高壓旋噴樁加固預(yù)應(yīng)力管樁樁端濕陷性土持力層施工技術(shù)

徐建忠，諸葛藝，程海義

(1.浙江省山水建設(shè)有限公司，浙江 杭州310016;2.溫州中城建設(shè)集團(tuán)有限公司，浙江 溫州325000)

0 引言

預(yù)應(yīng)力管樁由于具有施工質(zhì)量控制簡(jiǎn)單，施工方便快捷、價(jià)格較鉆孔灌注樁低的優(yōu)勢(shì)，在城鄉(xiāng)新開發(fā)區(qū)的多層廠房、住宅或商住樓工程中常被用作建筑基樁。其樁端持力層多選擇具有一定厚度又較為密實(shí)的粘土層、砂礫層或強(qiáng)風(fēng)化巖層，通過靜壓將預(yù)應(yīng)力管樁壓送到設(shè)計(jì)深度，其施工效果和經(jīng)濟(jì)效益一般都能達(dá)到預(yù)期效果。但在新開發(fā)區(qū)的使用中，由于對(duì)預(yù)應(yīng)力管樁樁端持力層的物理力學(xué)特性的掌握揭示可能不夠充分，加之又缺乏既有工程施工經(jīng)驗(yàn)的借鑒參考，如在樁端持力層遇濕陷性土層時(shí)，施工操作過程直接從壓力儀表讀到數(shù)據(jù)沒有異常，施工后的預(yù)應(yīng)力管樁作豎向靜荷載測(cè)試又完全能滿足設(shè)計(jì)要求。但隨著成樁時(shí)間的增長(zhǎng)，場(chǎng)址地下潛水會(huì)通過埋設(shè)于地層中的預(yù)應(yīng)力管樁的上端口或管樁接頭處的焊接縫隙或壓樁過程樁管產(chǎn)生的裂隙滲入管樁中空的腔體內(nèi)，并下滲運(yùn)移至樁端持力層中，使原本較干燥密實(shí)承載力頗高的濕陷性土層被地下水浸透飽和而軟化，有時(shí)甚至部分被液化，這時(shí)先前承載力能滿足設(shè)計(jì)要求的樁由于樁端持力層軟化，其承載力明顯下降，甚至樁身自行下沉，這時(shí)若再測(cè)試樁的豎向靜荷載就不再滿足設(shè)計(jì)要求了。若不對(duì)此類持力層軟化的樁作技術(shù)處理必將給工程質(zhì)量留下隱患。本文以安徽蕪湖某工程為例，總結(jié)采用高壓旋噴樁處理靜壓預(yù)應(yīng)力管樁樁端濕陷性土層持力層的施工經(jīng)驗(yàn)，供同行們參考借鑒。

1 工程概況

安徽蕪湖市弋江區(qū)火龍崗安置房開發(fā)區(qū)位于蕪湖市火龍崗鎮(zhèn)蕪(湖)馬(鞍山)高速公路兩側(cè)，這是一個(gè)新的房地產(chǎn)開發(fā)區(qū)，占地面積56.52萬m2，總建筑面積108.54萬m2。擬建幾十幢1～12層公建設(shè)施、16～33層住宅樓和小區(qū)道路與地下車庫(kù)等建筑。框剪結(jié)構(gòu)，均設(shè)1層地下室車庫(kù)。建筑物設(shè)計(jì)采用樁筏基礎(chǔ)，其中公建設(shè)施和多層住宅樓采用400 mm靜壓預(yù)應(yīng)力管樁作為基樁，設(shè)計(jì)單樁豎向荷載特征值3300 kN;高層住宅樓采用500 mm靜壓預(yù)應(yīng)力管樁作為基樁，設(shè)計(jì)單樁豎向荷載特征值為5300 kN。預(yù)應(yīng)力管樁的有效樁長(zhǎng)在11～25 m之間，其中多數(shù)樁的有效樁長(zhǎng)為11～19 m。鋼筋混凝土筏板厚1.60 m。

