建筑工程施工中的灌注樁后注漿技術(shù)

李然

（云南省房地產(chǎn)開發(fā)經(jīng)營(yíng)公司，云南 昆明650051）

前言

注漿法最早創(chuàng)始于1802年，由一名法國(guó)工程師開發(fā)應(yīng)用于水閘工程。此后，注漿法成為壩基帷幕、地鐵、隧道、以及建筑地基加固中一種廣泛使用的方法。在此理論基礎(chǔ)上，中國(guó)建科院于1994年研究開發(fā)出了灌注樁后注漿技術(shù)。此項(xiàng)技術(shù)最先提出的初始目標(biāo)，是針對(duì)解決泥漿護(hù)壁鉆孔灌注樁存在的樁底沉渣和樁側(cè)泥皮的固有缺陷。

1 特點(diǎn)

灌注樁后注漿技術(shù)是灌注樁施工的一種輔助工藝，它的基本原理是利用鋼筋籠底部和側(cè)面預(yù)先埋設(shè)的注漿管，在成樁后2~30d內(nèi)進(jìn)行高壓注漿，漿液通過(guò)滲入、劈裂、填充、擠密等作用與樁體周圍土體結(jié)合，固化樁底沉渣和樁側(cè)泥皮，起到提高承載力，減少沉降等效果。后注漿技術(shù)包括樁底后注漿、樁側(cè)后注漿和樁底、樁側(cè)復(fù)式后注漿。目前以樁底后注漿技術(shù)使用較為廣泛。

灌注樁后注漿技術(shù)實(shí)用性很強(qiáng)，具有以下優(yōu)點(diǎn)：

可固化樁沉渣、泥皮，大幅度提高樁的承載力，減少沉降量。據(jù)資料顯示，對(duì)于樁底持力層為細(xì)粒土的單樁承載增幅達(dá)30%~70%，對(duì)于粗粒土增幅可達(dá)50%~150%，甚至更高。

可節(jié)省工程造價(jià)，技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益顯著，特別對(duì)于大直徑，超長(zhǎng)樁效果更為明顯。采用后注漿技術(shù)與普通灌注樁相比可以減少樁徑，縮短樁長(zhǎng)，還可避免穿透較難穿越的地質(zhì)土層，大大降低了施工難度，加快了施工速度。此外，后注漿預(yù)埋的內(nèi)導(dǎo)管可以利用作聲波透射法檢測(cè)樁身完整性，注漿后可代替等強(qiáng)度截面鋼筋，一管三用，也可提高經(jīng)濟(jì)效益。

適用范圍廣。灌注樁后注漿技術(shù)幾乎可以適用于各種地質(zhì)土層及強(qiáng)、中風(fēng)化巖層。開始多用于泥漿護(hù)壁鉆孔、沖孔、挖孔灌注樁，近幾年已經(jīng)逐漸在各種干作業(yè)灌注樁工程中使用，效果明顯。此外，后注漿預(yù)埋的內(nèi)導(dǎo)管可以利用作聲波透射法檢測(cè)樁身完整性，注漿后可代替等強(qiáng)度截面鋼筋，一管三用，也可提高經(jīng)濟(jì)效益。

施工工藝簡(jiǎn)單，便于操作，在普及推廣方面有很大優(yōu)勢(shì)。

2 技術(shù)作用機(jī)理

灌注樁后注漿技術(shù)提高樁承載力，減少樁沉降量的作用機(jī)理分析如下：

樁端阻力的提高。高壓漿液注入樁底，改變了虛土沉渣的物理化學(xué)力學(xué)性能及樁與巖層土體的邊界條件。當(dāng)樁底及周圍土體為粗粒土?xí)r，漿液靠滲入膠結(jié)效應(yīng)使其強(qiáng)度提高，粗顆粒沉渣被水泥漿液固化為中低強(qiáng)度混凝土；當(dāng)土體為細(xì)粒土?xí)r，漿液以劈裂效應(yīng)注入，與細(xì)顆粒土形成強(qiáng)度和剛度較高的網(wǎng)狀加筋復(fù)合土體；在非滲透性中風(fēng)化基巖中注漿時(shí)，如注漿壓力不夠大，漿液受巖體約束，只能滲透到沉渣孔隙，形成漿泡，擠壓沉渣顆粒，沉渣間的泥漿充填物產(chǎn)生脫水固結(jié)，如壓力足夠大，則會(huì)發(fā)生劈裂注漿和擠密現(xiàn)象，從而提高端阻力。另外，由于漿液的充填膠結(jié)作用，在樁底會(huì)形成擴(kuò)大頭，增加了樁端受力的面積，也進(jìn)一步提高了樁端承載。

