殷開成，王磊，戴欣，謝禮飛

（1.南京賽寶液壓設(shè)備有限公司，江蘇 南京 211164；2.南京東大自平衡樁基檢測(cè)有限公司，江蘇 南京 210018）

0 引言

近年來基樁自平衡法靜載試驗(yàn)在試驗(yàn)條件受限的情況下，發(fā)揮了非常重要的作用，特別是隨著住建部JGJ/T 403—2017《建筑基樁自平衡靜載試驗(yàn)技術(shù)規(guī)程》和各地方規(guī)程的發(fā)布實(shí)施，自平衡靜載測(cè)試技術(shù)獲得了廣泛的推廣和應(yīng)用。

自平衡法試驗(yàn)是對(duì)預(yù)埋在樁身的特制荷載箱進(jìn)行加載，樁身從荷載箱處分為上、下兩段，互相提供反力進(jìn)行測(cè)試[1-3]。試驗(yàn)后上、下段樁雖然仍由荷載箱連接在一起，但是對(duì)于工程樁采用自平衡法試驗(yàn)產(chǎn)生的樁身裂隙，部分業(yè)內(nèi)外人士缺少加固處理的經(jīng)驗(yàn)或者不清楚荷載箱處樁身承載力情況，擔(dān)憂基樁加固后是否可以正常使用。

本文主要從荷載箱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的角度，對(duì)工程樁自平衡試驗(yàn)后能否繼續(xù)正常使用的問題進(jìn)行討論，并且結(jié)合工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，給出荷載箱處裂隙加固處理的建議方法及質(zhì)量控制要素。

1 荷載箱位置加固的必要性

灌注樁試樁在自平衡試驗(yàn)后形成的上、下段樁抗壓承載力各占整樁極限承載力的一半，即樁身因荷載箱加載產(chǎn)生的縫隙將導(dǎo)致豎向抗壓承載力減半，未經(jīng)過處理時(shí)樁頂施加的荷載僅由上段樁承擔(dān)。而封閉荷載箱的液壓管路并不能作為長(zhǎng)期有效的措施來保證下段樁承載力的發(fā)揮。因此，自平衡試驗(yàn)后的工程樁必須對(duì)荷載箱處裂隙加固處理。

荷載箱處裂隙可以參照樁身缺陷的注漿加固處理方式，通過預(yù)埋專用注漿管路，在自平衡試驗(yàn)后進(jìn)行注漿施工并控制其質(zhì)量。注漿的主要目的是修復(fù)荷載箱打開處的樁身間隙，該注漿又可細(xì)分為荷載箱內(nèi)部注漿與荷載箱外部注漿兩部分，其中，前者可彌補(bǔ)少部分的樁身完整性和提高樁身強(qiáng)度，后者可彌補(bǔ)大部分的樁身完整性并提高樁的承載力。

根據(jù)雙荷載箱測(cè)試發(fā)現(xiàn)，自平衡試驗(yàn)過程中會(huì)有樁周巖土體進(jìn)入荷載箱處裂隙，將荷載箱閉合位移和原張開量對(duì)比發(fā)現(xiàn)以荷載箱殘余張開量計(jì)的填充率在50%~60%，因此，注漿時(shí)應(yīng)考慮此特殊性，進(jìn)行針對(duì)性設(shè)計(jì)，以保證注漿效果。

2 注漿裝置設(shè)計(jì)與安裝

制定工程樁自平衡法靜載試驗(yàn)方案時(shí)應(yīng)考慮荷載箱的位置及注漿要求，荷載箱應(yīng)設(shè)計(jì)有注漿結(jié)構(gòu)，注漿裝置與荷載箱一體加工和安裝。

在荷載箱與鋼筋籠焊接以及成樁施工過程中，應(yīng)按試驗(yàn)方案進(jìn)行注漿管的布置和安裝。

2.1 荷載箱處注漿管設(shè)計(jì)

荷載箱上預(yù)留注漿連接管的設(shè)計(jì)，主要考慮以下幾點(diǎn)：是否兼作其他檢測(cè)管；密封性；出漿口的打開性能和出漿效果。

如利用其他檢測(cè)管兼作注漿管，則首先保證相應(yīng)的檢測(cè)要求，在荷載箱加載時(shí)出漿口不應(yīng)同步打開，避免外界泥沙進(jìn)入，影響檢測(cè)效果。

