鉆孔灌注樁樁端后注漿技術(shù)在溫州鐵道大廈的成功應(yīng)用

林　堅

摘要：鉆孔灌注樁存在固有的工藝缺陷--樁底沉渣和樁側(cè)泥皮問題，始終是制約單樁承載力和質(zhì)量穩(wěn)定性的主要因素。為解決這個問題，中國建筑科學(xué)院地基研究所開發(fā)出樁底及樁側(cè)后注漿技術(shù)，并且在樁基工程應(yīng)用中取得成功。為解決鐵道大廈樁底沉渣及樁側(cè)泥皮問題，提高樁端承載力，獲取良好的經(jīng)濟效益，我們大膽采用了樁端后注漿技術(shù),取得了圓滿成功。

關(guān)鍵詞：樁端后注漿技術(shù)；應(yīng)用；成功；經(jīng)濟效益

1前言

1.1提出工藝缺陷

隨著我國高層建筑的發(fā)展，對單樁承載力的要求愈來愈高，樁徑、樁長相應(yīng)增大增長，無論南方北方，泥漿護壁注樁的使用愈來愈多，但是這類樁存在固有的工藝缺陷--樁底沉渣和樁側(cè)泥皮問題，始終是制約單樁承載力和質(zhì)量穩(wěn)定性的主要因素。根據(jù)許多工程實踐證明，樁底沉渣和樁側(cè)泥皮過厚會導(dǎo)致端阻力和側(cè)阻力顯著降低。為解決這個問題，中國建筑科學(xué)院地基研究所開發(fā)出樁底及樁側(cè)后注漿技術(shù)，而且在全國八個城市，十四項高層建筑樁基工程中應(yīng)用后注漿技術(shù)取得成功，還提高經(jīng)濟效益，并由此獲得了國家專利。

1.2鐵道大廈采用新技術(shù)的前提

我們鐵道大廈通用為了解決樁底沉渣，提高樁端承載力，提高經(jīng)濟效益，因此本公司聯(lián)同鐵龍基礎(chǔ)公司與中國建筑科學(xué)院地基所合作，同時得到浙江城建設(shè)計院的支持，大膽地采用了樁端后注漿技術(shù)。在溫州應(yīng)用這種技術(shù)，尚屬首次，像溫州這樣的軟弱地基，且地基情況又這樣復(fù)雜，加上63米長的深樁，不能不說是具有一定的風(fēng)險性和挑戰(zhàn)性。

鐵道大廈主樓二十五層，塔樓三層，地下室一層，框筒結(jié)構(gòu)，持力層根據(jù)地質(zhì)勘察資料，選擇⑨2砂卵石層，根據(jù)中建科學(xué)院地基所經(jīng)驗比原設(shè)計不采用注漿樁，承載力提高35%，提供給城建設(shè)計院作為設(shè)計依據(jù)。主樓設(shè)計為φ1000樁徑，樁長63米的注漿樁為66根，鋼筋籠另附兩根注漿用的無縫黑鐵管一齊到底。通過在裙房處設(shè)計兩根試樁，一根為后注漿，一根不注漿，錨樁十六根，采用八錨一，通過靜荷載試驗，結(jié)果注漿的那根樁承載力比原設(shè)計的要求提高了百分之五十二。浙江城建設(shè)計院根據(jù)靜載試驗報告單，對主樓部分采納了后注漿工藝，采用45%的承載力提高率，改主樓樁數(shù)六十六根為六十一根。

61根樁每個樁在成樁后2~15天內(nèi)注漿，結(jié)果順利完成，成功率100%，據(jù)中科院同志講，注漿成功率100%還是第一次，這除了我們在工序質(zhì)量管理上嚴(yán)格把關(guān)外，更重要的是在中建科學(xué)院這套新工藝的基礎(chǔ)上，增加了一道新工序。

2 樁端后注漿的適用條件、分類及其作用。

2.1 樁底注漿的適用條件

除樁長80米以上的超磨檫樁，以及持力層為微風(fēng)化的巖層，勿需采用樁底注漿外，其余泥漿護壁鉆孔樁都可以采用。尤為明顯的樁底介質(zhì)粗粒土比細粒土的注漿效果好，單樁承載力提高幅度大，像溫州的高層樁基持力層有相當(dāng)多的取在粗粒土上，如砂礫層、砂卵層、砂層、強風(fēng)化層，它們都存在著孔隙率大，這類介質(zhì)聚集的空間對于注漿漿液而言是一開放空間。

