齊建林，江曉俊

（廣東省建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司 廣州510010）

1 工程概況

湛江某超高層建筑項(xiàng)目，場(chǎng)地位湛江市經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)龍潮村，城市高地小區(qū)南側(cè)，湛江市包裝材料公司北側(cè)，場(chǎng)地東側(cè)緊鄰人民大道中，地形基本平坦，交通便利?？偨ㄖ娣e11.3萬m2，包含1棟超高層塔樓和1棟能源中心，地下室3層。地上建筑面積約7.9萬m2，屋面高度179.9 m，其主要按體型建筑功能分為3段，主要分為1～4層裙樓商業(yè)辦公，5～22層的酒店和23～39層高層辦公區(qū)。項(xiàng)目整體效果如圖1所示。

圖1 項(xiàng)目整體效果Fig.1 Project Rendering

2 地質(zhì)條件

擬建項(xiàng)目位于第四系中更新統(tǒng)北海組沖洪積準(zhǔn)平原地段，場(chǎng)內(nèi)原為廠房，勘察期間已拆除，地形基本平坦。根據(jù)地表踏勘及鉆探揭露，本次勘察范圍內(nèi)未發(fā)現(xiàn)滑坡、危巖和崩塌，泥石流、采空區(qū)、地面沉降、活動(dòng)斷裂等不良地質(zhì)作用及地質(zhì)災(zāi)害。

本次鉆探控制最大深度為100.20 m，淺部分布人工填土（Q4ml）、第四系中更新統(tǒng)北海組沖洪積層（Q2al+pl），下部為下更新統(tǒng)湛江組海陸交互相沉積的（Q1mc）地層，按成因類型及巖土工程特性劃分為12個(gè)主要單元層，5個(gè)亞單元層。各土層的名稱如表1所示。

表1 巖土參數(shù)Tab.1 Geotechnical Parameters

3 基礎(chǔ)選型

本工程工程勘察揭露，地面以下100 m深度位置依然為黏土層，沒有巖層，樁端承載力非常小，灌注樁為摩擦樁。限于樁長(zhǎng)徑比的限值50的要求，和綜合造價(jià)的考慮，單靠普通的端承摩擦灌注樁滿足不了超高層塔樓下豎向承載力的要求，承載力表格如表2所示，擬采用后注漿灌注工藝，對(duì)樁摩擦力進(jìn)行提高。

表2 灌注樁不同樁徑混凝土量對(duì)比Tab.2 Comparison of Concrete Usage between Different Pile Diameters

本工程樁身混凝土強(qiáng)度取C40（試樁取C45），鋼筋：縱筋為HRB400，箍筋為HPB300，加勁筋為HRB400，保護(hù)層厚度為50 mm，樁徑考慮1.0 m和1.2 m兩種樁徑方案，同時(shí)對(duì)這兩種方案做了混凝土量對(duì)比，可以發(fā)現(xiàn)1.0 m樁徑下的總混凝土量要比1.2 m樁的混凝土量少1 469 m3。說明對(duì)于端承摩擦樁，同體量混凝土下，樁徑越小，摩擦接觸面越大。故采用1.0 m直徑的后注漿灌注樁，在造價(jià)和樁側(cè)摩阻力的發(fā)揮上都是最合理的。

本項(xiàng)目的試樁（樁徑1.0 m）的單樁豎向承載力特征值取Ra=8 000 kN，承載力計(jì)算根據(jù)勘察報(bào)告提供的各層土樁的極限側(cè)阻力標(biāo)準(zhǔn)值及樁端持力層的極限端阻力標(biāo)準(zhǔn)值及勘查報(bào)告中建議側(cè)阻力和端阻力增強(qiáng)系數(shù)計(jì)算；因?yàn)榈凇?0〉層為粉質(zhì)黏土，樁端的加固效果不如第〈9〉層中砂層，所以從經(jīng)濟(jì)和合理的角度上來說，把基礎(chǔ)持力層定為第〈9〉層中砂層，一方面樁長(zhǎng)減少了5～6 m左右，另一方面樁的承載力也得到了充分的發(fā)揮，注漿效果更加穩(wěn)定，樁承載力并沒有減少多少［1-2］。

