林 品

（福建省地質(zhì)工程公司，福建 福州 350002）

0 引言

隨著國民經(jīng)濟的不斷發(fā)展，越來越多的人口往一二線城市集中，在寸土寸金的一二線城市，住宅樓及辦公樓逐漸向高層建筑發(fā)展。沖孔灌注樁基礎(chǔ)在高層建筑中得到越來越廣泛的使用，特別是軟土地區(qū)，沖孔灌注樁更是主要基礎(chǔ)形式。然而，在實際運用中，沖孔灌注樁采用泥漿護壁成孔，且地下隱蔽工程質(zhì)量控制難度大，試樁過程中往往達不到設(shè)計估算的承載力，灌注樁后注漿技術(shù)的出現(xiàn)，提高了灌注樁承載力，提升了工程質(zhì)量。本文結(jié)合現(xiàn)行規(guī)范及工程實踐，闡述樁端高壓后注漿技術(shù)的基本原理、施工工藝、施工效果等，以供相關(guān)技術(shù)人員參考。

1 工程概況與樁基礎(chǔ)選擇

1.1 工程概況

工程地處廈門市思明區(qū)湖濱北路西段，北臨湖濱北路，西鄰正在建設(shè)的國際廣場，東面為建業(yè)大廈，南側(cè)為恒通花園。擬建地上建筑42層，設(shè)置三層地下室。樁基設(shè)計等級為甲級，樁基安全等級為一級，樁基采用沖鉆孔灌注樁，主樓樁持力層為中風(fēng)化巖或中風(fēng)化凝灰熔巖。

1.2 地層巖性特征

根據(jù)地勘報告，場地巖土層自上而下依次分布有：

雜填土①，雜色，主要由碎石、碎磚、碎砼等建筑垃圾組成，不均勻混20%～40%的粘性土或砂，局部夾有花崗巖塊石。堆填時間約10年，基本完成自重固結(jié)，呈松散～稍密狀態(tài)，密實度不均勻。場地內(nèi)均有分布，各鉆孔均遇見該層填土，層厚1.20～5.10m，平均厚度2.49m。

淤泥質(zhì)土②，深灰、灰黑色，含少量有機質(zhì)及腐植質(zhì)，偶見有未完全腐爛植物，略具臭味，呈飽和、流塑狀態(tài)。切面光滑，搖振無反應(yīng)，干強度及韌性高。場地內(nèi)均有分布，各鉆孔均遇見該層土，其頂面埋深1.20～5.10m，標(biāo)高介于-0.98～3.45m，層厚2.30～11.30m。

粉質(zhì)粘土③，褐黃、褐灰色，局部含10%左右中細(xì)砂，稍濕，呈可塑狀，局部呈硬塑狀，搖振無反應(yīng)，干強度及韌性中等。其頂面埋深6.10～12.70m，標(biāo)高介于-8.39～-1.30m，層厚0.80～6.30m。

殘積砂質(zhì)粘性土④-1，褐黃、褐灰、灰白等色，系花崗巖原地風(fēng)化殘積而成，原巖結(jié)構(gòu)可辨，長石類礦物已風(fēng)化成土，殘留約10%石英質(zhì)粗顆粒（粒徑＞2mm），主要呈稍濕、硬塑狀態(tài)，局部呈可塑狀態(tài)。搖振無反應(yīng)，干強度及韌性中等。其頂面埋深11.10～14.70m，標(biāo)高介于-10.02～-6.89m，層厚3.10～10.70m。

凝灰熔巖殘積粘性土④-2，褐黃、灰褐色，系由凝灰熔巖原地風(fēng)化殘積而成，原巖結(jié)構(gòu)清晰可辨，殘留少量石英質(zhì)顆粒，呈稍濕、可塑～硬塑狀態(tài)。搖振反應(yīng)無，干強度及韌性高。其頂面埋深8.10～17.50m，標(biāo)高介于-13.29～-3.38m，層厚3.80～16.50m。

全風(fēng)化花崗巖⑤，褐黃、灰白等色，主要礦物成分為長石、石英及云母，長石類礦物風(fēng)化嚴(yán)重，呈粉末狀，手可捏碎，手捏有砂感，浸水后可捏成團，風(fēng)化裂隙極發(fā)育，巖芯呈土柱狀。為極軟巖，巖體極破碎，巖體基本質(zhì)量等級為V級。合金鉆進容易。其頂面埋深14.20～23.20m，標(biāo)高介于-18.39～-9.80m，主樓鉆孔揭露該層，層厚1.90～11.60m。

