曾慶友

(福建建工集團(tuán)有限責(zé)任公司 福建福州 350001)

超長(zhǎng)大直徑灌注樁復(fù)式后注漿工藝參數(shù)探討

曾慶友

(福建建工集團(tuán)有限責(zé)任公司 福建福州 350001)

通過(guò)工程實(shí)例，進(jìn)行不注漿與注漿的單樁豎向抗壓靜載試驗(yàn)，對(duì)比數(shù)據(jù)并檢驗(yàn)選定的樁端樁側(cè)復(fù)式后注漿施工工藝參數(shù)是否滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求。

超長(zhǎng)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(shù)指灌注樁成樁后一定時(shí)間，通過(guò)預(yù)設(shè)于樁身內(nèi)的注漿導(dǎo)管及與之相連的樁端、樁側(cè)注漿閥注入水泥漿，漿液直接注入至需要加固補(bǔ)強(qiáng)的位置，漿液與樁端沉渣、周圍土體呈混合狀態(tài)，通過(guò)滲透、填充、壓密、劈裂、固結(jié)等效應(yīng)，使樁端、樁側(cè)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(xiàng)技術(shù)措施，其加固機(jī)理如圖1所示。常見(jiàn)后注漿方式有樁端后注漿、樁側(cè)后注漿、樁端樁側(cè)復(fù)式后注漿，如圖2所示。

圖1 灌注樁后注漿加固機(jī)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(yīng)用實(shí)例也越來(lái)越多。在工程界，基于單樁的研究成果，多數(shù)認(rèn)為，樁端注漿對(duì)于長(zhǎng)大樁作用微弱，對(duì)于長(zhǎng)大樁僅宜使用樁側(cè)注漿方式。鄒力[1-2]等通過(guò)試驗(yàn)研究，結(jié)果顯示，對(duì)于深厚軟土層中的長(zhǎng)大群樁，樁端注漿控制沉降效果良好，還可略優(yōu)于樁側(cè)注漿。同時(shí)，應(yīng)清醒地看到，后注漿技術(shù)既有成功的經(jīng)驗(yàn)，也有因盲目應(yīng)用或不合理確定注漿參數(shù)的控制標(biāo)準(zhǔn)，導(dǎo)致基樁承載力嚴(yán)重喪失而失敗的教訓(xùn)[3]。戴憶帆[4]等收集并總結(jié)了福建省30多個(gè)工地注漿實(shí)踐，得到不同土層中單樁注入水泥量的經(jīng)驗(yàn)值，供設(shè)計(jì)參考。筆者通過(guò)某時(shí)代廣場(chǎng)工程實(shí)例，探討超長(zhǎng)大直徑?jīng)_鉆孔灌注樁樁端樁側(cè)復(fù)式后注漿的施工工藝參數(shù)。

2 工程概況

某時(shí)代廣場(chǎng)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(jié)構(gòu)、預(yù)應(yīng)力鋼筋砼結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)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(jià)4.75億元。

該工程樁基采用泥漿護(hù)壁成孔沖(鉆)孔灌注樁，澆筑C40P8抗?jié)B水下混凝土，合計(jì)529根，最大施工樁長(zhǎng)58m(Φ1000，小計(jì)369根，樁端全截面進(jìn)入設(shè)計(jì)持力層⑩卵石深度≥3m)，94.1m(Φ1200，小計(jì)160根, 樁端全截面進(jìn)入設(shè)計(jì)持力層·中-微風(fēng)化花崗巖深度≥0.5m)。設(shè)計(jì)采用樁端樁側(cè)復(fù)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(lái)每根Φ1200工程樁施工時(shí)間由采用沖孔樁機(jī)時(shí)的15～25d縮短為5～7d。