荷載箱出廠前，注漿連接管應(yīng)注水檢驗(yàn)密封性，確保連接管、出漿口的密封性和焊接質(zhì)量。

出漿口打開的可靠性，可由其與荷載箱打開面的一致性來保證，即出漿口應(yīng)位于荷載箱的打開面。

出漿效果指出漿口的數(shù)量或大小應(yīng)充分保證加固注入水泥漿的正常流通。從工程實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，出漿口數(shù)量不宜少于2 個(gè)，孔口直徑不宜小于8 mm。

根據(jù)上述要求，出漿口設(shè)計(jì)可分為打開式（敞開式）和逆止式2 種結(jié)構(gòu)類型，如圖1 所示。

圖1 出漿口類型示意圖Fig.1 Schematic diagram of grouting outlet types

1）打開式。該結(jié)構(gòu)形式的注漿連接管在試驗(yàn)前為封閉狀態(tài)；荷載箱加載過程中，隨著位移的產(chǎn)生，出漿口在荷載箱下板處被同步打開，試驗(yàn)后可通過此開口注漿。

在技術(shù)要求上，該注漿連接管在荷載箱下板位置切有槽口，該槽口的設(shè)計(jì)深度大于管壁厚的一半，以保證槽口處為預(yù)留管的最薄弱截面，即唯一斷開處，同時(shí)根據(jù)管徑和壁厚計(jì)算其拉斷力為加載值的2%~5%，用以保證不影響荷載箱的加載。

2）逆止式。該結(jié)構(gòu)形式的注漿連接管上設(shè)有支管及逆止閥，出漿口通過逆止閥設(shè)置為封閉狀態(tài)；荷載箱加載后逆止閥出口位于樁身間隙處，形成注漿的出漿口，能夠保證清水和漿液的正常流通。

該類注漿連接管一般為檢測(cè)兼用管，在試驗(yàn)前后均需保持密封，因此連接管采用套管拉伸結(jié)構(gòu)，在外管上端開孔連接支管后安裝逆止閥，其中支管長(zhǎng)度按逆止閥出口緊靠荷載箱下板設(shè)計(jì)，逆止閥的封閉壓力控制為1.0~2.0 MPa，既能保證檢測(cè)管的密封性，也能保證出漿口正常打開。

2.2 注漿管規(guī)格

預(yù)埋注漿管宜采用準(zhǔn)20~32 mm 鋼管，壁厚不宜小于2 mm。如以檢測(cè)管兼做注漿管時(shí)，其規(guī)格應(yīng)同時(shí)滿足其他檢測(cè)的要求。

2.3 注漿管數(shù)量

部分標(biāo)準(zhǔn)提出注漿管的數(shù)量不少于2 根。結(jié)合工程經(jīng)驗(yàn)，綜合考慮施工便利和注漿效果后，宜按樁徑大小進(jìn)行注漿管數(shù)量的布置：樁徑不大于1.0 m 時(shí)設(shè)置2 根，大于1.0 m 時(shí)設(shè)置2 根以上[4]。

在自平衡試驗(yàn)中，很多情況是利用其它檢測(cè)管（如聲測(cè)管、位移管等）兼做注漿管，若兼做注漿管的數(shù)量滿足要求時(shí)，可不增加專用注漿管。

2.4 注漿管安裝

注漿管按上述方式在荷載箱處連接安裝，上部注漿管與每節(jié)鋼筋籠對(duì)接后，沿主筋綁扎固定至樁頂。下放鋼筋籠時(shí)，每節(jié)注漿管內(nèi)均需注水檢查安裝質(zhì)量，避免因滲漏造成混凝土漿液堵管。

3 注漿要求

3.1 漿液的配制

1）水泥選材。漿液的基本要求是固結(jié)體強(qiáng)度不低于樁身強(qiáng)度，一般可用P.O42.5 或P.O42.5R普通硅酸鹽無結(jié)塊的雙檢水泥[4-5]。

2）漿液配比。水灰比一般為0.5~0.6，并可摻入一定量的微膨脹劑[4-6]。根據(jù)以往試驗(yàn)，28 d后的水泥凈漿試塊在水灰比為0.5 時(shí)，抗壓強(qiáng)度達(dá)到35 MPa 以上；水灰比為0.55 時(shí)，抗壓強(qiáng)度達(dá)33 MPa 以上；水灰比為0.6 時(shí)，抗壓強(qiáng)度約為27 MPa。因此，注漿時(shí)應(yīng)嚴(yán)格控制水灰比，避免漿液固化后的強(qiáng)度低于樁身混凝土強(qiáng)度。