散體狀強風(fēng)化花崗巖⑥-1，褐黃、褐灰色，主要礦物成分為長石、石英及云母，長石類礦物風(fēng)化明顯，風(fēng)化裂隙極發(fā)育，巖芯呈散體狀。為軟巖，巖體極破碎，巖體基本質(zhì)量等級為V級。合金鉆具鉆進較易。其頂面埋深20.80～31.00m，標(biāo)高介于-26.19～-16.15m，主樓鉆孔揭露該層，層厚12.30～27.30m。

散體狀強風(fēng)化凝灰熔巖⑥-2，灰黃、灰白色，巖體風(fēng)化強烈，風(fēng)化裂隙很發(fā)育，大部分礦物已風(fēng)化變質(zhì)，巖芯呈散體狀。屬極軟巖，巖體極破碎，巖體基本質(zhì)量等級為V類，合金鉆具鉆進易。其頂面埋深21.90～39.50m，相當(dāng)于標(biāo)高-35.41～-17.50m，主樓鉆孔均揭穿該層，層厚7.70～21.20m。

碎塊狀強風(fēng)化花崗巖⑦-1，褐黃、褐灰色、灰白色，主要礦物成分為長石、石英及云母，長石類礦物風(fēng)化顯著，呈顆粒狀，風(fēng)化裂隙極發(fā)育，巖芯呈碎塊狀。為軟巖～較軟巖，巖體極破碎，巖體基本質(zhì)量等級為V級。合金鉆具鉆進較易。其頂面埋深40.70～55.80 m，標(biāo)高介于-50.99～-36.02m，主樓鉆孔揭露該層，層厚3.40～12.70m。

碎塊樁強化風(fēng)凝灰熔巖⑦-2，灰黃、灰白色，巖體風(fēng)化強烈，風(fēng)化裂隙極發(fā)育，大部分礦物已風(fēng)化變質(zhì)。巖芯呈碎塊狀和塊狀。屬軟巖～較軟巖，巖體極破碎，巖體基本質(zhì)量等級為V類，合金鉆具難鉆進。其頂面埋深37.80～53.50m，相當(dāng)于標(biāo)高-49.41～-32.93m，主樓鉆孔均揭穿該層，層厚0.60～20.10m。

中風(fēng)化花崗巖⑧-1，褐黃、淺肉紅色，主要礦物成分為長石、石英及云母，部分礦物已風(fēng)化，風(fēng)化裂隙發(fā)育，局部裂面呈鐵銹色，巖芯呈塊狀及短柱狀，巖石質(zhì)量指標(biāo)RQD介于25%～80%之間。屬較硬巖，巖體較破碎～較完整，巖體基本質(zhì)量等級為VI～III級。金剛石具鉆進較難。其頂面埋深53.40～65.90m，相當(dāng)于標(biāo)高-61.09～-48.72m，揭露厚度5.10～15.50m。

中風(fēng)化凝灰熔巖⑧-2，灰黃、灰白、深灰色，主要成分為石英、長石及暗色礦物，熔巖結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，少部分礦物已風(fēng)化變質(zhì)，風(fēng)化裂隙發(fā)育，裂隙呈陡傾角狀，裂隙面見褐黃色鐵質(zhì)浸染，巖芯呈短柱狀及塊狀。屬較硬巖，巖體較破碎，巖體基本質(zhì)量等級為IV級，金剛石鉆具鉆進慢。巖石質(zhì)量指標(biāo)RQD介于25%～70%之間。其頂面埋深48.10～66.10m，相當(dāng)于標(biāo)高-61.33～-43.45m，揭露厚度5.07～14.84m。

1.3 樁基礎(chǔ)選擇

殘積土、基巖不均勻風(fēng)化和球狀風(fēng)化現(xiàn)象突出。殘積土中分布有花崗巖“孤石”，強風(fēng)化巖中分布有中風(fēng)化“球狀風(fēng)化體”，其分布存在隨機性、無規(guī)律性。

地勘報告對地基基礎(chǔ)選型分析：擬建建筑物荷載大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，一般基礎(chǔ)型式難以滿足要求，因此建議采用樁基礎(chǔ)，樁型可選擇鉆（沖）孔灌注樁，宜以中風(fēng)化花崗巖或中風(fēng)化凝灰熔巖作為樁端持力層，純地下室部分亦可以強風(fēng)化花崗巖層為樁端持力層。

2 普通灌注樁設(shè)計與試樁

2.1 設(shè)計方案

主樓沖孔灌注樁端全面進入中風(fēng)化花崗巖或中風(fēng)化凝灰熔巖≥1200mm，有效樁長≥35m，樁徑1200mm，樁身混凝土強度C35，單樁承載力特征值為11000kN，極限承載力為22000kN。按規(guī)范要求：設(shè)計等級為甲級的建筑樁基，應(yīng)通過單樁靜載試驗確定單樁豎向極限承載力。

