后注漿技術(shù)提高鉆孔灌注樁承載力的分析

李繼廣，劉彥祥

（1.中交第一航務(wù)工程勘察設(shè)計(jì)院有限公司，天津300222；2.交通部天津水運(yùn)工程科學(xué)研究所，天津300456）

隨著土木工程向大型化、群體化發(fā)展，傳統(tǒng)單一工藝的灌注樁已滿足不了工程的要求。為提高鉆孔灌注樁單樁豎向極限承載力，提出了后注漿技術(shù)［1-3］。鉆孔灌注樁后注漿技術(shù)是成樁時在樁底或樁側(cè)預(yù)置注漿管路和注漿裝置，待樁身達(dá)到一定強(qiáng)度后，通過注漿管路，利用高壓注漿泵壓注以水泥為主劑的漿液，對孔底沉渣和樁側(cè)泥皮進(jìn)行固化，從而消除傳統(tǒng)灌注樁施工工藝固有的缺陷，以達(dá)到提高樁的承載力、減少沉降量的一種科學(xué)先進(jìn)的技術(shù)方法［3］。

樁端壓力注漿于1958年在委內(nèi)瑞拉修建Maracaibo大橋基樁中首次運(yùn)用［3］，之后在世界多個國家（如泰國、意大利、法國等）得到廣泛應(yīng)用。樁端后壓漿技術(shù)在我國的應(yīng)用始于20世紀(jì)80年代初，1983年在北京崇文門7號樓首次應(yīng)用［3］。進(jìn)入20世紀(jì)90年代，樁端壓力注漿技術(shù)在國內(nèi)得到蓬勃發(fā)展。近年來，鉆孔灌注樁樁端后注漿技術(shù)在我國橋梁（如黃河二橋、東海大橋、潤揚(yáng)大橋、蘇通大橋、杭州灣大橋等）樁基礎(chǔ)中得到了廣泛應(yīng)用。

1 工程概述

某工程擬建筒倉內(nèi)徑為40 m，筒倉高度43 m，單倉容量3萬t，單倉總重量約5.2萬t（包括物料重量），擬采用直徑為1 000 mm的后注漿鉆孔灌注樁基礎(chǔ)，樁長55.0 m，經(jīng)計(jì)算每根樁單樁豎向抗壓極限承載力為11 000～12 000 kN。

根據(jù)地質(zhì)勘查資料計(jì)算結(jié)果，單樁極限抗壓承載力約為7 600 kN，遠(yuǎn)不能滿足筒倉承載力要求，故在本工程中引入后注漿技術(shù)以提高單樁承載能力。

為了檢驗(yàn)后注漿技術(shù)在提高本工程單樁承載力方面的效果，在該場地進(jìn)行了普通鉆孔灌注樁、樁端后注漿鉆孔灌注樁和樁端樁側(cè)復(fù)式后注漿鉆孔灌注樁3種樁的施工，每種類型樁各2根，采用同樣樁長、樁徑及同樣強(qiáng)度混凝土，并通過靜載試驗(yàn)進(jìn)行對比，為大型筒倉群工程的實(shí)施提供必要的技術(shù)支持。

2 工程地質(zhì)情況

根據(jù)野外鉆探和土工試驗(yàn)成果，在該場地勘察最大揭露深度80.0 m范圍內(nèi)地層主要為：新近沖填土層（Q42ml）、第四系全新統(tǒng)海相沉積（Q4m）及上更新統(tǒng)海陸交互相沉積（Q3mc）形成的粉砂、粉土、粉質(zhì)粘土、淤泥質(zhì)粘土及粘土層，按其成因、巖性特征及物理力學(xué)性質(zhì)［4］共分為15層，各層土的巖性特征、分布規(guī)律見表1。

表1 綜合地質(zhì)情況Tab.1 Comprehensive geological condition m

根據(jù)地基土物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)，建議以第11○層粉土作為樁端持力層，樁端入土深度約55.0 m，依據(jù)規(guī)范［4］，提出鉆孔灌注樁極限側(cè)阻力標(biāo)準(zhǔn)值qsik及樁端阻力標(biāo)準(zhǔn)值qpk（表2）。