2 工程地質(zhì)及水文地質(zhì)條件

工程構(gòu)筑物場(chǎng)址原為高差不大的坡地或農(nóng)耕地。場(chǎng)址地層自上而下分別是:①耕種土;②粉質(zhì)粘土;③粉質(zhì)粘土夾粉土;④粉質(zhì)粘土;⑤1強(qiáng)風(fēng)化粉砂巖;⑤強(qiáng)風(fēng)化石灰?guī)r;⑥1粉質(zhì)粘土(為石灰?guī)r溶洞填充物);⑥中風(fēng)化石灰?guī)r。除耕種土外，其余土層物理力學(xué)性質(zhì)均較好，fak建議值多在220～250 kPa之間，強(qiáng)風(fēng)化層達(dá)300 kPa，設(shè)計(jì)采用的預(yù)應(yīng)力管樁正常情況下其承載力完全能滿足設(shè)計(jì)要求。

擬建場(chǎng)址地下水主要為埋藏于耕種土中的上層滯水，其水位及水量隨季節(jié)變化，受雨水和地表水補(bǔ)給。由于蕪湖地區(qū)雨量充沛，地表徑流量大，特別是近旁過境的長(zhǎng)江水資源極其豐富，因此，場(chǎng)址地下水水位較高，表層地基土所含地下水常年基本呈飽和狀態(tài)。

3 樁端持力層濕陷性土的發(fā)現(xiàn)

由于本工程為新開發(fā)項(xiàng)目，對(duì)樁端持力層土體的常規(guī)工程地質(zhì)勘察報(bào)告只做物理力學(xué)性能的相關(guān)實(shí)驗(yàn)測(cè)試，因此樁端持力層濕陷性土的性質(zhì)特性并未在基樁施工前被大家所認(rèn)識(shí)。只是工程地質(zhì)勘察報(bào)告建議本工程采用鉆孔灌注樁作為建筑基樁，而工程設(shè)計(jì)單位依據(jù)工程地質(zhì)勘察報(bào)告提供的地質(zhì)資料認(rèn)為采用靜壓預(yù)應(yīng)力管樁作基樁，其承載力可以滿足設(shè)計(jì)要求，這樣可以大大的加快工程施工進(jìn)度，而且還能較大幅度的節(jié)省工程成本。為此，先安排試行靜壓預(yù)應(yīng)力管樁的施工，其施工過程完全符合設(shè)計(jì)單位的預(yù)期，而后對(duì)成樁進(jìn)行的豎向靜荷載測(cè)試也完全滿足設(shè)計(jì)要求。正是由于取得了這種滿意的結(jié)果，接著靜壓預(yù)應(yīng)力管樁的施工就在多幢樓同時(shí)推開。但是過后不久就發(fā)現(xiàn)一些原先成樁樁頭出露高度大致與場(chǎng)地坪標(biāo)高基本齊平的樁頭下沉了數(shù)厘米，這種整樁的自行下沉的現(xiàn)象清楚地說明原來實(shí)際單樁承載力達(dá)到設(shè)計(jì)要求的樁隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，其承載力反而明顯下降。透過對(duì)這種現(xiàn)象的分析和隨后進(jìn)行補(bǔ)充地質(zhì)勘察結(jié)果的驗(yàn)證，確認(rèn)樁端持力層土體為濕陷性土層。