2.2 試樁情況

經(jīng)參建各方共同選定在主樓區(qū)域，B3勘探點附近進行第一次破壞性試樁，樁徑1000mm，施工樁長55.60m，持力層經(jīng)地勘單位及參建各方判定為中風(fēng)化凝灰熔巖，樁端入巖1400mm。沖孔施工過程無斜孔、塌孔；下鋼筋籠階段正常；第二次清孔采用正循環(huán)清孔，澆筑前孔底未測有明顯沉渣；混凝土質(zhì)量良好，首灌返漿正常，澆筑過程拔導(dǎo)管正常。

樁身混凝土試塊經(jīng)試壓合格，動測樁身完整性符合要求后進行靜載試驗，檢測試樁1#單樁豎向抗壓極限承載力為10000kN。經(jīng)設(shè)計換算，未達到主樓設(shè)計承載力特征值11000kN要求。

2.3 原因分析

參建各方與設(shè)計單位共同分析試樁結(jié)果，認(rèn)為在持力層為中風(fēng)化凝灰熔巖無異議的情況下，承載力不高的原因：（1）施工中暴孔時間（沖孔時間、下鋼筋籠時間、灌注混凝土?xí)r間以及間隙時間）過長，以致在樁孔表面生成一層較厚的泥皮；（2）正循環(huán)清渣工藝，清渣時間長，增加泥漿護壁泥皮厚度，增加孔洞縮徑風(fēng)險，削弱樁側(cè)摩阻力；（3）二次清渣泥漿泵停泵到混凝土澆筑，有時間間歇，泥漿中沉渣會沉淀于孔底，沉渣過厚，首灌混凝土無法有效地沖翻孔底沉渣，造成孔底沉渣超標(biāo)，樁身混凝土質(zhì)量下降，引起承載力不足。

2.4 改進措施

針對以上原因，參建各方共同確定，項目后續(xù)工程樁施工，采用以下措施：（1）繼續(xù)加強施工過程管理，配備施工經(jīng)驗豐富、質(zhì)量意識強的現(xiàn)場管理人員和鉆機操作人員，嚴(yán)格控制各道工序的施工質(zhì)量，特別是持力層的判定，由地勘單位逐根到場驗收持力層巖性；（2）沖孔灌注樁24h施工，加快成樁時間，下鋼筋籠前應(yīng)進行掃孔作業(yè)，減少泥漿護壁泥皮；（3）鋼筋籠下籠完畢，采用氣舉反循環(huán)二次清孔工藝，（3）合理安排混凝土澆筑時間，二次清孔完畢應(yīng)立即澆筑混凝土，特別是夜間清孔完成，嚴(yán)禁等第二天才澆筑混凝土，以免清孔時間過長引起縮徑可能，（4）增加樁端高壓后注漿技術(shù)的應(yīng)用。

為檢驗以上改善措施，設(shè)計院建議進行第二次試樁驗證，第二次試樁兩根，樁長均為45m，樁徑均為1200m，樁端持力層為散體狀強風(fēng)化凝灰熔巖，其中一根采用樁端高壓后注漿技術(shù)。

3 樁端高壓后注漿技術(shù)對灌注樁施工的優(yōu)化分析

3.1 樁端高壓后注漿技術(shù)基本原理

樁端高壓后注漿技術(shù)是指灌注樁在成樁后，通過預(yù)埋在樁身的注漿管向樁端地層均勻注入能固化的漿液（通常為純水泥漿），視漿液性狀、地層特性和注漿參數(shù)等不同條件，壓力漿液對樁端土層、中風(fēng)化與強風(fēng)化基巖、樁端虛土及樁端附近的樁周土層起到滲透、填充、置換、劈裂、嚴(yán)密及固結(jié)或多種形式的組合等不同作用，改變其物理化學(xué)力學(xué)性能及樁與巖、土之間的邊界條件，消除虛土隱患，從而提高樁的承載力以及減少樁基的沉降量[1]。

3.2 樁端高壓后注漿技術(shù)優(yōu)化沖孔灌注樁施工工藝

3.2.1 沖孔灌注樁施工流程

（1）泥漿護壁沖孔成孔；（2）放鋼筋籠和灌注導(dǎo)管；（3）注漿管安放；（4）按常規(guī)方法灌注混凝土；（5）壓力注漿。

3.2.2 注漿管安放及注漿施工工藝

（1）沿鋼筋籠圓周對稱設(shè)置3根Ф25壁厚為3.0mm的焊接鋼管，深度直達樁底，注漿管的下端設(shè)出漿口，并用膠帶或塑料膜包住，出漿口的位置高出孔底30～50cm，注漿管應(yīng)與鋼筋籠綁扎固定。

