用灌漿法提高灌注樁的承載力

王曉玲

（安徽省巢湖市公路局和縣分局，安徽 巢湖 238200）

1 概述

鉆（沖、挖）孔灌注樁，從20世紀60年代初在河南省南陽地區(qū)研制應(yīng)用以來，因其具有眾多的優(yōu)點，已廣泛應(yīng)用于包括軟土、黃土、膨脹土等特殊土在內(nèi)的各類地基和工業(yè)、民用、市政、鐵路、公路、港口等各類工程實踐中。和預(yù)制樁相比，鉆孔樁施工時無噪聲、無振動，對周圍建筑及環(huán)境影響小，樁徑大，入土深，承載力大。據(jù)文獻[1]統(tǒng)計，我國鉆（沖）孔樁最大樁徑已達到4000mm，最大樁深已達104m，而鋼管樁最大樁徑為1200mm，最大樁深為83m，預(yù)應(yīng)力混凝土管樁最大樁徑為1300mm，最大樁深為40m。

隨著我國社會主義建設(shè)事業(yè)的迅速發(fā)展，伴隨著高層建筑，大跨度橋梁的興起，對樁基礎(chǔ)的承載力有了更高的要求。大直徑灌注樁因此得到快速發(fā)展，樁長和樁徑也越做越大。然而，在現(xiàn)有的各種成樁方法中，鉆孔樁雖有許多優(yōu)點而被廣泛采用，但在施工中卻難以避免泥漿的影響，這不僅降低樁承載力的期望值，而且造成材料的嚴重浪費。人工挖孔樁因難以達到更大的深度，其承載力也難盡如人意。鑒于灌注樁的這種現(xiàn)狀，如何提高樁的施工工藝水平，使投入的材料得到更為合理的利用，以大幅度提高單樁承載力，就成為工程界備受關(guān)注的熱點問題。

2 影響鉆孔灌注樁承載性能的因素

在施工過程中，由于地質(zhì)、施工機械的影響，常造成樁底虛土（軟弱層段），其厚度一般為0.2～0.5m，厚者可達Im。特別是松軟地層中鉆孔，用泥漿護壁，孔底沉渣更不可避免；即使經(jīng)過特別仔細清孔，清孔后至灌注混凝土前，仍會沉淀一些沉渣，且在成孔過程中，都普遍存在對孔壁和孔底土層的擾動。所有這些都影響了鉆孔灌注樁承載力的發(fā)揮。

樁的靜載試驗表明，鉆孔灌注樁的端承力僅占其極限荷載的15%～35%，側(cè)阻與端阻的發(fā)揮存在不同步現(xiàn)象。要充分發(fā)揮側(cè)摩阻力只需幾個毫米的樁頂位移，而要充分發(fā)揮端阻力的作用，需要達到樁徑的10%-30%的樁頂位移[2]。這么大的位移在工程上是不允許的。樁達到破壞時，側(cè)摩阻力達到極限而破壞，而端阻力得不到充分發(fā)揮，其潛力卻很大。這就是鉆孔灌注樁承載力上不去的原因。

研究表明，樁底虛土的存在，不僅影響端阻的發(fā)揮，也使側(cè)摩阻力受到損失[3]。樁周軟弱夾層的存在，使得樁體與土體之間的摩擦性質(zhì)發(fā)生改變，對于以樁土之間通過摩擦傳遞荷載來講，是非常不利的。這正是鉆孔灌注樁承載效益不高的另一原因。

3 提高鉆孔灌注樁承載力的對策

根據(jù)以上鉆孔灌注樁承載力上不去的原因分析，工程界出現(xiàn)的一些提高樁基承載力的方法，大體上都是圍繞消除樁底沉渣、樁周軟弱夾層而設(shè)的。

3.1 預(yù)加載法：預(yù)先對樁底進行預(yù)壓，使樁底虛土壓密，提高樁的承載力。但費時、費錢，且不易實施。

3.2 擴大端承面積。即擴底樁，在過去的工程中用的較多，但對樁底虛土的存在仍無能為力。

3.3 砂襯樁技術(shù)：該法用于沉管灌注樁，施工時，利用雙層套管在樁周圍灌砂，成為砂套約3～10cm，砂套的存在可提高樁側(cè)壁的摩阻力。

3.4 灌漿技術(shù)：灌漿法可分為先灌漿法和后灌漿法。先灌漿法是在鉆孔樁成孔后至灌注混凝土前進行灌漿，即將噴頭鐵管放入孔底插入虛土，噴射水泥漿，使樁底虛土與水泥混合，最后再灌注樁身混凝土。

后灌漿法是在樁身混凝土達到一定強度后，再進行灌漿，根據(jù)灌漿位置不同，分為樁的側(cè)壁灌漿和底部灌漿。底部灌漿又可分為有容器灌漿和無容器灌漿。根據(jù)灌漿壓力的大小又可分為低壓灌漿和高壓灌漿，灌漿方式和范圍的不同，其機理和效果也是不同的。

多年來，工程界這樣的實踐很多。一般經(jīng)過灌漿處理，樁的承載力可提高20%～30%c，多者可達60%～70%，但其提高承載力的機理研究成果尚未看到報道，且壓漿量的多少，壓力的大小與承載力提高的定量關(guān)系更未看到報道。