4 后注漿參數(shù)及加固機(jī)理

本項(xiàng)目后注漿為樁端及樁側(cè)復(fù)合后注漿。注漿導(dǎo)管采用4根內(nèi)徑28 mm的無縫鋼管，2根伸入樁端以下作為樁端注漿導(dǎo)管，另外2根作為樁側(cè)導(dǎo)管。超聲波檢測(cè)管單獨(dú)設(shè)置50 mm內(nèi)徑的鋼管，超聲波檢測(cè)管采用3根內(nèi)徑50 mm壁厚3.5 mm的鋼管，管端部伸出鋼筋籠底部以下100 mm，與加勁筋焊接固定。樁身預(yù)埋注漿采用環(huán)式注漿工藝，樁側(cè)注漿導(dǎo)管在樁底以上按間距A=10 m設(shè)置2道樁側(cè)注漿筏，對(duì)應(yīng)位置設(shè)置注漿環(huán)管，注漿環(huán)管采用直徑為33～40 mm的橡膠鋼絲管；噴口直徑3 mm，間距80 mm。復(fù)合注漿的機(jī)理如下：樁端后注漿是在鉆孔灌注樁成樁后，通過預(yù)埋在樁身的注漿管，利用壓力作用，經(jīng)樁端的預(yù)留壓力注漿裝置均勻地向樁端土層注入漿液。漿液通過滲透、擠密、充填及固結(jié)作用，使樁端沉渣得到加固，并形成擴(kuò)大頭，提高樁端所受的握裹力，從而提高樁端阻力。同時(shí)當(dāng)注漿壓力提高時(shí)，注漿量不斷增加，漿液沿樁土接觸面向上“返漿”，在一定程度上減小泥皮帶來的不良效應(yīng)，使樁側(cè)摩阻力得到提高，從而提高了抗壓承載能力［3-5］。

樁側(cè)后注漿與樁端后注漿類似，通過樁身預(yù)埋的注漿管將漿液注入注漿環(huán)管，由注漿環(huán)管噴入周邊土體，從而對(duì)樁周土進(jìn)行加固，減小了泥皮對(duì)樁側(cè)摩阻力的影響，提高單樁抗拔承載力［6-7］。由于每一個(gè)環(huán)形注漿面需對(duì)應(yīng)一個(gè)注漿管與地面注漿裝置連通，因此注漿面不宜設(shè)置過多，本項(xiàng)目設(shè)置2個(gè)注漿斷面，同時(shí)利用樁底注漿管對(duì)樁底往上的范圍進(jìn)行加固，總加固長(zhǎng)度計(jì)算值取30 m，出于放大安全系數(shù)的考慮比文獻(xiàn)［1］少取了6 m。

5 試樁結(jié)果分析

本項(xiàng)目共做了8根試樁，其中3根為后注漿試樁，編號(hào)為試樁1，試樁2，試樁3，做靜載抗壓檢測(cè)，3根為未注漿的試樁，編號(hào)為試樁4，試樁5，試樁6，做靜載抗壓抗拔檢測(cè)，2根為空樁段的無注漿的試樁，編號(hào)為試樁7，試樁8。本項(xiàng)目的空樁段長(zhǎng)度為16 m，空樁段在做靜載試驗(yàn)的時(shí)候會(huì)提供一定的有利摩擦，在確定樁承載力的時(shí)候應(yīng)該扣除該段的摩擦力，所以做了空樁段的抗拔承載力試驗(yàn)，為設(shè)計(jì)提供計(jì)算依據(jù)。所有的試樁都預(yù)埋超聲波檢測(cè)管進(jìn)行樁身完整性檢測(cè)。

超聲波檢測(cè)結(jié)果顯示，試樁1的樁身完整性存在明顯缺陷，根據(jù)超聲波的波段分析，在樁頂往下22.7～24.0 m的黏土層存在縮頸的情況，通過對(duì)比地勘資料分析，可能此部分間夾薄層粉砂或含少量粉細(xì)砂，導(dǎo)致局部縮頸。對(duì)后續(xù)的工程樁建議在成孔時(shí)增加泥漿護(hù)壁稠度，減少成孔到灌注混凝土的時(shí)間間隔。

試樁2、試樁3的樁身完整性沒有問題。檢測(cè)出來的數(shù)值都達(dá)到了設(shè)計(jì)要求，而且回彈率達(dá)到了100%，后分析有2個(gè)原因：①本工程的樁摩擦占了80%；②本試樁只是為了驗(yàn)證性試驗(yàn)，不是破壞性試驗(yàn)，樁還在彈性變形范圍內(nèi)。所以業(yè)主要求繼續(xù)加載，以提高樁承載力，二次加壓的荷載由16 500 kN提高到21 000 kN。Q-s曲線如圖2所示。