3 地質(zhì)概況

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

上部①-⑤：約埋藏于地表到地表下20m～25m，表層雜填土①結(jié)構(gòu)松散，成分復(fù)雜，厚度不均，天然地基強(qiáng)度低；淤泥質(zhì)土②，淤泥質(zhì)土④，含水量高，抗剪強(qiáng)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(xué)強(qiáng)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(xué)強(qiáng)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(qiáng)度低，為高壓縮性土層，工程性能差。粉質(zhì)粘土⑦為中壓縮性土，場(chǎng)內(nèi)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(shí)度較好，具有壓縮變形小的特點(diǎn)，土層強(qiáng)度較高，力學(xué)指標(biāo)較好，可作為該工程地下室支護(hù)樁的持力層。圓礫⑨強(qiáng)度較高，力學(xué)指標(biāo)較好，無(wú)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(shí)度較好，具有壓縮變形小的特點(diǎn)，土層強(qiáng)度較高，力學(xué)指標(biāo)較好，無(wú)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(yàn)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(cè)值為4 800kN),一根Φ1 000抗壓樁(單樁豎向抗壓極限承載力檢測(cè)值為14 000kN),兩根Φ1 200抗壓樁(單樁豎向抗壓極限承載力檢測(cè)值為24 000kN)。試驗(yàn)樁均無(wú)后注漿，為后期確定注漿工藝參數(shù)提供驗(yàn)證數(shù)據(jù)，樁端全截面進(jìn)入持力層深度及沉渣厚度、充盈系數(shù)、砼標(biāo)養(yǎng)試塊強(qiáng)度均滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求，試驗(yàn)樁施工過(guò)程中未發(fā)現(xiàn)異?，F(xiàn)象。試驗(yàn)樁靜載檢測(cè)結(jié)果：Φ1 000抗拔樁(施工樁長(zhǎng)57.40m)最大上拔量17.90mm，滿足設(shè)計(jì)要求；Φ1 000抗壓樁(施工樁長(zhǎng)58.00m)最大沉降量16.14mm，滿足設(shè)計(jì)要求；一根Φ1 200抗壓樁(施工樁長(zhǎng)89.48m)在19 200kN荷載作用下，樁頂累計(jì)沉降量達(dá)80.77mm>60mm(s=0.05×1 200mm=60mm)，該級(jí)未達(dá)到穩(wěn)定，終止加載，取s=0.05D=60mm所對(duì)應(yīng)的荷載值15 854kN為單樁豎向抗壓極限承載力檢測(cè)值，未能滿足設(shè)計(jì)要求，僅為設(shè)計(jì)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(zhǎng)86.64m)在24 200kN荷載作用下，樁頂累計(jì)沉降量達(dá)87.12mm>60mm(s=0.05×1 200mm=60mm)，該級(jí)未達(dá)到穩(wěn)定，終止加載，取s=0.05D=60mm所對(duì)應(yīng)的荷載值19 349kN為單樁豎向抗壓極限承載力檢測(cè)值，未能滿足設(shè)計(jì)要求，僅為設(shè)計(jì)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(cè)值17 602kN。

對(duì)照該工程巖土詳細(xì)勘察報(bào)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(biāo)準(zhǔn)值Quk預(yù)計(jì)高達(dá)31 985.0kN(?17 602kN)，顯然該工程實(shí)際地質(zhì)情況不能滿足要求，需對(duì)工程樁進(jìn)行后注漿。

5 后注漿設(shè)計(jì)

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(dāng)樁基持力層為基巖時(shí)，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(duì)減少沉降量作用顯著。王陶[6]等對(duì)超長(zhǎng)樁的承載性能和荷載傳遞機(jī)理的研究表明：超長(zhǎng)樁的荷載·沉降曲線沒(méi)有明顯破壞點(diǎn)，其豎向荷載主要依靠樁側(cè)摩阻力進(jìn)行傳遞，樁側(cè)摩阻力的發(fā)揮存在最佳深度。黃生根[7]等通過(guò)實(shí)驗(yàn)獲得樁基總側(cè)阻提高幅度為12%以上，端阻提高1.4倍以上，側(cè)阻力增量對(duì)樁極限承載力的貢獻(xiàn)可達(dá)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(shè)計(jì)要求，承載力平均應(yīng)提高26.66%，沉降量平均應(yīng)減少39.91%。按文獻(xiàn)[8]灌注樁后注漿單樁極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值估算公式：

Quk=Qsk+Qgsk+Qgpk=u∑Ψsiqsjklj+u∑Ψsiβsiqsiklgi+ψpβpqpkAp(對(duì)于泥漿護(hù)壁成孔灌注樁，當(dāng)為單一樁端后注漿時(shí)，豎向增強(qiáng)段為樁端以上12m；當(dāng)為樁端、樁側(cè)復(fù)式注漿時(shí)，豎向增強(qiáng)段為樁端以上12m及各樁側(cè)注漿斷面以上12m，重疊部分應(yīng)扣除)。經(jīng)設(shè)計(jì)單位復(fù)核計(jì)算，當(dāng)為單一樁端后注漿時(shí)，Quk仍不能滿足設(shè)計(jì)要求；當(dāng)為樁端、樁側(cè)復(fù)式注漿時(shí)，Quk能滿足設(shè)計(jì)要求，故選擇采用樁端樁側(cè)復(fù)式后注漿方式。

5.2 注漿材料

注漿導(dǎo)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(gè)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(jí)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(shí)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(jìn)行過(guò)濾。

5.3 確定注漿位置

樁端注漿導(dǎo)管沿鋼筋籠圓周對(duì)稱設(shè)置3根，進(jìn)入中—微風(fēng)化巖·層；樁側(cè)注漿管共4根，其中2根進(jìn)入⑧中砂層，另外2根⑩卵石層，沿鋼筋籠對(duì)稱設(shè)置，長(zhǎng)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(shí)，同一承臺(tái)樁盡可能同時(shí)注漿。對(duì)整個(gè)群樁基礎(chǔ)注漿，注漿作業(yè)與成孔作業(yè)點(diǎn)的距離不小于8m～10m，大于16m；注漿從外圍的樁開(kāi)始進(jìn)行，逐步到內(nèi)部的樁，以獲得良好的注漿效果。

樁端樁側(cè)復(fù)式注漿時(shí)，飽和土中的復(fù)式注漿順序遵循“先樁側(cè)后樁端”的原則，樁側(cè)、樁端注漿間隔時(shí)間不少于2h，保證上部注漿體達(dá)到一定的初凝強(qiáng)度，避免漿液上竄而冒漿；多斷面樁側(cè)注漿時(shí)，先上后下。