3）水泥漿性能要求。初凝時(shí)間3~4 h，稠度17~18 s，7 d 強(qiáng)度逸20 MPa。

4）漿液配制程序。先放水，再均勻加水泥，宜采用中高速攪拌，攪拌時(shí)間大于2 min，攪拌好的漿液具有良好流動(dòng)性，不離析，不沉淀，并用16 目紗網(wǎng)過濾，防止雜物堵塞注漿孔及注漿管路[6]。

3.2 注漿步驟及要求

1）注漿前清管。注漿前從其中一個(gè)注漿管內(nèi)注清水至其它管冒出清水后停止，其作用主要有兩點(diǎn)：一是檢查和清理注漿管道；二是盡可能沖出因荷載箱打開間隙產(chǎn)生負(fù)壓吸入的土體雜質(zhì)[4-5，7]。

2）壓力注漿。通過高壓膠管連接壓漿泵與工程樁的一根注漿管，當(dāng)回漿管內(nèi)冒出正常的漿液后，封閉回漿管口，進(jìn)行壓力注漿，注漿壓力控制為臆0.5~2.0 MPa[4-5，8]。

3） 注漿量。若僅考慮填充荷載箱處樁身間隙，其理論注漿量與樁身截面面積乘以間隙張開量相對(duì)應(yīng)（間隙張開量指殘余位移量），注漿時(shí)可按理論注漿量的3~5 倍進(jìn)行注漿。

4）注漿流量?？刂圃?00 L/min 內(nèi)。

5） 壓漿終止。以壓漿壓力、壓漿量雙重控制，若特殊要求可按常規(guī)樁側(cè)注漿要求進(jìn)行注漿，注漿完成后應(yīng)保壓5 min 以上方可拆卸注漿管。

4 注漿可靠性分析

4.1 樁身強(qiáng)度

4.1.1 抗壓強(qiáng)度

以樁徑1 000 mm 的鉆孔灌注樁為例，根據(jù)近幾年傳統(tǒng)型荷載箱出廠約400 例的工程實(shí)際參數(shù)，對(duì)荷載箱的數(shù)量及極限承載力均值統(tǒng)計(jì)如表1。

表1 荷載箱分類統(tǒng)計(jì)Table1 Classification statistics of loadcell

根據(jù)表1 可見，該樁型抗壓極限承載力平均值約為10 000 kN，其荷載箱型號(hào)則為CH-10 000 kN，一般采用6 個(gè)額定推力為850 kN 的YG165型液壓缸組成，荷載箱空腔截面積（即液壓缸空腔截面積之和）占該試樁截面積的16.3%。

此類常規(guī)荷載箱內(nèi)部空腔面積占試樁截面的比例為10%~20%，以上述荷載箱為例，計(jì)算荷載箱處樁身截面承載力，液壓缸外徑205 mm，內(nèi)徑165 mm，不考慮液壓缸內(nèi)注漿。表2 為液壓缸筒與其導(dǎo)致樁身混凝土截面削弱的承載力對(duì)比。

表2 荷載箱截面處抗壓承載力Table 2 Compressive bearing capacity at section of loadcell

由表2 對(duì)比可知，雖然環(huán)形的液壓缸筒截面積僅為液壓缸整體替代的混凝土截面積的35.2%，但其抗壓強(qiáng)度是混凝土的15.09 倍，液壓缸截面抗壓承載力相當(dāng)于原混凝土截面抗壓承載力的5.31 倍。

表3 中液壓缸規(guī)格為組成常規(guī)荷載箱的主要系列，其占據(jù)樁身截面積約35%，將荷載箱處樁身抗壓強(qiáng)度與常規(guī)樁身抗壓強(qiáng)度對(duì)比。