2.2樁底注漿的分類及其作用

滲入性注漿.適用于卵、礫石、粗中砂等粗粒土，實現(xiàn)滲入性注漿的前提條件是可注性指數(shù)N需滿足，N＝D15／d85≥10~15。

D15--沙礫類土由小到大的粒徑分布曲線中，小于某粒徑含量15%所對應(yīng)的粒徑。

d85--注漿材料（一般系指普通硅酸鹽水泥）中，小于某粒徑含量85%所對應(yīng)的粒徑。

水泥的最大粒徑一般為60~100μm，水泥強度等級愈高，d85愈小從而使N愈大，可注性愈好。對于砂礫，D15≥0.6~1.0MM即滿足N≥10~15，其粒度愈不均勻，粒徑愈大，N愈大，可注性愈好；也可按土的滲透系數(shù)K進行評價，當(dāng)K≥2×10－1~3×10－1cm/s時，可實現(xiàn)滲入性注漿，在實現(xiàn)滲入性注漿條件下，被注土體孔隙部分為漿液充填，散粒被膠結(jié)，顯示"充填膠結(jié)效應(yīng)"，土體強度和變形模量大幅度提高，當(dāng)被加固體位于樁底時，總樁端阻力因擴底效應(yīng)而提高，鐵道大廈后注漿屬于滲入性注漿。

劈裂注漿。高壓漿液克服土體最小主應(yīng)力面上的初始壓應(yīng)力，和抗拉強度，使其劈裂，漿液沿劈裂面注入土體，隨著劈裂注入的發(fā)展，土體主應(yīng)力面發(fā)生變化，從而形成網(wǎng)狀結(jié)石。劈裂注漿一般發(fā)生于粘性土、粉土、粉細砂中，由于劈裂面受到漿液附加壓力，因而使土體中出現(xiàn)超孔壓，并伴隨著土體的壓縮固結(jié)。因此對于低強度，高滲透性土層，劈裂注漿所形成的網(wǎng)狀結(jié)石較稠密，擴展范圍隨之減少，反之對于低滲透性的淤泥，粘性土，網(wǎng)狀結(jié)石較稀疏，擴展范圍較大。

泥漿護壁灌注樁樁側(cè)土因擾動而軟化，往往在樁表面附著一層泥皮，注漿時，高壓漿液沿樁周軟弱面自下而上劈裂注入，包裹于樁表面其厚度為2~20MM。

在實現(xiàn)劈裂注漿的條件下，單一介質(zhì)土體被網(wǎng)狀結(jié)石分割加筋成復(fù)合土體，復(fù)合土體的強度變形形狀，由于網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的制約和強化作用而大為改善，顯示"加筋效應(yīng)"。網(wǎng)狀結(jié)石與樁體緊密相連，樁頂受載后樁側(cè)和樁底的復(fù)合土體能有效地傳遞和負(fù)擔(dān)荷載，從而提高總側(cè)阻力和總端阻力。

固化效應(yīng)。不管是滲入性注漿還是劈裂注漿，樁底沉渣和樁側(cè)泥皮與注入的漿液發(fā)生物理、化學(xué)反應(yīng)而固化，使單樁端阻力和側(cè)阻力顯著提高，顯示"固化效應(yīng)"。此外，由于不等厚度的水泥結(jié)石固著于樁表面和樁底，因此尚能起到一定的擴徑和擴底作用。

3 樁底后注漿在實施中的若干問題

3.1 強度設(shè)計

樁身強度的設(shè)計應(yīng)與注漿后土對樁的支承阻力相匹配。避免樁身強度先于土阻力破壞而使注漿失敗，后注漿的混凝土強度等級一般采用C30~C40，鐵道大廈采用C30。

