曾慶友

(福建建工集團有限責任公司 福建福州 350001)

超長大直徑灌注樁復式后注漿工藝參數(shù)探討

曾慶友

(福建建工集團有限責任公司 福建福州 350001)

通過工程實例，進行不注漿與注漿的單樁豎向抗壓靜載試驗，對比數(shù)據(jù)并檢驗選定的樁端樁側復式后注漿施工工藝參數(shù)是否滿足設計及規(guī)范要求。

超長大直徑；灌注樁；后注漿；承載力；沉降量

1 概述

灌注樁后注漿技術指灌注樁成樁后一定時間，通過預設于樁身內的注漿導管及與之相連的樁端、樁側注漿閥注入水泥漿，漿液直接注入至需要加固補強的位置，漿液與樁端沉渣、周圍土體呈混合狀態(tài)，通過滲透、填充、壓密、劈裂、固結等效應，使樁端、樁側土體(包括沉渣和泥皮)得到加固，從而提高單樁承載力，減少沉降的一項技術措施，其加固機理如圖1所示。常見后注漿方式有樁端后注漿、樁側后注漿、樁端樁側復式后注漿，如圖2所示。

圖1 灌注樁后注漿加固機理

圖2 后注漿方式

目前，灌注樁后注漿理論已有較深入研究，應用實例也越來越多。在工程界，基于單樁的研究成果，多數(shù)認為，樁端注漿對于長大樁作用微弱，對于長大樁僅宜使用樁側注漿方式。鄒力[1-2]等通過試驗研究，結果顯示，對于深厚軟土層中的長大群樁，樁端注漿控制沉降效果良好，還可略優(yōu)于樁側注漿。同時，應清醒地看到，后注漿技術既有成功的經(jīng)驗，也有因盲目應用或不合理確定注漿參數(shù)的控制標準，導致基樁承載力嚴重喪失而失敗的教訓[3]。戴憶帆[4]等收集并總結了福建省30多個工地注漿實踐，得到不同土層中單樁注入水泥量的經(jīng)驗值，供設計參考。筆者通過某時代廣場工程實例，探討超長大直徑?jīng)_鉆孔灌注樁樁端樁側復式后注漿的施工工藝參數(shù)。

2 工程概況

某時代廣場工程占地18 758m2，總建筑面積115 387.60m2，其中地下36 419.31m2，地上78 968.29m2。該工程涵蓋現(xiàn)澆鋼筋砼結構、預應力鋼筋砼結構、鋼結構等型式。2層大底盤連體地下室，地上3棟建筑。其中1#樓為22層商業(yè)辦公綜合樓；2#樓為32層商住樓；3#樓為4層商業(yè)建筑。工程造價4.75億元。

該工程樁基采用泥漿護壁成孔沖(鉆)孔灌注樁，澆筑C40P8抗?jié)B水下混凝土，合計529根，最大施工樁長58m(Φ1000，小計369根，樁端全截面進入設計持力層⑩卵石深度≥3m)，94.1m(Φ1200，小計160根, 樁端全截面進入設計持力層·中-微風化花崗巖深度≥0.5m)。設計采用樁端樁側復式后注漿施工工藝提高樁基承載力。鉆孔灌注樁采用牙輪鉆鉆頭砍巖，將原來每根Φ1200工程樁施工時間由采用沖孔樁機時的15～25d縮短為5～7d。

3 地質概況

擬建場地處于福州沖海積平原，閩江一級階地上。場地自上而下共有13個巖土單元體，根據(jù)各巖土層空間分布及其工程地質性能，將本場地巖土層分為上、中、下三部分評述：

上部①-⑤：約埋藏于地表到地表下20m～25m，表層雜填土①結構松散，成分復雜，厚度不均，天然地基強度低；淤泥質土②，淤泥質土④，含水量高，抗剪強度低，為高壓縮性土層，工程性能差。該段中部地層以中砂③為主，厚度大，層位穩(wěn)定，力學強度一般，樁基性能一般。下部中砂⑤厚度較大，分布較穩(wěn)定，力學強度較好，樁基性能一般。