4 我們在后灌漿、樁底高壓灌漿方面所做的工作

從1989年開始，省交通廳與西南交大合作，進行樁基礎(chǔ)理論在工程中應(yīng)用的研究和探索，取得一些重要成果。用壓力灌漿法大幅度提高單樁承載力，就是其中一項。該成果于1995年5月通過鄭州鐵路局與西南交大聯(lián)合組織的鑒定，1998年7月通過鐵道部的鑒定。該成果的原理是通過樁端和樁周壓力灌漿壓密土層，改變樁的邊界條件并擴大樁的實際支承面積，達到提高樁的承載力的目的。

一般而言，粗粒土中壓漿的效果比細粒土中的效果好，在同等條件下，當樁位于砂性土中時，經(jīng)該工藝處理后的樁的承載力可達未灌漿樁的承載力的2倍以上，而當位于黏性土中時，則與土的性質(zhì)密切相關(guān)，試驗數(shù)據(jù)離散性較大，但一般也可提高30%以上。

鐵道部的鑒定意見指出：該成果“形成了一套具有理論基礎(chǔ)的實用技術(shù)，成果豐富了樁基工程的理論和實踐”。“該研究成果整體技術(shù)處于國內(nèi)領(lǐng)先水平，其中樁端壓漿技術(shù)，達到國際先進水平。”我們深信，該項成果的推廣應(yīng)用，可以加快施工進度，節(jié)約造價，必將創(chuàng)造出更好的社會效益和經(jīng)濟效益。

5 樁底壓力灌漿

樁底壓力灌漿就是在普通樁樁底，預(yù)先安放一個灌漿腔，這種腔是由彈性材料制成，在壓力作用下把漿液灌入灌漿腔，腔體膨脹，也即用漿體取代并壓密了樁底沉渣及土體，在壓密的同時，土體及沉渣排出部分孔隙水，隨著進漿量及壓力的增加，擴大頭逐漸形成，壓密范圍也逐漸增大。這樣，樁底壓漿不僅處理了沉渣，更主要是改變了土體的性質(zhì)，有效地提高了承載力。

樁底壓力灌漿施工步驟：

5.1 造孔：同于一般鉆（沖、挖）孔樁施工。

5.2 下設(shè)灌漿腔及鋼筋籠：灌漿腔同鋼筋籠底部焊接在一起，一同下入孔中，同時安裝灌漿管，灌漿管由灌漿腔引出到地面以上。

5.3 灌注樁身混凝土

5.4 樁底壓力灌漿：當樁身混凝土強度達到60%～70%后，進行樁底壓漿。壓漿程序為：安裝止?jié){閥(圖4)-連接灌漿管路——檢查壓漿泵及壓力表，使其處于完好狀態(tài)——沖洗灌漿腔——灌水泥漿——結(jié)束。

6 樁側(cè)灌漿

樁側(cè)灌漿就是在普通樁的基礎(chǔ)上，通過事先預(yù)埋的花管，把水泥漿液壓入孔壁之中。其作用：一是可以處理泥皮；二是可以擠壓樁側(cè)土體；三是可以形成凸出的漿液包；四是還具有滲透灌漿效果，所有這些均改善了樁與孔壁的接觸條件及土體狀況，借以提高整個樁的承載力。

樁側(cè)灌漿施工步驟：

6.1 造孔：同于常規(guī)鉆（沖）孔樁施工。

6.2 下設(shè)花管：四根花管均布綁在鋼筋籠外側(cè)，其孔眼用橡皮箍綁緊，橡皮箍的作用是防止灌注樁身混凝土時，漿液進入花管內(nèi)。為了防止下設(shè)花管時孔壁對橡皮箍的損壞，在橡皮箍的下端綁有鉛絲防滑環(huán)?；ü芗颁摻罨\下設(shè)完畢后，即可進行樁身混凝土的灌注。

6.3 樁側(cè)灌漿：當樁身混凝土灌注完12h后，即可進行樁側(cè)灌漿，灌漿分根分段由下而上進行。漿液水灰比為0.6，在漿液中摻入2.5%的膨潤土。

側(cè)壁灌漿后，其樁側(cè)極限側(cè)摩阻可增加一倍左右。

總之，當樁側(cè)壁與樁底共同壓漿，不僅大幅度提高樁端承載力，而且其側(cè)壁極限摩阻力大為增加。但側(cè)壁壓漿工藝復(fù)雜，不易掌握。樁底壓漿工藝相對簡單，易于掌握，效果顯著。

樁底壓漿還有一個很大的優(yōu)點，即在動力荷載作用下幾乎沒有永久沉降。這個特性對于高速、重載鐵路建設(shè)有著特殊的意義。因為高速鐵路對于線路的平順狀況要求是很嚴格的。樁底壓漿在發(fā)揮材料強度方面有明顯的優(yōu)勢，據(jù)統(tǒng)計，普通鉆孔樁單位體積可提供的極限承載力平均為251.3kN/m3，而壓力灌漿樁可達812.68kN/m3，后者為前者的3.2倍。這樣用樁底灌漿技術(shù)可解決普通鉆孔樁經(jīng)濟效益不甚高的矛盾，為鉆孔樁的廣泛應(yīng)用注入新的活力。

[1]婁奕紅,劉喜元.樁土相互作用的有限元-無界元分析[J].城市道橋與防洪，2004年02期

[2]周紅波.樁端后注漿鉆孔樁承載性能與注漿關(guān)系的數(shù)值模擬[J].工業(yè)建筑，2005年09期

[3]殷永高.根式基礎(chǔ)及根式錨碇方案構(gòu)思[J].公路，2007年02期