3.2控制成樁質(zhì)量。

成樁質(zhì)量需嚴(yán)加控制，不可因采用后注漿而放松，特別使要防止斷樁、縮徑、離析因為后注漿不能彌補這些缺陷。

3.3注漿管、閥與鋼筋籠的連接構(gòu)造與保護

兩根注漿管（φ1.0寸自來水管或黑鐵管）對稱置于鋼筋籠內(nèi)側(cè)，并焊于箍筋的加勁箍上（為防止加勁箍掛拉砼澆注導(dǎo)管，建議加勁箍置于豎向筋外側(cè)），注漿管可代替等強度的豎向筋。焊接時注意不要把注漿管，壓漿閥燒穿，使泥漿進入注漿管，使之失效。注漿管下部至少要與四根豎向鋼筋和箍筋形成骨架并有一定剛度，在樁端壓漿閥處應(yīng)設(shè)置一道加勁箍，并與兩個壓漿閥焊在一起，四根豎向鋼筋末端與加勁箍平齊，以保證樁端壓漿閥伸出鋼筋骨架低端具有足夠的長度。設(shè)有壓漿閥的鋼筋籠在吊裝時，應(yīng)用雙勾起吊，下端不準(zhǔn)在地面上拖拉，以防壓漿閥損壞，下鋼筋籠時要居孔中心垂直下放，并應(yīng)仔細量測和記錄鋼筋籠端部與孔底的距離。不準(zhǔn)在下籠時，上下反復(fù)拉動鋼筋籠，更不應(yīng)有浮籠現(xiàn)象，以防樁端壓漿閥被澆在樁端砼中而失敗。高出地面的注漿管及時加蓋管帽防止異物掉入注漿管中。尤其要注意的是在澆筑砼前要倒入適量的填充料，如鐵道大廈便倒入適量的卵石蓋住壓漿閥30CM左右（根據(jù)現(xiàn)場具體情況計算可得，一般為0.5m3~10.m3），以避免其為混凝土所包裹而失效，鐵道大廈灌注樁樁底后注漿的100%成功就是因為增加了這一道新工序。

3.4后注漿最佳注漿時間

泥漿護壁灌注樁樁側(cè)泥皮和擾動土觸變恢復(fù)，一般需要一個月以上，故后注漿時間宜在成樁后1~3周內(nèi)進行，注漿過早會導(dǎo)致因樁側(cè)阻力過低而溢出地面，注漿過晚可能難以形成樁周連續(xù)的劈裂注漿面而導(dǎo)致漿液向遠方流失。鐵道大廈是在成樁后2~15天內(nèi)注漿，除個別樁注漿時有漿液溢出地面外，其余樁順利完成。

3.5提高注漿均勻度和有效性

為使樁底土層盡可能均勻注漿，避免漿液擴散范圍過大而降低其有效性應(yīng)做到：

樁底注漿管埋深應(yīng)超出沉渣最低處并進入持力層一定深度。

在保持漿液連續(xù)注入的條件下注漿壓力應(yīng)滿足Po≥Pw+Pr的條件，如鐵道大廈孔深約70M，地下水位接近地表，則Pw＝rWhW＝10KN/M3×70M＝700Kpa＝0.7Mpa。因此鐵道大廈的注漿壓力便穩(wěn)定在Po＝1.5~2.0Mpa，一般情況下漿壓宜低不宜高，泵的最大額定壓力宜高于6Mpa，流量控制宜小不宜大，速率宜慢不宜快。

Po——注漿點漿液出口臨界壓力

Pw——注漿點的靜水壓力

Pr——被注土體的抗注阻力；或為土體的抗?jié)B阻力；或為土體的劈裂阻力。

漿液水灰比和外加劑應(yīng)根據(jù)土層性質(zhì)適當(dāng)調(diào)整，一般不宜過大，通常為0.4~0.5。

泥漿的水灰比（重量比）0.40~0.5時，選用最大壓力為8Mpa的2SNS型壓漿泵，該型號壓漿泵動力功率為11Kw，理論排量為63L/min和135L/min和與配套的YJ-340型泥漿攪拌機或JW180型攪拌機，后者容量為180L，生產(chǎn)效率為6m3/h，電機功率為2.2kw，前者容量為340L，電機功率為4kw，這樣當(dāng)水泥漿水灰比0.40~0.5時，1 m3的水泥漿大約在40~60min即可注漿完畢。為保證注漿施工初期的順利沖開壓漿閥，壓漿閥的最大壓力不宜小于6Mpa。為確保注漿施工連續(xù)進行，注漿機具正式施工前應(yīng)進行試運轉(zhuǎn)，看是否能正常工作，注漿后如不馬上使用應(yīng)用清水對機具和管路清洗干凈以防下次運用時，灰渣堵塞壓漿管、閥而失效。同時，應(yīng)至少在現(xiàn)場配備兩套設(shè)備以防一套出毛病，第二套馬上能使用，使單樁注漿施工順利完成。