樁側(cè)阻力的提高。樁側(cè)后注漿中側(cè)阻力的提高依賴于由樁側(cè)注入的漿液以相同機(jī)理與土體結(jié)合。樁底后注漿中，由于漿液直接注入樁底，隨注漿壓力及注漿量增加，一部分漿液克服樁側(cè)摩擦力及上覆土壓力沿樁土界面不斷向上泛漿，高壓漿液沖破泥皮，滲入樁側(cè)土體，使土體得到擠密加強(qiáng)，從而提高側(cè)阻力。另外，樁底注漿可以使樁上抬而產(chǎn)生反向摩阻力，相似與“預(yù)應(yīng)力”原理，提高側(cè)阻力。

沉降量的減少。土體剛度加強(qiáng)使樁沉降量減少，除此以外，在注漿壓力作用下，使樁端壓縮變形有部分在施工期內(nèi)提前完成，也減少了日后使用期的豎向變形。

3 施工工藝要點(diǎn)

3.1 后注漿施工工藝流程

注漿管閥制作安裝，樁身砼澆注，注漿設(shè)備安裝，注入漿液，注漿穩(wěn)定，設(shè)備拆除。

3.2 注漿漿液的制備

注漿漿液的稠度和可灌性是注漿工藝的重要因素之一。根據(jù)注漿泵的特點(diǎn)及場(chǎng)地地層條件，選擇注漿液及注漿稠度。國(guó)內(nèi)后注漿工程多采用以水泥漿為主的漿液，根據(jù)需要添加外加劑。而水玻璃類（硅酸鹽）漿液以其具有無(wú)毒、價(jià)廉、凝結(jié)時(shí)間易控制的特性，在國(guó)際上應(yīng)用較廣。

3.3 后注漿施工機(jī)具

施工機(jī)具分為地面注漿裝置和地下注漿裝置兩大部分。地面注漿裝置由高壓注漿泵、漿液攪拌機(jī)、儲(chǔ)漿桶、地面管路系統(tǒng)及觀測(cè)儀表等組成；地下注漿裝置由豎向?qū){管、注漿管及樁端壓力注漿裝置等組成。

3.4 注漿終止控制標(biāo)準(zhǔn)

后注漿最大注漿壓力由樁身結(jié)構(gòu)如有效樁長(zhǎng)、樁徑、樁入土深度等因素、樁的抗拔能力、土質(zhì)條件決定。注漿前可根據(jù)上述條件估算其最大注漿壓力，當(dāng)注漿壓力達(dá)到此壓力并穩(wěn)定一定時(shí)間后即可終止注漿；另一方面，也可根據(jù)地層條件及要求承載力提高幅度確定注漿量，當(dāng)注漿量達(dá)到要求時(shí)也可終止注漿。由于注漿量的大小目前還沒有成熟的公式可以預(yù)先計(jì)算，一般都是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)積累估算，通過(guò)試驗(yàn)來(lái)確定比較合理的注漿量，也可以采用注漿壓力和注漿量雙控制。

3.5 最佳注漿時(shí)間

根據(jù)中國(guó)建科院開發(fā)的泥漿護(hù)壁灌注樁后注漿成套技術(shù)資料顯示，后注漿可在成樁后2~30天內(nèi)實(shí)施。事實(shí)上，由于注漿是通過(guò)高壓注入，這就要求樁本身強(qiáng)度要足夠。如果注漿過(guò)早，有可能因?yàn)闃渡韽?qiáng)度過(guò)低而破壞混凝土自身結(jié)構(gòu)，或由于樁側(cè)阻力不足導(dǎo)致漿液溢出地面；注漿過(guò)晚，則可能會(huì)因樁身泥皮硬化而影響漿液向上泛漿擠入樁身周圍的土體，以致漿液向遠(yuǎn)處散溢流失，甚至引起串孔現(xiàn)象。所以在確定施工方案時(shí)一定要根據(jù)樁的設(shè)計(jì)強(qiáng)度來(lái)推算確定最佳注漿時(shí)間。

4 質(zhì)量要求與檢驗(yàn)

成樁質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)按現(xiàn)行樁基驗(yàn)收技術(shù)規(guī)范進(jìn)行。后注漿施工操作及質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)可執(zhí)行中國(guó)建科院企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《灌注樁后注漿技術(shù)規(guī)程》。施工過(guò)程中，應(yīng)經(jīng)常對(duì)后注漿的各項(xiàng)工藝參數(shù)進(jìn)行檢查。如對(duì)于注漿管，須檢查其長(zhǎng)度、材質(zhì)、接口的質(zhì)量等等。發(fā)現(xiàn)異常及時(shí)整改。完成樁基工程后，按現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行單樁豎向承載力及樁身完整性檢驗(yàn)。承載力檢驗(yàn)應(yīng)在后注漿20d后進(jìn)行。漿液中摻入早強(qiáng)劑時(shí)可提前進(jìn)行。后注漿施工完成后應(yīng)提供下列資料：材質(zhì)檢驗(yàn)報(bào)告、試注漿記錄、設(shè)計(jì)工藝參數(shù)、后注漿作業(yè)記錄、后注漿樁檢驗(yàn)及特殊情況處理記錄。