中部⑥-⑩：約埋藏于地表下25m～60m，⑥含水量高，抗剪強度低，為高壓縮性土層，工程性能差。粉質粘土⑦為中壓縮性土，場內局部揭露，分布不穩(wěn)定工程性能較差，中砂⑧厚度大，層位穩(wěn)定，均勻性較好，密實度較好，具有壓縮變形小的特點，土層強度較高，力學指標較好，可作為該工程地下室支護樁的持力層。圓礫⑨強度較高，力學指標較好，無軟弱下臥土層，但局部分布，樁基性能不穩(wěn)定。卵石⑩厚度變化大，密實度較好，具有壓縮變形小的特點，土層強度較高，力學指標較好，無軟弱下臥土層，可作為多層或高層建筑的樁基持力層。

4 試驗樁情況

工程樁正式施工前,試打一根Φ1000抗拔樁(單樁豎向抗拔極限承載力檢測值為4 800kN),一根Φ1 000抗壓樁(單樁豎向抗壓極限承載力檢測值為14 000kN),兩根Φ1 200抗壓樁(單樁豎向抗壓極限承載力檢測值為24 000kN)。試驗樁均無后注漿，為后期確定注漿工藝參數(shù)提供驗證數(shù)據(jù)，樁端全截面進入持力層深度及沉渣厚度、充盈系數(shù)、砼標養(yǎng)試塊強度均滿足設計及規(guī)范要求，試驗樁施工過程中未發(fā)現(xiàn)異?，F(xiàn)象。試驗樁靜載檢測結果：Φ1 000抗拔樁(施工樁長57.40m)最大上拔量17.90mm，滿足設計要求；Φ1 000抗壓樁(施工樁長58.00m)最大沉降量16.14mm，滿足設計要求；一根Φ1 200抗壓樁(施工樁長89.48m)在19 200kN荷載作用下，樁頂累計沉降量達80.77mm>60mm(s=0.05×1 200mm=60mm)，該級未達到穩(wěn)定，終止加載，取s=0.05D=60mm所對應的荷載值15 854kN為單樁豎向抗壓極限承載力檢測值，未能滿足設計要求，僅為設計值的66.06%，承載力至少需提高33.94%，沉降量至少需減少34.62%；一根Φ1200抗壓樁(施工樁長86.64m)在24 200kN荷載作用下，樁頂累計沉降量達87.12mm>60mm(s=0.05×1 200mm=60mm)，該級未達到穩(wěn)定，終止加載，取s=0.05D=60mm所對應的荷載值19 349kN為單樁豎向抗壓極限承載力檢測值，未能滿足設計要求，僅為設計值的80.62%，承載力至少需提高19.38%，沉降量至少需減少45.2%。Φ1 200平均樁頂最大沉降量83.95mm，平均單樁豎向抗壓極限承載力檢測值17 602kN。

對照該工程巖土詳細勘察報告“單樁極限承載力估算成果表”，在未注漿的前提下，Φ1 200抗壓樁單樁豎向承載力極限標準值Quk預計高達31 985.0kN(?17 602kN)，顯然該工程實際地質情況不能滿足要求，需對工程樁進行后注漿。

5 后注漿設計

5.1 后注漿方式選擇

張忠苗[5]等研究表明：土顆粒越粗，樁端后注漿效果越好，當樁基持力層為基巖時，僅采用樁端后注漿，單樁豎向極限承載力僅能提高5%左右，但對減少沉降量作用顯著。王陶[6]等對超長樁的承載性能和荷載傳遞機理的研究表明：超長樁的荷載·沉降曲線沒有明顯破壞點，其豎向荷載主要依靠樁側摩阻力進行傳遞，樁側摩阻力的發(fā)揮存在最佳深度。黃生根[7]等通過實驗獲得樁基總側阻提高幅度為12%以上，端阻提高1.4倍以上，側阻力增量對樁極限承載力的貢獻可達到1.5倍以上。

該工程樁基在未注漿的前提下，Φ1200抗壓樁為滿足設計要求，承載力平均應提高26.66%，沉降量平均應減少39.91%。按文獻[8]灌注樁后注漿單樁極限承載力標準值估算公式：