表2 鉆孔灌注樁極限側(cè)阻力標(biāo)準(zhǔn)值qsik及極限端阻力標(biāo)準(zhǔn)值qpkTab.2 Ultimate shaft resistance qsikand ultimate tip resistance qpkof bored pile kPa

3 鉆孔灌注樁后注漿技術(shù)及加固機(jī)理

3.1 工藝簡介

在鋼筋籠上預(yù)設(shè)注漿鋼管及注漿閥，成樁后5～30 d內(nèi)，采用高壓泵將漿液通過注漿管和單向閥壓入樁底、樁側(cè)。后注漿的加固效應(yīng)包含2方面［1，4］：一是加固樁底沉渣和樁身泥皮；二是對樁底和樁側(cè)一定范圍的土體通過滲入（粗粒土）、劈裂（細(xì)粒土）和壓密（松軟土）注漿起到加固作用，從而增強(qiáng)樁側(cè)阻力和樁端阻力，提高單樁承載力，減小沉降。

3.2 承載力增強(qiáng)機(jī)理［1］

（1）固化效應(yīng)：沉渣和泥皮被固化；伴隨擴(kuò)底和擴(kuò)徑效應(yīng)。

（2）充填膠結(jié)效應(yīng)：粗粒土（卵礫、粗中砂）因滲入注漿被膠結(jié)。

（3）加筋效應(yīng)：細(xì)粒土（粘性土、粉土、粉細(xì)砂）因劈裂注漿形成加筋復(fù)合土。

3.3 注漿實(shí)施情況

（1）水泥采用 P.S.A 32.5，水灰比 0.6～0.7［4］。

（2）注漿量和注漿壓力見表3。

（3）注漿實(shí)施過程中，未出現(xiàn)漿液溢出、周圍樁串孔、注漿壓力低等情況。

表3 注漿參數(shù)匯總表Tab.3 Grouting parameters

4 單樁豎向抗壓靜載荷試驗(yàn)

檢測方法［5-8］：對于普通灌注樁采用錨樁法、慢速維持荷載法；對于樁端后注漿灌注樁、復(fù)式后注漿灌注樁，采用錨樁堆載聯(lián)合法、慢速維持荷載法。

錨樁法反力裝置由錨樁、鋼梁、千斤頂組成；錨樁堆載聯(lián)合法反力裝置由錨樁、堆載物、鋼梁、千斤頂組成，荷載由油泵通過千斤頂施加于樁頂，采用荷載傳感器控制荷載的施加，樁頂垂直位移由容珊式位移傳感器測得，最終經(jīng)JCQ503C靜力載荷測試系統(tǒng)對資料進(jìn)行處理后得到各樁的相關(guān)測試數(shù)據(jù)。試驗(yàn)過程嚴(yán)格按照規(guī)范［4］要求進(jìn)行，試驗(yàn)結(jié)果見表4。

表4 單樁豎向抗壓試驗(yàn)結(jié)果匯總表Tab.4 Results of single pile vertical compression

單樁的豎向極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值［4，6］是指單樁在豎向荷載作用下，達(dá)到破壞狀態(tài)前或出現(xiàn)不適合繼續(xù)承載的變形時，所對應(yīng)的最大荷載，它取決于對樁的支承阻力和樁身材料強(qiáng)度（樁身承載力）。依據(jù)規(guī)范［4］要求，結(jié)合試驗(yàn)資料確定單樁的豎向極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值。本次試驗(yàn)資料均采用JCQ503C靜力載荷測試系統(tǒng)，經(jīng)資料處理后得到各測試樁的單樁極限抗壓承載力。

根據(jù)規(guī)范［6］要求，在參加統(tǒng)計(jì)的試樁結(jié)果中，極差不超過平均值的30%時，取其平均值作為單樁豎向抗壓極限承載力；單位工程同一條件下的單樁豎向抗壓承載力特征值是按本方法得到的單樁承載力統(tǒng)計(jì)值的一半。