4 濕陷性土體浸水沉陷破壞機(jī)理

濕陷性土層在未浸水軟化的地質(zhì)狀態(tài)下，呈現(xiàn)比較密實(shí)壓縮性小的賦存狀態(tài)，具有較高的豎向荷載性能，通常情況下靜壓預(yù)應(yīng)力管樁無法貫穿此類土層而被作為樁端持力層。濕陷性土層中含有較豐富的極易吸水軟(液)化的粘土礦物，預(yù)應(yīng)力管樁靜壓成樁且以濕陷性土層作為樁端持力層時(shí)，地下潛水就會(huì)通過壓樁時(shí)造成的樁周側(cè)壁與地層間的微小間隙和管樁中空的管腔下滲運(yùn)移直至持力層土體，這時(shí)持力層土體遇地下水滲浸其中的粘土礦物被軟(液)化，水分子契入土顆粒之間，較小的土顆粒向稍大空隙中移動(dòng)，土的骨架遭擠密，原本密實(shí)的土體變成凝膠甚至液態(tài)狀，土的抗剪強(qiáng)度迅速降低，在土的自重壓力和上覆地層荷載的附加壓力作用下，發(fā)生沉陷變形，使既成的預(yù)應(yīng)力管樁發(fā)生顯著的附加沉陷，其豎向靜荷載大為下降。

5 樁端濕陷性土體加固

5.1 加固機(jī)理

(1)采用高壓旋噴樁對(duì)預(yù)應(yīng)力管樁樁端已軟化的持力層用水泥漿液高壓切割置換，重新凝結(jié)固化以保證被置換的樁端持力層重新具有足夠的承載能力，并確?；鶚冻休d力滿足設(shè)計(jì)要求。

(2)高壓旋噴樁的施工機(jī)具直接通過預(yù)應(yīng)力管樁中心的管腔深入到樁端持力層進(jìn)行旋噴作業(yè)，操作簡(jiǎn)便易行。同時(shí)還能通過旋噴施工參數(shù)設(shè)計(jì)控制管樁樁端旋噴樁樁徑大小和加固深度，甚至直接座在中風(fēng)化基巖上，使加固質(zhì)量更有切實(shí)可靠的保證。

(3)高壓旋噴樁在作為預(yù)應(yīng)力管樁樁端軟化濕陷土持力層的加固處理后，旋噴機(jī)具上撥過程使預(yù)應(yīng)力管樁中心空腔自下而上充盈水泥漿液，使之凝固后封堵地下水滲透運(yùn)移通道，避免管樁樁端持力層濕陷性土吸水軟化現(xiàn)象的發(fā)生。

5.2 施工工藝流程

高壓旋噴樁施工工藝流程如圖1所示。

5.3 操作要點(diǎn)

5.3.1 準(zhǔn)備工作

施工場(chǎng)地整理、施工機(jī)械進(jìn)場(chǎng)安裝與調(diào)試、施工材料進(jìn)場(chǎng)驗(yàn)收與取樣送檢復(fù)試，設(shè)計(jì)施工參數(shù)驗(yàn)證與調(diào)整，選擇淺層與樁端持力層性能類似的粘土層進(jìn)行旋噴成樁效果試驗(yàn)，成樁3天后進(jìn)行實(shí)地開挖查驗(yàn)，驗(yàn)證實(shí)際成樁規(guī)格及其強(qiáng)度質(zhì)量等實(shí)際效果，并據(jù)此驗(yàn)證和調(diào)整旋噴樁施工設(shè)計(jì)技術(shù)參數(shù)。

5.3.2 挖除樁頂覆土

圖1 高壓旋噴樁施工工藝流程圖

擬建工程設(shè)計(jì)有地下室時(shí)，壓樁時(shí)需送樁至設(shè)計(jì)樁頂標(biāo)高，成樁后樁頂以上的送樁樁坑通常作埋填封堵處理，施工旋噴樁前需將樁頂填土挖除。

5.3.3 樁機(jī)就位、鉆進(jìn)

鉆機(jī)就位應(yīng)水平穩(wěn)固，鉆具的垂直度與垂心線應(yīng)與預(yù)應(yīng)力管樁中心線相重合。然后將鉆具緩慢下入預(yù)應(yīng)力管樁中心空腔樁端土塞頂面并向下鉆進(jìn)至樁端持力層加固設(shè)計(jì)深度。然后提升鉆具移機(jī)。