Quk=Qsk+Qgsk+Qgpk=u∑Ψsiqsjklj+u∑Ψsiβsiqsiklgi+ψpβpqpkAp(對于泥漿護壁成孔灌注樁，當為單一樁端后注漿時，豎向增強段為樁端以上12m；當為樁端、樁側復式注漿時，豎向增強段為樁端以上12m及各樁側注漿斷面以上12m，重疊部分應扣除)。經(jīng)設計單位復核計算，當為單一樁端后注漿時，Quk仍不能滿足設計要求；當為樁端、樁側復式注漿時，Quk能滿足設計要求，故選擇采用樁端樁側復式后注漿方式。

5.2 注漿材料

注漿導管采用Φ25×3.0鍍鋅鋼管，套絲管箍連接，鋼管底端采用打孔包扎注漿頭，即將鋼管底端壓扁閉口，底端40cm左右打上4排，每排6個直徑8mm～10mm的小孔，再用電工塑料膠布外加橡膠帶纏繞包裹并用8#鐵絲扎緊。注漿水泥選用42.5級的煉石牌普通硅酸鹽水泥。采用純水泥漿，水灰比控制在0.5～0.6左右，攪拌時間不少于2min。攪拌好的水泥漿液用孔徑不大于40um×40um 的濾網(wǎng)進行過濾。

5.3 確定注漿位置

樁端注漿導管沿鋼筋籠圓周對稱設置3根，進入中—微風化巖·層；樁側注漿管共4根，其中2根進入⑧中砂層，另外2根⑩卵石層，沿鋼筋籠對稱設置，長度分別是一根為⑧中砂層底部往上H/3(H為⑧中砂層層厚)處，一根為⑧中砂層中部，另外兩根為⑩卵石層頂部往下2m。

5.4 注漿順序

樁基后注漿時，同一承臺樁盡可能同時注漿。對整個群樁基礎注漿，注漿作業(yè)與成孔作業(yè)點的距離不小于8m～10m，大于16m；注漿從外圍的樁開始進行，逐步到內部的樁，以獲得良好的注漿效果。

樁端樁側復式注漿時，飽和土中的復式注漿順序遵循“先樁側后樁端”的原則，樁側、樁端注漿間隔時間不少于2h，保證上部注漿體達到一定的初凝強度，避免漿液上竄而冒漿；多斷面樁側注漿時，先上后下。

故該工程Φ1200灌注樁后注漿先從樁側⑧中砂層開始，接著樁側⑩卵石層進行注漿，最后進行樁端注漿。

5.5 注漿量計算

按文獻[8]單樁注漿量估算公式：Gc=αpd+αsnd=1.8×1.2+0.7×4×1.2=5.52(t)。

經(jīng)與建設單位、設計單位、監(jiān)理單位溝通后，結合該工程現(xiàn)場實際地質條件確定該工程Φ1200灌注樁注漿量：樁側注漿應先從⑧中砂層進行，注入水泥1.5t后，進行技術間歇約1h，再轉換另一根注漿管進行注入，后注⑩卵石層，注漿水泥用量每層各為2t。樁端注漿水泥用量不少于1.5t。合計單樁復式注漿水泥總用量5.5t。

5.6 開塞壓力及注漿壓力

注漿前進行壓水試驗，按2～3級壓力順次逐級進行，開塞壓力3MPa～4MPa。樁端注漿壓力≥3MPa，樁側注漿壓力≥1MPa，注漿流量不超過75L/min，每盤水泥注漿時間控制在20min左右。

5.7 終止注漿條件

為保證灌注樁后注漿預期效果及避免低效過量注漿，當滿足下列條件之一時可終止注漿：

(1)在滿足設計注漿壓力條件下，注漿量達到設計要求；

(2)注漿總量已達到設計值的80%，且注漿壓力達到設計注漿壓力的1.5倍并維持5min以上；

(3)注漿總量已達到設計值的80%，且樁頂或地面出現(xiàn)明顯上抬；

(4)多根注漿管的注漿量仍達不到上述要求時，應實行間歇注漿以達到設計注漿量為止；若多次間歇注漿仍不能達到設計值的80%，則注漿壓力連續(xù)達到8MPa且穩(wěn)定3min以上，該樁終止注漿，同時對相鄰樁加大注漿量。