5 實(shí)例分析

工程概況。該工程為框架－剪力墻結(jié)構(gòu)，建筑面積為7000m2，主樓10層，地下設(shè)有一局部地下室，主體建筑高度43.5m。工程地質(zhì)條件如下表：

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基礎(chǔ)采用鉆孔灌注樁，設(shè)計(jì)樁徑為1000mm及1200mm兩種類型，設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)為23~30m，樁端持力層位于中、微風(fēng)化花崗巖層。但新建綜合樓與原先舊樓相連接，交接處設(shè)有一道剪力墻。該剪力墻基礎(chǔ)布樁時(shí)樁間距、位置均受到舊樓的限制，必須另行處理。由于該剪力墻剛好位于新樓與舊樓交接處，墻的軸力及彎矩均較大，因此，其基礎(chǔ)只能采用承載力較大的單排樁。原先設(shè)計(jì)方案對(duì)此采用了鉆孔灌注擴(kuò)底樁，樁徑為1200mm，擴(kuò)底端樁徑為2400mm，樁長(zhǎng)為30m。單樁極限承載力為14800KN。盡管按照這樣常規(guī)的處理能夠滿足剪力墻基礎(chǔ)布樁以及承載力的要求，但是由于當(dāng)?shù)厥┕ちα壳啡?，施工?duì)伍并未配備鉆孔灌注擴(kuò)底樁施工機(jī)械，且對(duì)該施工技術(shù)也尚未能熟練掌握，必須到外地另外聘請(qǐng)具備資質(zhì)條件的施工隊(duì)伍，所以單樁施工費(fèi)用十分昂貴，工程造價(jià)大大上升，而且在施工管理上也造成不便，施工工期相應(yīng)延長(zhǎng)。經(jīng)設(shè)計(jì)人員討論分析，修改了原設(shè)計(jì)方案，采用灌注樁后注漿技術(shù)，這樣不但可以在樁徑不變的情況下提高承載力，而且施工簡(jiǎn)便，可以保證施工質(zhì)量，縮短工期。在實(shí)際施工方案中，灌注樁采用了反循環(huán)鉆孔，泥漿護(hù)壁，每樁埋設(shè)兩根1#注漿鋼管，注漿終止實(shí)行注漿壓力及注漿量雙控，注漿壓力為1Mpa,在保證一定泵壓下，送漿量控制在0.01m3/min左右，注漿量每根樁為900~1000kg水泥。

6 效益分析

樁基完成后試樁報(bào)告表明：采用后注漿技術(shù)的灌注樁試驗(yàn)壓力加載到14800KN時(shí)，總沉降量為22.91mm，沉降量不大，且Q~S曲線平緩，無(wú)明顯陡降段，S~lgt曲線呈平行規(guī)則排列。綜合分析，該樁極限承載力達(dá)到設(shè)計(jì)要求。（Q~S曲線如圖1）

1）承載力分析：本工程同直徑普通灌注樁單樁極限承載力為8250KN，采用后注漿后單樁極限承載力達(dá)到14800KN，承載力增幅達(dá)到80%；

2）沉降量分析：根據(jù)樁試驗(yàn)報(bào)告顯示，同直徑普通灌注樁達(dá)到極限承載力的樁頂沉降量為13.09mm，在同級(jí)荷載下采用后注漿的灌注樁樁頂沉降量為9.51mm，減少沉降幅度達(dá)27%。

3）經(jīng)濟(jì)效益分析：采用后注漿技術(shù)灌注樁和鉆孔灌注擴(kuò)底樁的工程造價(jià)比較如下表所示。

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由上表可以看出，只從樁的施工費(fèi)用上就可以節(jié)省44%的造價(jià)，而且施工過(guò)程簡(jiǎn)捷方便，避免了外請(qǐng)施工隊(duì)伍，施工工期也相應(yīng)縮短，這其中也大大提高了本工程的經(jīng)濟(jì)效益。

7 結(jié)語(yǔ)

灌注樁后注漿技術(shù)可以大幅度提高樁承載力，減少樁的沉降，在工程應(yīng)用上可獲得很大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。正因如此，此項(xiàng)技術(shù)在應(yīng)用推廣中越來(lái)越受到重視，也必然在不斷完善，不斷改進(jìn)中發(fā)展成為灌注樁必備的配套技術(shù)，其發(fā)展?jié)摿Σ豢晒懒俊?/p>

[1]沈保漢.樁端壓力注漿樁技術(shù)[J].建筑技術(shù)，2001（3）：155~157.

[2]王旭，于志強(qiáng).樁底壓密灌漿提高鉆孔灌注樁承載力[J].建筑結(jié)構(gòu)，1998（11）：6~8.

[3]中國(guó)建筑科學(xué)研究院，灌注樁后注漿（PPG）工法（YJGF04-98）[J].施工技術(shù)，2001（1）：46~47.