5.3.4 旋噴鉆機(jī)就位、下注漿管

根據(jù)經(jīng)試驗(yàn)驗(yàn)證調(diào)整后確定的設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行高壓旋噴樁施工:高壓水壓力28～32 MPa，水量70～80 L/min;壓縮空氣壓力0.7～0.8 MPa，氣量1.2～2.0 m3/min;漿壓0.5～0.6 MPa，漿量 75～100 L/min;提升速度6～8 cm/min，旋轉(zhuǎn)速度7～8 r/min;進(jìn)漿密度≥1.6 g/cm3，回漿密度1.2～1.3 g/cm3;旋噴樁樁徑大于預(yù)應(yīng)力管樁樁徑。

5.3.5 預(yù)應(yīng)力管樁中心空腔充盈噴漿

預(yù)應(yīng)力管樁樁端持力層高壓旋噴樁成樁后，注漿管邊提升邊連續(xù)噴射漿液，直至預(yù)應(yīng)力管樁樁頂端口。

圖2為高壓旋噴樁成樁示意圖。

圖2 高壓旋噴樁成樁示意圖

5.3.6 補(bǔ)噴處理

基樁施工過程中，有一部分樁為避免樁端持力層土體軟化而在管樁下端口焊接圓形鋼板以封堵樁管地下水下滲通道。這種方法打的樁未能取得預(yù)期的效果，其原因在于光封堵管樁下端口并不能切斷地下水下滲運(yùn)移通道，地下水仍能沿預(yù)應(yīng)力管樁的外周側(cè)間隙或鋼板焊接欠佳的縫隙處下滲進(jìn)入到濕陷性土體。對(duì)此類樁的處理是在管樁樁心外0.60 m處施打旋噴鉆孔至管樁下端的加固標(biāo)高，然后下旋噴鉆具至管樁下端口并以管樁樁心連線為軸線，分別向兩側(cè)連續(xù)擺噴45°扇形樁，擺噴扇的半徑≮1.05 m。處理后旋噴樁、擺噴樁與管樁平剖面位置關(guān)系如圖3。

5.3.7 沖洗移位

圖3 旋噴樁與管樁平面布置縱視示意圖

旋噴樁機(jī)移開并待預(yù)應(yīng)力管樁中心噴射漿液初凝后挖去60～70 cm，采用C30混凝土回填搗密實(shí)封堵。

5.3.8 置換土處理

高壓旋噴樁施工時(shí)從預(yù)應(yīng)力管樁上端口溢出的冒漿引流至回漿儲(chǔ)漿池沉淀凝固，使渣液分離，沉渣沉淀凝固后挖出晾干外運(yùn)。

5.4 確保加固質(zhì)量措施

5.4.1 質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)

高壓旋噴樁施工質(zhì)量按《建筑地基基礎(chǔ)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》(GB 50202－2002)和《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)程》(GB 50007－2002)執(zhí)行。其質(zhì)量檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)見表1。

表1 高壓旋噴樁質(zhì)量檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)

5.4.2 質(zhì)量保證措施

(1)施工前應(yīng)檢查水泥、外摻劑的質(zhì)量，施工機(jī)械、壓力表、流量表的性能應(yīng)良好，其精度和靈敏度能滿足要求。

(2)鉆機(jī)對(duì)準(zhǔn)預(yù)應(yīng)力管樁中心后用水平尺核準(zhǔn)機(jī)身、墊平穩(wěn)固，鉆機(jī)機(jī)上鉆桿斜率控制在1.5%以內(nèi)，鉆具(噴管)緩慢下放至管樁底端空腔上塞頂面。然后向樁腔內(nèi)送水泥漿液護(hù)壁并開動(dòng)鉆機(jī)成孔至設(shè)計(jì)孔深。