大面積樁群宜先注外圍后注內(nèi)部樁。

3.6注漿材料和注漿量

注漿漿液采用水泥漿，水泥品種為425普通硅酸鹽水泥。水泥質(zhì)量應(yīng)有出廠合格證和化驗合格資料。嚴(yán)防使用過期、結(jié)塊等不合格的水泥。漿液的配合比（重量比）為水泥：水：添加劑（減水劑JP1）＝1：（0.40~0.5）：0.06。制備的水泥漿要仔細過濾，防止雜物進入壓漿管路堵塞閥門是壓漿失效。對于合理的注漿量應(yīng)由樁端土層類別與狀態(tài)，樁徑、樁長和承載力注漿后的增幅等諸因素來確定。實踐與實驗表明，對于樁徑0.6~1.0米，樁長20~60米的樁基，樁底注漿量（水泥）為0.6~2.0T，在孔深70m，樁長約65m，樁端持力層為砂礫土，樁側(cè)為可塑狀態(tài)的粘性土。當(dāng)樁徑分別為φ1000，單樁承載力提高45%采用樁端注漿水泥用量為2~2.5T，鐵道大廈采用2T/每根樁。對于常用樁距每一基樁的注漿量也可按下式估算。

樁底注漿量（水泥T）'Gp＝π（0.15d+ζ·n0·d3）。

d——樁直徑（M）

ζ——注漿率（滲入性注漿為土孔隙充填率，劈裂注漿為土體擠壓充填率）對于卵、礫、中粗砂取ζ為0.3~0.5，對于粘性土、粉土、粉細砂取ζ為0.2~0.3。

n0——樁底土的天然孔隙率，n0 ＝L0/1+ L0為天然孔隙比。

這經(jīng)驗公式，其尺寸單位以M代入，在漿液水灰比為0.5條件下所得即為水泥用量（T）。

（1）后注漿的經(jīng)濟效益：

注漿工藝由于提高單樁承載力20%~70%，從而減少樁數(shù)，減少樁徑，減少承臺面積，其工程量相應(yīng)減少20~50%，注漿費用：其技術(shù)服務(wù)費與材料費為每根樁0.25~0.3萬元，注漿管可取代等截面的鋼筋，扣除注漿費，對于單樁混凝土用量15M3以上的樁，每根可節(jié)約0.3~1.5萬元。此外，由于工程量減少，工期相應(yīng)縮短，泥漿排放量減少。

4后注漿的經(jīng)濟效益及經(jīng)濟綜合指標(biāo)分析：

4.1計單樁承載力取值標(biāo)準(zhǔn)

鉆孔灌注樁、樁長L≥63米

普通鉆孔樁 φ1200 RK=6000KN

φ1000 RK=4600KN

φ750RK=3600KN

樁底注漿樁估值φ1000、RK=6200KN（相當(dāng)于4600×135%）

靜試后調(diào)正值φ1000、RK=7000KN（相當(dāng)于4600×152%）

4.2 樁基設(shè)計方案（主樓部位25層）

采用普通鉆孔樁

φ120071根 ∑P=6000×71=426000KN

φ7501根 ∑P=3600×1=3600KN

總承載力合計＝429600KN

采用樁底注漿鉆孔樁

φ100066根 ∑P=6200×66=409200KN

靜試后調(diào)正

φ100061根 ∑P=7000×61=427000KN

4.3經(jīng)濟技術(shù)分析（僅25層主樓部位）

基砼體積：

①原設(shè)計普通鉆孔樁方案

л/4[（1.2）2×71+（0.75）2×1] ×65m=5248m3

②優(yōu)化后樁底注漿方案：

л/4×（1.0）2×61×65m=3114m3

①－②=5248－3114=2134m3（節(jié)約）40%

工程造價：

5248×766－3114×870=4019968－2709180=1310788

降低131萬元或32.6%（未包括基礎(chǔ)承臺部分）

工期縮短：

①普通樁 2.5天/根×93=233臺班

②注漿樁 2.0天/根×61=122臺班

①－②/①=111/333=47.6%（縮短）

泥漿排放量：

（5248－3114）/5248=40.66%（減少）

結(jié)束語：總而言之，后注漿技術(shù)已得到了實踐的證明，它具有節(jié)約工程造價，縮短工期，減少泥漿排放量，消除泥漿護壁灌注樁的固有缺陷，減少建筑物沉降量，提高工程質(zhì)量的優(yōu)點，該項技術(shù)通過一定數(shù)量的實驗研究和工程實踐，已形成配套技術(shù)，其應(yīng)用前景應(yīng)該很好。繼鐵道大廈之后，車站大道18-2地塊，江濱路的新世紀(jì)廣場、金鼎花苑、東都大廈等工程，也采用了泥漿護壁鉆孔樁樁底后注漿工藝。由于地質(zhì)、成樁條件的復(fù)雜多變，有些問題仍有待進一步研究完善，如后注漿樁承載力的估算，及有關(guān)工藝參數(shù)如何根據(jù)土性，樁的幾何尺寸調(diào)整優(yōu)化等。

參考文獻

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