水泥粉磨站工程后壓漿樁基設(shè)計

王 志 尹群超 劉中林（安徽海螺建材設(shè)計研究院，安徽 蕪湖 241070）

1 概述

海螺水泥某公司水泥粉磨站工程采用的后壓漿灌注樁現(xiàn)已全面施工完成，經(jīng)過樁基檢測，施工樁全部驗收合格。該技術(shù)為海螺集團(tuán)工程項目首次采用，在設(shè)計驗證過程中，設(shè)計院結(jié)構(gòu)設(shè)計人員經(jīng)過細(xì)致分析和調(diào)研，認(rèn)為后壓漿灌注樁技術(shù)[1]適應(yīng)該地區(qū)的地質(zhì)條件，最終結(jié)果也證明該技術(shù)在該項目取得了較好的技術(shù)驗證效果和良好的經(jīng)濟(jì)效益。下面對該項技術(shù)做簡要的介紹。

2 注漿技術(shù)原理[2]介紹

2.1 注漿形式及注漿理論

注漿即注漿材料在外力作用下滲入到巖土的裂隙或孔隙中的過程，注漿的形式很多，如：填充注漿、裂隙注漿、滲透注漿、脈狀注漿、成層注漿、應(yīng)急注漿、擠密注漿等。按注漿材料分可為懸浮液型材料（粒狀漿材）和溶液型材料（化學(xué)漿材）。按施工方法可分為高壓噴射注漿法、深層攪拌樁、靜壓注漿法等。

所謂高壓注漿，目前尚無確定的概念，它以注漿理論及工藝設(shè)備技術(shù)的發(fā)展而有不同的界定范圍，從國內(nèi)外經(jīng)驗看，目前，可視注漿壓力小于1.0MPa 為低壓注漿，1.0MPa～10MPa 為高壓注漿，大于10MPa 為超高壓注漿。從當(dāng)今注漿技術(shù)的發(fā)展趨勢來看，采用高壓注漿技術(shù)確保注漿效果已較為流行，采用高壓的優(yōu)點在于：（1）在注漿過程中，高壓力可使巖土體的裂隙張開，注漿體（水泥漿）顆粒注入沉淀，壓力釋放后，巖土體回彈，擠壓漿體，從而使?jié){體和巖土體能緊密膠結(jié)；（2）高壓作用下，漿液擴(kuò)散半徑增大，可減少注漿孔數(shù)，從而可減少工程量；（3）高壓可使注漿材料內(nèi)部形成一種晶格結(jié)構(gòu)，使固結(jié)體更加致密，使其強(qiáng)度大幅度提高。

關(guān)于注漿作用的機(jī)理有：滲透注漿、劈裂注漿和壓密注漿。三種注漿機(jī)理在實際施工中有可能單獨發(fā)生，也有可能兩種或兩種以上同時發(fā)生，純粹的滲透注漿一般不會發(fā)生，實際工程中除了滲透外往往會伴隨劈裂、壓密等作用。

2.2 灌注樁后注漿技術(shù)

1）加固機(jī)理

灌注樁后注漿的加固機(jī)理是將配制好的水泥漿或其它可固化的漿液高壓注入事先安設(shè)于樁身內(nèi)的注漿管，經(jīng)樁底或樁側(cè)注漿閥注入周圍介質(zhì)，從而改善周圍介質(zhì)的物理力學(xué)性質(zhì)。

（1）樁端注漿加固機(jī)理

直接對樁底注漿，漿液經(jīng)注漿閥出來將首先滲透到最疏松的樁端沉渣間隙中，膠結(jié)并壓密沉渣，從而消除孔底沉渣的不良影響。

（2）樁側(cè)注漿加固機(jī)理

樁側(cè)注漿是通過在鉆孔灌注樁樁身預(yù)先埋設(shè)的注漿管將漿液壓入樁側(cè)土體，漿液在注漿泵的高壓作用下，充填樁側(cè)與樁周土的間隙，在樁周形成復(fù)合樁身，模糊了原樁身和樁周土界限，增大樁徑，提高側(cè)摩阻力。

2）出現(xiàn)與發(fā)展

在上個世紀(jì)60年代初國外就已開發(fā)出解決泥漿護(hù)壁灌注樁中沉渣、泥皮問題的后注漿技術(shù)。國外的樁底后注漿裝置大體分為預(yù)埋于樁底的裝有碎石的預(yù)載箱、注漿腔、U 形管閥，樁側(cè)注漿裝置設(shè)置于鋼筋籠上的鋼管?？偟奶攸c是注漿裝置和工藝復(fù)雜，附加費用高，樁側(cè)注漿需在成樁后2d 齡期內(nèi)通過高壓沖破混凝土保護(hù)層實施。80年代初，北京市某科研機(jī)構(gòu)在灌注樁樁底設(shè)置隔離板，采用PVC 管作為注漿管，應(yīng)用于北京崇文小區(qū)7#住宅樓工程。進(jìn)入90年代后，樁的后注漿技術(shù)尤其是樁端壓力注漿技術(shù)在國內(nèi)得到蓬勃發(fā)展，具體表現(xiàn)在：

（1）樁端和樁側(cè)壓力注漿裝置型式眾多；

（2）注漿工藝水平得到較大提高和完善，使后注漿樁的承載力增幅較初期有很大提高；

（3）特別是2008年10 月1 日實施的《建筑樁基技術(shù)規(guī)范JGJ 94-2008》首次系統(tǒng)的規(guī)定了后注漿技術(shù)的計算公式及施工工藝，標(biāo)志著后注漿技術(shù)的成熟。