6 Φ1200工程樁施工過程概況

(1)根據(jù)地下室后澆帶進行樁基及后注漿施工分區(qū)，如圖3所示。160根Φ1200灌注樁主要集中在2#樓及1#樓的主樓下，即1區(qū)、2區(qū)、12區(qū)。根據(jù)施工總進度計劃安排，為保證2#樓住宅的銷售節(jié)點，施工順序為1區(qū)→2區(qū)→12區(qū)。每區(qū)后注漿時間與周邊區(qū)域樁基成樁時間間隔≥5d。樁基施工完畢，特別注意后注漿管的成品保護，避免后期無法注漿或注漿量不足。

圖3 分區(qū)圖

(2)每區(qū)后注漿嚴格按本文第4章確定的工藝參數(shù)施工，并特別注意每盤水泥用量及水泥漿液的過濾，避免堵管。施工過程時刻查看壓力表，并控制好技術間歇時間，如圖4～圖5所示。

圖4 后臺制漿圖

圖5 前臺注漿圖

(3)每日注漿工效約為2～3根樁/臺班?，F(xiàn)場備有兩套注漿設備及人員。

7 Φ1200工程樁抗壓靜載試驗結果

Φ1200工程樁抗壓靜載試驗結果如表1所示，試驗結果均合格。平均樁頂最大沉降量28.53mm<60mm(s=0.05×1 200mm=60mm)。對于該工程施工樁長最大的102#樁，最大試驗荷載下樁頂沉降量反而最小，表明復式后注漿對減少沉降量作用顯著。

表1 Φ1 200工程樁抗壓靜載試驗結果

8 結論

(1)單樁豎向抗壓承載力均滿足設計及規(guī)范要求。

(2)最大試驗荷載下樁頂沉降量均滿足設計及規(guī)范要求。

(3)該工程選定的復式后注漿工藝參數(shù)可靠有效，試驗結果滿足要求。

由于工期緊且試驗樁費用較高，相同地質條件下，缺乏進行僅樁端或僅樁側后注漿的抗壓靜載試驗數(shù)據(jù)，未能充分進行注漿與不注漿的對比，仍需搜集大量類似工程數(shù)據(jù)。

在實際工程中，注漿量較大的樁承載力高于注漿量較小的樁，但由于增加的幅度有限，因而存在一個最優(yōu)的注漿量。注漿量在一定的條件下，最優(yōu)漿液擴散半徑也很難控制。故注漿效益有待進一步研究。

[1] 鄒力，吳興序，馬建林，等.后注漿群樁基礎施工期沉降—時間規(guī)律試驗研究[J].巖石力學與工程學報，2010，29(S2)：4033-4037.

[2] 鄒力.后注漿群樁基礎沉降性狀研究[D].成都：西南交通大學，2007.

[3] 李明，黃良機.珠海地區(qū)灌注樁后注漿技術應用效果的實例分析[J].工程質量，2014，32(10)：62-64.

[4] 戴憶帆.基于有限元的樁端后注漿單樁注漿量研究[J].福建建筑，2015(6)：60-63.

[5] 張忠苗，辛公鋒.不同持力層鉆孔樁樁底后注漿應用效果分析[J].建筑結構學報，2002，23(6)：85-94.

[6] 王陶，馬曄.超長鉆孔樁豎向承載性狀的試驗研究[J].巖土力學，2005，26(7)：1053-1057.

[7] 黃生根，龔維明.超長大直徑樁壓漿后的承載性能研究[J].巖土工程學報，2006，28(1)：113-117.

[8] JGJ 94-2008 建筑樁基技術規(guī)范[S].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2008.

Study on the parameters of composite post-grouting technology for super-long and large-diameter bored concrete pile

ZENGQingyou

(Fujian Construction Engineering Group Company , Ltd，F(xiàn)uzhou 350001)

The static load tests were conducted on the super-long and large-diameter bored concrete piles with and without post grouting in engineering practice. The test data was compared and it was verified if the parameters of chosen composite post-grouting technology used on and pile tip and side satisfies the need of design and code.

Super-long and large-diameter; Bored concrete pile;Post-grouting; Bearing Capacity; Settlement

曾慶友(1964.10- ),男，高級工程師。

E-mail:493087897@qq.com

2017-03-18

TU74

A

1004-6135(2017)06-0088-04