故該工程Φ1200灌注樁后注漿先從樁側(cè)⑧中砂層開(kāi)始，接著樁側(cè)⑩卵石層進(jìn)行注漿，最后進(jìn)行樁端注漿。

5.5 注漿量計(jì)算

按文獻(xiàn)[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(shè)單位、設(shè)計(jì)單位、監(jiān)理單位溝通后，結(jié)合該工程現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際地質(zhì)條件確定該工程Φ1200灌注樁注漿量：樁側(cè)注漿應(yīng)先從⑧中砂層進(jìn)行，注入水泥1.5t后，進(jìn)行技術(shù)間歇約1h，再轉(zhuǎn)換另一根注漿管進(jìn)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(jì)單樁復(fù)式注漿水泥總用量5.5t。

5.6 開(kāi)塞壓力及注漿壓力

注漿前進(jìn)行壓水試驗(yàn)，按2～3級(jí)壓力順次逐級(jí)進(jìn)行，開(kāi)塞壓力3MPa～4MPa。樁端注漿壓力≥3MPa，樁側(cè)注漿壓力≥1MPa，注漿流量不超過(guò)75L/min，每盤水泥注漿時(shí)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(yù)期效果及避免低效過(guò)量注漿，當(dāng)滿足下列條件之一時(shí)可終止注漿：

(1)在滿足設(shè)計(jì)注漿壓力條件下，注漿量達(dá)到設(shè)計(jì)要求；

(2)注漿總量已達(dá)到設(shè)計(jì)值的80%，且注漿壓力達(dá)到設(shè)計(jì)注漿壓力的1.5倍并維持5min以上；

(3)注漿總量已達(dá)到設(shè)計(jì)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(dá)不到上述要求時(shí)，應(yīng)實(shí)行間歇注漿以達(dá)到設(shè)計(jì)注漿量為止；若多次間歇注漿仍不能達(dá)到設(shè)計(jì)值的80%，則注漿壓力連續(xù)達(dá)到8MPa且穩(wěn)定3min以上，該樁終止注漿，同時(shí)對(duì)相鄰樁加大注漿量。

6 Φ1200工程樁施工過(guò)程概況

(1)根據(jù)地下室后澆帶進(jìn)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(jìn)度計(jì)劃安排，為保證2#樓住宅的銷售節(jié)點(diǎn)，施工順序?yàn)?區(qū)→2區(qū)→12區(qū)。每區(qū)后注漿時(shí)間與周邊區(qū)域樁基成樁時(shí)間間隔≥5d。樁基施工完畢，特別注意后注漿管的成品保護(hù)，避免后期無(wú)法注漿或注漿量不足。

圖3 分區(qū)圖

(2)每區(qū)后注漿嚴(yán)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(guò)濾，避免堵管。施工過(guò)程時(shí)刻查看壓力表，并控制好技術(shù)間歇時(shí)間，如圖4～圖5所示。

圖4 后臺(tái)制漿圖

圖5 前臺(tái)注漿圖

(3)每日注漿工效約為2～3根樁/臺(tái)班?，F(xiàn)場(chǎng)備有兩套注漿設(shè)備及人員。

7 Φ1200工程樁抗壓靜載試驗(yàn)結(jié)果

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

表1 Φ1 200工程樁抗壓靜載試驗(yàn)結(jié)果

8 結(jié)論

(1)單樁豎向抗壓承載力均滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求。

(2)最大試驗(yàn)荷載下樁頂沉降量均滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求。

(3)該工程選定的復(fù)式后注漿工藝參數(shù)可靠有效，試驗(yàn)結(jié)果滿足要求。

由于工期緊且試驗(yàn)樁費(fèi)用較高，相同地質(zhì)條件下，缺乏進(jìn)行僅樁端或僅樁側(cè)后注漿的抗壓靜載試驗(yàn)數(shù)據(jù)，未能充分進(jìn)行注漿與不注漿的對(duì)比，仍需搜集大量類似工程數(shù)據(jù)。

在實(shí)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(gè)最優(yōu)的注漿量。注漿量在一定的條件下，最優(yōu)漿液擴(kuò)散半徑也很難控制。故注漿效益有待進(jìn)一步研究。

[1] 鄒力，吳興序，馬建林，等.后注漿群樁基礎(chǔ)施工期沉降—時(shí)間規(guī)律試驗(yàn)研究[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2010，29(S2)：4033-4037.

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

[3] 李明，黃良機(jī).珠海地區(qū)灌注樁后注漿技術(shù)應(yīng)用效果的實(shí)例分析[J].工程質(zhì)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(yīng)用效果分析[J].建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報(bào)，2002，23(6)：85-94.

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

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

[8] JGJ 94-2008 建筑樁基技術(shù)規(guī)范[S].北京:中國(guó)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(jí)工程師。

E-mail:493087897@qq.com

2017-03-18

TU74

A

1004-6135(2017)06-0088-04