圖2 試樁2加載Q-s曲線Fig.2 Q-s Curve of Test-pile 2 Load

即使加大試驗(yàn)荷載后，樁基的沉降僅僅只有8.95 mm，回彈率達(dá)到了79%，說明樁基還在彈性范圍內(nèi)，因?yàn)槭枪こ虡都孀鲈嚇?，所以沒有繼續(xù)再加載做破壞性試驗(yàn)。

試樁4（未后注漿灌注樁）的Q-s曲線如圖3所示，當(dāng)荷載加到14 000 kN時(shí)，樁沉降量為19.49 mm，在樁長(zhǎng)一致的情況，加壓荷載比較小的情況下位移已經(jīng)超過了后注漿灌注樁的2倍，說明后注漿對(duì)樁沉降的控制效果非常明顯，后注漿灌注相比未注漿的承載力最少提高了57%。

圖3 試樁4再次加載Q-s曲線Fig.3 Q-s Curve of Test-pile 4 Re-load

超限審查時(shí)超限專家提出承載力提高不能超過15%，通過試樁證明承載力提高的幅度遠(yuǎn)大于15%，大概在50%～60%左右。同時(shí)后注漿灌注樁極限承載力按文獻(xiàn)［1］5.3.10條計(jì)算的可靠性是較高的，靜載試驗(yàn)值也比計(jì)算出來的數(shù)值大［8-9］。

6 注漿管堵塞和補(bǔ)注漿措施

在工程樁大面積施工注漿的過程中，因施工水平的差異，出現(xiàn)了預(yù)埋注漿管無法打開的情況，注漿無法按原設(shè)計(jì)完成。現(xiàn)場(chǎng)統(tǒng)計(jì)堵管數(shù)量達(dá)到80多根，占總注漿管數(shù)量的20%左右，樁端注漿管和樁側(cè)注漿管堵塞數(shù)量隨機(jī)，并沒有明顯的趨勢(shì)，分析的原因可能有2點(diǎn)：①在空樁段管被施工機(jī)械影響扳彎導(dǎo)致堵塞，導(dǎo)管上端保護(hù)措施脫落被泥漿堵塞；②清水劈裂后注漿環(huán)管的注漿孔被泥漿或者混凝土漿液二次堵塞［10］。

針對(duì)不同的注漿管堵塞問題，提出了在樁側(cè)鉆孔補(bǔ)注漿方案。補(bǔ)注漿鉆孔的孔位要求如下：

⑴位置：在對(duì)應(yīng)堵管位置外側(cè)離樁邊400 mm位置的地方鉆孔?？讖娇梢栽?6～150 mm，具體孔徑根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)確定采用。鉆孔傾斜率應(yīng)嚴(yán)格控制在0.3%，以防止鉆孔鉆到樁身。

⑵深度：對(duì)于樁底注漿管堵塞的，鉆孔應(yīng)鉆至樁底往下1 m的位置，對(duì)于樁側(cè)注漿管堵塞的，鉆孔應(yīng)鉆至對(duì)應(yīng)加強(qiáng)段的底部往上2 m的位置。

對(duì)樁底注漿管堵塞的情況，并沒有選擇在樁身鉆孔補(bǔ)注漿主要是考慮鉆孔的準(zhǔn)確度，本項(xiàng)目的樁長(zhǎng)普遍超過40多m，加上空樁段鉆孔深度會(huì)接近60 m，而本工程的樁徑1 m，即使考慮0.5%的傾斜率，鉆孔也非常容易鉆出樁外，從而達(dá)不到樁底二次補(bǔ)注漿的目的。

最終對(duì)補(bǔ)注漿的灌注樁做了承載力檢測(cè)試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果表明補(bǔ)注漿的樁承載力也達(dá)到了設(shè)計(jì)的要求。

7 結(jié)論

通過對(duì)湛江某超高層建筑的樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)過程解析，闡述了后注漿的注漿加固機(jī)理。通過對(duì)8根靜載試樁結(jié)果的分析，表明后注漿在粵西巖層比較深的地區(qū)對(duì)灌注樁的沉降控制和承載力提高效果明顯，提高效果遠(yuǎn)大于經(jīng)驗(yàn)值，提高幅度也大于文獻(xiàn)［1］要求的幅度。最后通過對(duì)注漿管堵塞事故的處理，總結(jié)實(shí)踐了注漿管堵塞后的有效處理措施。