表3 荷載箱截面處抗壓強(qiáng)度Table 3 Compressive strength at section of loadcell

根據(jù)表3 可知，常規(guī)荷載箱的液壓缸不會(huì)削弱樁身抗壓承載力，反而將荷載箱位置的樁身抗壓強(qiáng)度提高1.17~1.88 倍。

另由表2、表3 中數(shù)據(jù)可知，對(duì)常規(guī)荷載箱不進(jìn)行液壓缸內(nèi)部注漿的承載力便高于同等樁身截面，因此對(duì)液壓缸內(nèi)部注漿的意義不大。但是，如果采用中低壓（臆30 MPa）加載類型的荷載箱，因其液壓缸筒的鋼管壁薄，且相同荷載下缸筒直徑變大，所以液壓缸筒截面與其占據(jù)的混凝土截面比更小，導(dǎo)致其液壓缸筒不能彌補(bǔ)樁身該截面混凝土缺失造成的承載力削減，試驗(yàn)后應(yīng)考慮對(duì)荷載箱內(nèi)部注漿，以彌補(bǔ)缸體薄弱造成的樁承載力損失。

4.1.2 抗剪強(qiáng)度

以表1 中典型荷載箱為例，某試樁主筋為HRB400 螺紋鋼，直徑22 mm，數(shù)量20 根。另液壓缸活塞截面約為液壓缸筒截面的2 倍，選取液壓缸筒參數(shù)計(jì)算樁身抗剪承載力，結(jié)果見表4。

表4 荷載箱截面處抗剪承載力Table 4 Shear bearing capacity at section of loadcell

由表4 數(shù)據(jù)可知，即使不計(jì)樁身注漿截面的抗剪承載力，僅液壓缸筒的抗剪承載力也為常規(guī)樁身混凝土與主筋的抗剪承載力之和的3.1 倍，表明荷載箱處樁身抗剪承載力未削弱，滿足抗剪強(qiáng)度要求。

4.1.3 實(shí)際受力狀態(tài)

荷載箱一般置于樁的中下部，該處樁身主要承受豎向荷載。按樁承載力發(fā)揮機(jī)理，該處軸力很小，而由以上分析得知，該處加固后的樁身抗壓強(qiáng)度遠(yuǎn)高于常規(guī)樁身截面，故不影響工程樁的正常使用。

當(dāng)樁受橫向力時(shí)，一般情況下深度大時(shí)剪力為0；即使荷載箱處仍有剪力，液壓缸可承擔(dān)該荷載。

4.2 樁側(cè)承載力

試驗(yàn)后荷載箱處產(chǎn)生的裂隙，相當(dāng)于一道樁側(cè)壓漿環(huán)管，對(duì)荷載箱外部進(jìn)行注漿時(shí)，也相當(dāng)于增加了一道樁側(cè)注漿工藝。漿液首先可以填滿荷載箱處混凝土的縫隙，其次也將縫隙內(nèi)部分未清理完全的土體雜質(zhì)進(jìn)行固化增強(qiáng)，充足的注漿還可以對(duì)荷載箱附近的樁側(cè)土體滲透，提高側(cè)摩阻力[2]。其注漿效果如圖2 所示。

圖2 荷載箱處樁身注漿效果示意圖Fig.2 Schematic diagram of grouting effect at section of loadcell

按照我國樁基規(guī)范，進(jìn)行樁側(cè)注漿可大幅提高對(duì)應(yīng)土層的側(cè)摩阻力，依土層的不同，提高幅度在40%~250%之間[2，6，9]。另自平衡試驗(yàn)后注漿處理的驗(yàn)證性試驗(yàn)結(jié)果表明，進(jìn)行荷載箱外部樁身注漿后再次由傳統(tǒng)靜載試驗(yàn)測(cè)得的樁承載力比原自平衡試驗(yàn)測(cè)得的承載力提高19%以上，也就是說，試驗(yàn)樁經(jīng)過注漿處理后承載力可顯著提高[10]。

5 結(jié)語

1）工程樁采用自平衡法靜載試驗(yàn)后，為保證其安全使用，必須對(duì)荷載箱處裂隙進(jìn)行注漿加固處理。

2）荷載箱處注漿管設(shè)計(jì)為打開式、逆止式兩種，結(jié)構(gòu)符合相應(yīng)試驗(yàn)、其他檢測(cè)和注漿的要求。

3）結(jié)合工程經(jīng)驗(yàn)，給出了注漿管埋設(shè)、漿液材料和配制要求以及注漿步驟等質(zhì)量控制建議。

4）荷載箱位置的樁身抗壓強(qiáng)度、抗剪強(qiáng)度均明顯高于試樁本身的強(qiáng)度。

5）注漿可有效修復(fù)自平衡靜載試驗(yàn)產(chǎn)生的樁身間隙，且樁身抗壓、抗剪強(qiáng)度均有所提高，樁側(cè)土體承載力也有所提高，工程樁可以正常使用。