由此得到試驗(yàn)結(jié)果：普通灌注樁單樁豎向抗壓極限承載力統(tǒng)計(jì)值為8 360 kN，單樁豎向抗壓承載力特征值為4 180 kN；樁端注漿樁單樁豎向抗壓極限承載力統(tǒng)計(jì)值為14 000 kN，單樁豎向抗壓承載力特征值為7 000 kN；樁端樁側(cè)復(fù)式注漿樁單樁豎向抗壓極限承載力統(tǒng)計(jì)值為15 400 kN，單樁豎向抗壓承載力特征值為7 700 kN。由表4可知：最終荷載是試驗(yàn)達(dá)到最后的荷載值，單樁極限抗壓承載力是單樁在豎向荷載作用下，達(dá)到破壞狀態(tài)前或出現(xiàn)不適合繼續(xù)承載的變形時前一級的荷載，是計(jì)算值，通常情況下最終荷載大于其對應(yīng)單樁極限抗壓承載力。

5 結(jié)論與建議

通過靜載荷試驗(yàn)比對，樁端注漿樁比普通灌注樁單樁豎向抗壓極限承載力提高了67%，樁端樁側(cè)復(fù)式注漿樁比普通灌注樁單樁豎向抗壓極限承載力提高了76%；樁端樁側(cè)復(fù)式注漿樁比樁端注漿樁單樁豎向抗壓極限承載力提高了10%，后注漿技術(shù)在該工程中效果突出，承載力滿足大噸位筒倉設(shè)計(jì)要求，可以節(jié)省大量資金，具有明顯的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。

后注漿技術(shù)在我國起步較晚，目前尚未形成一套成熟完善的理論，因此進(jìn)一步研究鉆孔灌注樁的后注漿技術(shù)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

本工程為試驗(yàn)研究工程，各施工方在各自施工程序中均嚴(yán)格按照既定的方案操作，因此在后注漿工藝實(shí)施前，必須嚴(yán)格控制成樁質(zhì)量以及注漿工藝流程，嚴(yán)格控制注漿壓力、水泥砂漿水灰比及用量，對樁基完整性進(jìn)行檢測且無嚴(yán)重缺陷是保證后注漿技術(shù)獲得預(yù)期效果的前提條件［4］，否則無法達(dá)到預(yù)期的承載力效果，并且留下嚴(yán)重的安全隱患。

［1］沈保漢.地基基礎(chǔ)論文論著選集——樁基與深基坑支護(hù)技術(shù)進(jìn)展［M］.北京：知識產(chǎn)權(quán)出版社，2006.

［2］卓維松.用后注漿技術(shù)加固樁基的工程實(shí)例［J］.山西建筑，2005（12）：76-77.ZHUO W S.The Practical Example of Strengthening Pile Foundation with Post-grouting Technology［J］.Shanxi Architecture，2005（12）：76-77.

［3］王秀哲，龔維明，薛國亞，等.樁端后注漿技術(shù)的研究現(xiàn)狀及發(fā)展［J］.施工技術(shù)，2004，33（5）：28-31.WANG X Z，GONG W M，XUE G Y，et al.Current Research Status and Development of the Pile-end Post-grouting Technology［J］.Construction Technology，2004，33（5）：28-31.

［4］JGJ94-2008，建筑樁基技術(shù)規(guī)范［S］.

［5］李選棟，王巨濤.鉆孔灌注樁后注漿技術(shù)在橋梁工程中的應(yīng)用展望［J］.市政技術(shù)，2008，26（5）：399-401.LI X D，WANG J T.Application Preview on Post-grouting Technique of Bored Cast-in-place Pile for Bridge Project［J］.Municipal Engineering Technology，2008，26（5）：399-401.

［6］JGJ106-2003，建筑基樁檢測技術(shù)規(guī)范［S］.

［7］JTJ255-2002，港口工程基樁靜載荷試驗(yàn)規(guī)程［S］.

［8］GB50021-2001，巖土工程勘察規(guī)范［S］.