《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》6.7.1 指出：灌注樁后注漿(Cast-in-place pile post grouting-簡寫PPG)是灌注樁的輔助工法。該技術(shù)旨在通過樁底樁側(cè)后注漿固化沉渣(虛土)和泥皮，并加固樁底和樁周一定范圍的土體，以大幅提高樁的承載力，增強(qiáng)樁的質(zhì)量穩(wěn)定性，減小樁基沉降。對于干作業(yè)的鉆、挖孔灌注樁，經(jīng)實踐表明均取得良好成效。故本規(guī)定適用于除沉管灌注樁外的各類鉆、挖、沖孔灌注樁。該技術(shù)目前已應(yīng)用于全國20 多個省市的數(shù)以千計的樁基工程中。

3)注漿壓力控制

注漿漿液宜采用水泥漿，水灰比宜為0.45～0.60的水泥。通常先用稀漿，隨后漸濃，最后注濃漿。注漿壓力與水灰比、地層、地下水流等因素有關(guān)，施工前應(yīng)進(jìn)行注漿壓力與水灰比關(guān)系試驗，也可采用下列經(jīng)驗曲線。

作業(yè)宜于成樁2d 后開始，不宜遲于成樁30d后，采用高壓注漿，成樁后至注漿施工前應(yīng)進(jìn)行壓水試驗，通過壓水試驗來確定樁底的可灌性，同時疏通注漿管道。當(dāng)水不斷注入說明開塞成功。注漿宜實行間歇注漿，間歇的時間依壓水試驗確定，一般為0.5-2.0h,不宜大于3h。注漿時應(yīng)注意注漿順序，防止因注漿液的滲漏使其周圍其它樁基施工困難。

2.3 技術(shù)分類

1)按注漿工藝可分為：閉式注漿和開式注漿兩大類。

2)按注漿模式分類：樁端注漿和復(fù)式注漿。

3)按注漿管埋設(shè)方法分類：樁身預(yù)埋管注漿法和鉆孔埋管注漿法。

2.4 施工工藝

樁基后注漿工藝設(shè)計除了包括一般灌注樁施工工序設(shè)計外還包括注漿設(shè)備設(shè)計、管路系統(tǒng)和注漿參數(shù)設(shè)計等。樁基注漿裝置主要包括地上注漿設(shè)備和地下注漿系統(tǒng)，地上注漿設(shè)備主要包括高壓注漿泵、閥門、攪漿系統(tǒng)、觀測儀表等。

3 后壓漿技術(shù)的應(yīng)用分析

現(xiàn)根據(jù)試樁報告結(jié)果對廠區(qū)熟料庫、水泥庫的樁基方案分別從技術(shù)性及經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行比較。

3.1 技術(shù)性比較

1）熟料庫試樁結(jié)果：54 米樁長普通灌注樁單樁極限承載力5400KN，54 米普通灌注樁折算成49 米長的承載力為(5400/54)×49=4900KN，49 米樁長后壓漿灌注樁單樁極限承載力7620KN，則采用后壓漿后的承載力提高了（7620-4900）/4900=55.5%。

2）水泥庫試樁結(jié)果：54 米樁長普通灌注樁單樁極限承載力5670KN，54 米普通灌注樁折算成49 米長的承載力為(5670/54)×49=5145KN，49 米樁長后壓漿灌注樁單樁極限承載力8080KN，則采用后壓漿后的承載力提高了（8080-5145）/4900=57%。

根據(jù)以上數(shù)據(jù)分析，采用后壓漿技術(shù)，按等樁長折算，其承載力提高了約55%。

3.2 經(jīng)濟(jì)比較

根據(jù)合同報價，普通灌注樁造價860 元/m3，后壓漿灌注樁造價973 元/m3。

1）一期2個熟料庫

按普通灌注樁設(shè)計968 根×3.14×0.4 米×0.4 米×54 米×860 元/m3=22584849 元

按后壓漿灌注樁設(shè)計720 根×3.14×0.4 米×0.4 米×49 米×973 元/m3=17246105 元

采用后壓漿技術(shù)降低費用約530萬，節(jié)約造價約23.6%。（一、二期共可節(jié)約1060萬元）

2）一期8個水泥庫

按普通灌注樁設(shè)計1128 根×3.14×0.4 米×0.4 米×54 米×860 元/m3=26317882 元

按后壓漿灌注樁設(shè)計792 根×3.14×0.4 米×0.4 米×49 米×973 元/m3=18970716 元

采用后壓漿技術(shù)降低費用約735萬，節(jié)約造價約28%。（一、二期兩庫共可節(jié)約915萬元）

通過以上數(shù)據(jù)分析，一期兩個熟料庫、八個水泥庫可節(jié)約造價約1265萬元，二期兩個熟料庫、兩個水泥庫可節(jié)約造價約710萬元，一二期工程共可節(jié)約1975萬元。同時減少了泥漿排放，有利于現(xiàn)場文明施工。

4 結(jié)語

后壓漿灌注樁技術(shù)在海螺水泥工程項目上的成功應(yīng)用，為今后類似地質(zhì)條件的項目設(shè)計積累了經(jīng)驗。工程設(shè)計人員留心學(xué)習(xí)和應(yīng)用工程設(shè)計的新技術(shù)、新工藝，不僅為建設(shè)方節(jié)省投資創(chuàng)造效益，而且也提高了設(shè)計人員的專業(yè)素養(yǎng)。

[1]中華人民共和國行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JGJ 94-2008《建筑樁基基礎(chǔ)規(guī)范》

[2]陜西博奧工程建設(shè)有限公司《注漿技術(shù)研究與工程應(yīng)用》