（2）樁身混凝土灌注24h后對注漿管實施預(yù)壓劈裂通道工序，壓水壓力為1～2MPa，壓通后壓力自然下降，壓水量以壓通為止。

（3）樁身混凝土灌注后2～30天內(nèi)完成樁端壓力注漿，終壓力10MPa，漿液濃度（水灰比）0.5∶1～0.6∶1。

（4）達到以下條件中的任何一條時即可停止注漿：注漿壓力超過10MPa；每根注漿管水泥用量超過3t；所注的水泥漿從地面冒出。

3.3 試樁情況

第二次試樁兩根，兩根樁基本參數(shù)均一致，并且試樁距離較近，試樁2#樁未采用樁端高壓后注漿技術(shù)，試樁3#樁采用樁端高壓后注漿技術(shù)，實際注漿水泥用量1.8t。經(jīng)靜載試驗所得數(shù)據(jù)如表1。

表1 兩次試樁參數(shù)與結(jié)果統(tǒng)計表

從表1數(shù)據(jù)可看出，樁端高壓后注漿的單樁極限承載力大于未注漿的承載力,提高幅度將近60%。

兩次試樁工作后，地勘單位結(jié)合試樁檢測數(shù)據(jù)出具了《樁基設(shè)計參數(shù)值修正建議函》，對各地層qpk、qsik等取值進行調(diào)整，為樁基設(shè)計調(diào)整提供了重要參考依據(jù)。經(jīng)設(shè)計調(diào)整，該工程主樓樁單樁承載力特征值取9350kN，主樓樁采用樁端高壓后注漿技術(shù)。

3.4 樁端高壓后注漿效果分析

3.4.1 提高樁承載力

設(shè)計調(diào)整后，主樓樁全部采用樁端高壓后注漿工藝。經(jīng)樁基驗收靜載試驗選取的5根主樓樁承載力均滿足要求，極限承載力極限值達到18700kN[2]。比試樁1#未采用高壓注漿，持力層同為中風(fēng)化巖相比，單樁承載力提高顯著。

3.4.2 解決虛土問題

由于沖鉆孔灌注樁以泥漿作沖洗介質(zhì)，無論采用何種先進的二次清渣工藝，不可能將鉆渣完全攜帶至地表；另外，在灌注樁身混凝土前的二次清渣工序與首灌混凝土工序之間有一定的時間間隙，在此間隙內(nèi)，孔內(nèi)泥漿中部分沉渣將沉淀于孔底。注入樁端的水泥漿液與樁端虛土發(fā)生物理化學(xué)反應(yīng)使其固化，凝結(jié)成一個結(jié)構(gòu)新、強度高、化學(xué)性能穩(wěn)定的結(jié)石體，并有一定的擴底效應(yīng)，提高樁端阻力，從而提高樁的極限承載力。

3.4.3 提高樁側(cè)摩阻力

對于泥漿護壁法沖鉆孔灌注樁，由于泥皮的存在，阻礙樁身混凝土與樁周土的粘結(jié)，相當(dāng)于在樁側(cè)涂上一層泥皮“潤滑劑”，泥皮越厚，樁側(cè)摩阻力降低越嚴(yán)重，因此，泥皮的存在成為泥漿護壁沖鉆孔灌注樁的另外一大癥結(jié)。

該工程灌注樁空孔較長，多達14m，現(xiàn)場施工過程中，樁端高壓后注漿壓力很難達到10MPa，只能按照單樁注漿水泥用量9t及水泥漿從地面冒出作為終止注漿條件。當(dāng)水泥漿從空孔中冒出時，往往水泥用量約5～8t。根據(jù)現(xiàn)場樁頭剝露情況來看，多數(shù)樁外圍均包裹著水泥漿。

這說明這種高水泥用量樁端后注漿，同時也在一定程度上對樁側(cè)進行了注漿。樁側(cè)注漿，水泥漿液滲入泥皮與樁側(cè)更大范圍的樁周土體，漿液凝結(jié)后，樁側(cè)泥皮被加固，更大范圍的樁周土體被調(diào)動起來參與承載，樁側(cè)摩阻力得到較大提高，有效地解決了泥漿護壁沖鉆孔樁泥皮降低樁側(cè)摩阻力的問題。

4 結(jié)束語

綜上所述，沖孔灌注樁施工過程中，通過制定周密的施工方案及針對性的技術(shù)措施，可以有效提高沖孔灌注樁成樁質(zhì)量。樁端高壓后注漿技術(shù)，能夠有效消除孔底沉渣和樁側(cè)泥皮對成樁質(zhì)量的不利影響，提高了樁身承載力，工程質(zhì)量和經(jīng)濟效果顯著。