內(nèi)側(cè)，隨鋼筋籠一起下放，直至孔口為止；為保護注漿導(dǎo)管，注漿管不得高出地面。③注漿管路設(shè)置要求：注漿管路連接處必須使用止水膠帶，并牢固擰緊密封；鋼筋籠下放至孔口后注漿管內(nèi)注滿清水，并保持水位穩(wěn)定不下降為準(zhǔn)；注漿管必須用鐵絲按每間隔 2 m 與鋼筋籠主筋牢固地綁扎在一起，出露在孔口的注漿管上部管口，使用堵頭擰緊，防止雜物掉入注漿管內(nèi)，確保注漿管路暢通。

(2)樁端后注漿。①待成樁 7 h～8 h 后，進行注漿管清水開環(huán)，檢查注漿導(dǎo)管是否暢通，沖開注漿閥。②樁身混凝土強度達到設(shè)計強度的 70%，開始進行樁端后注漿，一般成樁7 d ～8 d 后。③按設(shè)計水泥量和水灰比進行水泥漿液的配制，水灰比控制在 0.50～0.6 之間，水泥標(biāo)號必須符合設(shè)計要求，計量裝置確保有效；水泥漿液攪拌好后，必須用不大于 3×3 mm 的濾網(wǎng)進行過濾，方可開泵注漿。④水泥漿液必須進行細化處理，細化處理時間根據(jù)顆粒分析和滲透系數(shù)確定，一般在 1 min～3 min 之間。⑤注漿泵量控制在 30 L/min～45 L/min 之間，常規(guī)注漿壓力控制在 0.8 MPa 以內(nèi)；每根樁注漿必須一次完成，兩根注漿導(dǎo)管的注漿間隔時間不得少于 1 h 且不得大于 12 h。⑥壓漿總體控制原則：實行壓漿量與壓力雙控，以壓漿量(水泥用量)控制為主?？倝簼{量按設(shè)計要求或注漿量達設(shè)計值的 80%，且注漿壓力達 3 MPa 且持續(xù) 3 min，可以終止注漿。⑦壓漿次序與壓漿量分配：壓漿分 2 個回次；壓漿量第一回次 2 t 水泥、第二回次 1.5 t 水泥，第一回次與第二回次間隔時間 1 h～2 h。

(3)注漿管暢通保證措施。樁端后注漿是本工程鉆孔灌注樁的重要組成部分，必須確保成功，而后注漿成功的關(guān)鍵在于注漿管在開始注漿以前是否保持通暢。本工程在施工過程中采取了以下措施來確保注漿管暢通：①選用黑鐵管作注漿管時，管壁厚不小于 3.0 mm，確保注漿管自身強度；注漿管接頭采用無縫鋼管加工成的外絲接頭，確保接頭的強度和密封性能。②注漿管必須用鉛絲綁扎固定于鋼筋籠之上，不得點焊固定，同時鋼筋籠焊接時須避免碰到注漿管，防止燒穿管壁。③鋼筋籠下放時，每 2 節(jié)籠子即在管內(nèi)灌一次水，平衡泥漿壓力。④在混凝土澆筑完(第一次拔導(dǎo)管)后 7 h～8 h內(nèi)，對注漿管進行劈水。

2.2 樁側(cè)后注漿施工流程(見圖4)

圖4 樁端后注漿管道安裝示意圖

2.2.1 施工方法

(1)樁側(cè)注漿導(dǎo)管安裝。樁身注漿導(dǎo)管采用內(nèi)徑 25 mm，壁厚 3.0 mm 的黑鐵管，每個注漿斷面設(shè)置一根注漿導(dǎo)管，注漿導(dǎo)管的長度根據(jù)設(shè)計要求的注漿標(biāo)高計算。注漿導(dǎo)管安放在鋼筋籠外側(cè)，應(yīng)連接牢固和密封，與鋼筋籠主筋綁扎固定，隨鋼筋籠一起下放入孔內(nèi)(見圖 5)。

圖5 注漿管安裝示意圖

(2)環(huán)形注漿器。該裝置是整個樁側(cè)壓力注漿施工工藝的核心部件，由高壓復(fù)合管(見圖 6)、注漿器組成，其高壓復(fù)合管與樁身注漿導(dǎo)管連通，并固定在鋼筋籠外側(cè)；每個環(huán)形注漿器均布 4～6 個注漿點。