(3)制漿水泥采用標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度為32.5R的普通硅酸鹽水泥，制漿用水應(yīng)符合混凝土用水標(biāo)準(zhǔn)，采用高速攪拌機(jī)攪拌制漿，外加劑為三乙醇胺，摻入比0.03%。漿液水灰比1.0～1.2，相應(yīng)漿液密度為1.60～1.65 kg/L，漿液攪拌時(shí)間≮30 s，水泥漿應(yīng)嚴(yán)格過濾去渣后裝入儲(chǔ)漿桶備用，漿液存放的有效時(shí)間≯3 h。儲(chǔ)漿桶內(nèi)的儲(chǔ)漿應(yīng)始終有攪拌機(jī)在不停的攪拌，以保證漿液的工作性能。

(4)噴射灌注。噴管下入孔底后，逐次低壓送水、送漿、送氣，而后提高至設(shè)計(jì)值，在孔底靜噴1～3 min(不提升)，待孔口返漿密度≮1.2 kg/L，再按設(shè)計(jì)要求進(jìn)行由下而上的旋噴注漿作業(yè)，至提升到預(yù)應(yīng)力管樁上口停止噴射。

(5)施工中應(yīng)檢查施工參數(shù)(壓力、水泥漿量、提升速度、旋轉(zhuǎn)速度等)及施工程序是否符合設(shè)計(jì)要求和工序質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。

(6)靜壓回填灌漿。噴射作業(yè)完成后，孔內(nèi)漿液面會(huì)有所下降，應(yīng)隨即引流相鄰高壓旋噴作業(yè)的管樁孔口回漿以回填灌漿，直至孔內(nèi)漿面不再下降為止。

6 結(jié)語

對(duì)本工程基樁樁端持力層濕陷性土的加固曾試用過多種方法。先是采用高壓壓密注漿法，由于高壓漿液流向的不確定性、不均勻性未取得預(yù)期的加固效果;繼而采用千斤頂反力架復(fù)壓來恢復(fù)樁的承載力的方法，由于沒有杜絕地下水源下滲浸濕持力層土體而軟化的途徑未獲成功;也曾試圖采用施工樁端擴(kuò)大頭的方法，由于機(jī)械擴(kuò)孔器須借助動(dòng)力頭及鉆具重力的機(jī)械加壓才能打開，從加壓到擴(kuò)孔機(jī)具打開有一個(gè)相當(dāng)距離的行程，因此無法緊貼預(yù)應(yīng)力管樁樁端土體擴(kuò)孔而作罷;還曾采用最下一根預(yù)應(yīng)力管樁樁端焊接封堵鋼板的方法，由于鋼板焊接欠佳殘存的縫隙或預(yù)應(yīng)力管樁樁周間隙的存在，地下潛水仍能通過這些渠道下滲運(yùn)移至樁端濕陷性土持力層中，因而也未取得預(yù)期的成效。

采用高壓旋噴樁對(duì)預(yù)應(yīng)力管樁樁端濕陷性軟化土的置換加固處理以改善和提高樁端持力層的性能，并使基樁豎向靜荷載恢復(fù)提高以滿足設(shè)計(jì)要求。實(shí)踐證明，這是一種安全、經(jīng)濟(jì)和質(zhì)量可靠的處理方法。

［1］劉國(guó)彬，等.基坑工程手冊(cè)［M］.北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2010.

［2］徐佩林，等.高砂性地層鉆孔灌注樁施工易發(fā)的基樁質(zhì)量隱患［J］.探礦工程(巖土鉆掘工程)，2008，35(6).

［3］彭家駒，等.超短靜壓PHC管樁工程的設(shè)計(jì)與施工實(shí)踐［J］.探礦工程(巖土鉆掘工程)，2006，33(11).

［4］張鵬，等.粘土夾雜大量砂礓的特殊地質(zhì)堤壩防滲處理方案設(shè)計(jì)［J］.西部探礦工程，2011，(9).

［5］王福輝.濕陷性黃土地基浸水型病害勘察及加固處理［J］.西部探礦工程，2010，(3).