圖6 進口高壓復(fù)合管

(3)接通地面注漿系統(tǒng)。當(dāng)鉆孔樁鋼筋籠放置到位后，接通地面注漿系統(tǒng)，壓清水，使環(huán)形高壓軟管張開并緊貼孔壁。

(4)澆注混凝土以后，7 h～8 h 之內(nèi)進行清水劈裂，打通注漿器單向閥。

(5)樁側(cè)注漿施工技術(shù)參數(shù)。樁側(cè)注漿施工參數(shù)主要包括泵壓、泵量、漿液注入量、漿液配方等，其中泵壓包括開塞壓力、注漿壓力、終止壓力等，另外最重要的泵壓為清水劈裂，打通注漿器單向閥壓力的控制。

(6)注漿流量。泵量的選擇要滿足滲透注入，理論上越低越好，但考慮到施工可行性，本工程注漿流量為 32 L/min～45 L/min。

(7)水泥漿配制要求水泥采用 P42.5 級新鮮普通硅酸鹽水泥，同時要求水泥新鮮、不結(jié)塊。

注漿水泥用量及注漿壓力根據(jù)現(xiàn)場試壓漿確定，水灰比為 0.6～0.7，攪拌時間不小于 3 min。攪拌好的水泥漿液用孔徑不大于 3×3 mm 的濾網(wǎng)進行過濾。

(8)單樁注漿終止標(biāo)準(zhǔn)。樁側(cè)注漿終止標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)采用注漿量與注漿壓力雙控的原則，當(dāng)注漿量達到設(shè)計要求時，可終止注漿；當(dāng)注漿量到要求量的 80%，泵送壓力超過 2.0 MPa時，也可終止注漿。否則，需采取補救措施。

3 聯(lián)合后注漿質(zhì)量影響因素

無論是樁端后注漿還是樁側(cè)后注漿，都能明顯改善樁身周圍土體特性，從而提高單樁的極限承載力。由于本工程樁徑較大、樁長較長，對樁的承載力要求較高，所以采用的是樁端樁側(cè)聯(lián)合后注漿。對于大直徑超長鉆孔灌注樁來說，影響聯(lián)合后注漿質(zhì)量主要有以下幾種因素。

3.1 樁底沉渣

樁底沉渣對于大直徑超長鉆孔灌注樁荷載的傳遞影響較大，如果在注漿前沉渣過厚則會導(dǎo)致樁端阻力以及樁側(cè)阻力過早的發(fā)揮，樁端阻力得不到較好發(fā)揮，荷載主要由樁側(cè)阻力提供，樁體土的極限相對位移就會偏小，導(dǎo)致的結(jié)果是樁極限承載力的降低和注漿后沉降量的偏大。

3.2 注漿量

通過后注漿可以提高樁身 40%(本工程提高了 34%)左右的承載力，最高可達 70%。對于大直徑超長鉆孔灌注樁來說，其單樁極限承載力會隨著注漿量的增大而增大，但是到達一定界限之后增長會很緩慢，所以存在一個最優(yōu)的注漿量，當(dāng)注漿量達到這一最優(yōu)注漿量，單樁的極限承載力幾乎不再增加。

3.3 長徑比

長徑比對單樁極限承載力比較顯著，樁長一定時，長徑比與極限承載力成反比，即長徑比越小極限承載力就越大。但是存在一個最優(yōu)長徑比，當(dāng)這一數(shù)值繼續(xù)變小時，單樁極限承載力幾乎不再增加。

后注漿的質(zhì)量影響因素除了以上幾種外，還有土體特性、灌注樁施工質(zhì)量影響、注漿水泥用量及水灰比、注漿管注漿閥的制作及安裝等。在實際工程中要根據(jù)不同情況采取相應(yīng)控制措施。

4 結(jié) 語

通過以上對工程實例的簡單介紹可知，對于超長鉆孔灌注樁來說，由于后注漿提供了大量承載力，所以要確保單樁的承載力滿足要求，不僅要控制成樁過程的質(zhì)量控制，更要注重后注漿施工過程的質(zhì)量控制及對于主要質(zhì)量影響因素的控制。

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