鉆孔灌注樁后壓漿技術(shù)的應(yīng)用研究

李恒寶，王圣典

（1.江蘇省地質(zhì)礦產(chǎn)局第五地質(zhì)大隊，江蘇徐州221004；2.國投新集電力利辛有限公司，安徽利辛236700）

鉆孔灌注樁后壓漿技術(shù)的應(yīng)用研究

李恒寶*1，王圣典2

（1.江蘇省地質(zhì)礦產(chǎn)局第五地質(zhì)大隊，江蘇徐州221004；2.國投新集電力利辛有限公司，安徽利辛236700）

鉆孔灌注樁后壓漿技術(shù)是一種優(yōu)勢非常明顯的技術(shù)，具有提高單樁承載力、提高生產(chǎn)效率、節(jié)約建設(shè)資金的優(yōu)點。結(jié)合工程實際，對鉆孔灌注樁后壓漿技術(shù)施工工藝要點及施工質(zhì)量控制進行了探討，并通過試驗結(jié)果初步探討了鉆孔灌注樁后壓漿技術(shù)應(yīng)用效果。

后壓漿；施工工藝；質(zhì)量控制；效果

近年來我國的高層建筑迅猛發(fā)展，對地基承載力的要求越來越高，基礎(chǔ)形式一般采取灌注樁基礎(chǔ)，鉆孔灌注樁最大的缺陷就是樁底虛土較難清理，且護壁泥漿形成的泥皮影響樁側(cè)摩阻力進一步發(fā)揮，采用樁底后壓漿技術(shù)可以較好地解決這些難題。該項技術(shù)適用于泥漿護壁鉆、挖、沖孔灌注樁及干作業(yè)鉆、挖孔灌注樁等樁基工程。后壓漿技術(shù)可以大幅提高單位面積承載力，克服泥皮效應(yīng)，改善樁側(cè)巖土特征，提高土體摩阻力，實現(xiàn)簡單工藝解決復(fù)雜施工工藝難題，加快施工進度，達到經(jīng)濟適用的目的，越來越廣泛的被應(yīng)用于城市高層甚至超高層建筑的樁基工程中，并取得了重大的經(jīng)濟效益和社會效益。

1　基本工作原理

鉆孔灌注樁后壓漿技術(shù)是灌注樁成樁時在樁底和樁側(cè)預(yù)置注漿管路，待樁身強度達到75%后，通過注漿管路，通過壓漿管路利用高壓注漿泵壓注以水泥為主劑的漿液，對樁底沉渣、樁側(cè)泥皮及樁周土體通過滲透、置換、劈裂等方式，經(jīng)過一系列的物理和化學(xué)反應(yīng)進行加強補強，從而消除傳統(tǒng)灌注樁施工工藝所固有的缺陷，以達到提高樁身完整性及固化樁身摩擦介質(zhì)提高承載力減小沉降量的效果。

灌注樁后壓漿旨在通過樁底樁側(cè)后壓漿固化沉渣和泥皮，并加固樁底和樁周一定范圍的土體，以大幅度提高樁的承載力，增強樁的質(zhì)量穩(wěn)定性，減小樁基沉降。灌注樁后壓漿工法可用于各類鉆、挖、沖孔灌注樁及地下連續(xù)墻的沉渣（虛土）、泥皮、樁底、樁側(cè)一定范圍內(nèi)土體的加固。而后壓漿又解決了鉆孔灌注樁的固有缺陷，是一項有發(fā)展前景的施工技術(shù)。

鉆孔灌注樁的后壓漿基本上屬于劈裂注漿與滲透注漿相結(jié)合。所謂劈裂注漿，即壓入的高壓漿體克服土體主應(yīng)力面上的初始壓應(yīng)力，使土體產(chǎn)生劈裂破壞，漿體沿劈裂縫隙滲入土體填充空隙，并擠密樁側(cè)土，促使土體固結(jié)從而提高注漿區(qū)的土體強度。如注漿區(qū)在樁底，則漿液首先在樁底沉渣區(qū)劈裂和滲透，使沉渣及樁端附近土體密實，產(chǎn)生“擴底”效應(yīng)，使端承力提高，如注漿區(qū)在樁側(cè)某部位，則該部位也同樣出現(xiàn)“擴徑”效應(yīng)，提高樁側(cè)摩擦力。

2　工程及地質(zhì)概況

徐州新蘇中心項目主樓總建筑面積485478m2，地上32層，2層地下室，框架—剪力墻結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)埋深約10m。樁基工程采用樁底后壓漿灌注樁，樁長33m，直徑800mm，樁數(shù)675根。該場地土類型為中軟土，建筑場地的類別為Ⅲ類，場地內(nèi)無可液化土層，為對建筑抗震一般地段?？碧椒秶鷥?nèi)以粘性土、粉土、砂土為主的多種沉積交錯構(gòu)成。根據(jù)場內(nèi)地層特性，場地內(nèi)（13）層中粗砂，壓縮性中等偏低，埋深適中，厚度5～10.2m，分布穩(wěn)定，可作為樁基礎(chǔ)持力層，不僅滿足承載力和沉降兩方面要求，還利于后壓漿效果的發(fā)揮以及對鉆孔樁施工質(zhì)量的影響。從物理指標、埋深和層厚來看，砂土層作為樁底注漿層較為合適。

3　后壓漿施工

3.1施工工藝選擇

后壓漿法是提高鉆孔灌注樁垂直承載力及減小承載力離散性的一項有效措施，有顯著的經(jīng)濟效益和社會效益。經(jīng)過注漿后的樁其沉降量較未注漿的樁要小，承載力有較大提高，對重要工程中單根鉆孔灌注樁的基礎(chǔ)，后壓漿尤為必要。有些工程因建筑物需要，設(shè)計樁長較大，有的進入砂層很深，土層分布不均勻，這些樁在施工時承載力離散性較大，若適當(dāng)采用注漿方法能確保樁側(cè)及樁周能和樁保持很好的接觸關(guān)系，減少土層不均勻的效應(yīng)，大大改善單樁承載力的離散，同時在滿足承載力要求的同時可以縮短樁長，為工程節(jié)約了施工時間和節(jié)約施工費用，同時還降低了施工的難度，創(chuàng)造了可觀的經(jīng)濟效益和社會效益。

本工程選擇鉆孔灌注樁后壓漿施工技術(shù)，是因為其具有以下幾方面的優(yōu)點：

（1）改善持力層條件，提高樁端強度。在砂土樁端持力層中注漿，在高壓作用下，砂土被高壓水泥漿劈裂，達到劈裂注漿的效果，水泥漿呈網(wǎng)狀劈裂滲透，形成固結(jié)體，造成擴底效果，增大了樁端的受力面積，增強了持力層剛度，使得樁端承載力從未注漿到注漿后有很大提高。

（2）提高樁側(cè)摩阻力。采用泥漿護壁的鉆孔灌注樁，在樁端注漿后，在壓力作用下，漿液在樁端以下一定高度范圍內(nèi)沿著樁間土滲透、劈裂、填充、擠密和膠結(jié)作用，填充樁身與樁間土里面的空隙，并滲入樁周土體一定的深度范圍，凝結(jié)成強度高、性能穩(wěn)定的結(jié)石體，使得樁側(cè)摩阻力從未注漿到注漿后有很大提高。

（3）減小承載力離散性。在樁基施工過程中，因設(shè)計樁長較長、土層分布不場勻、孔底沉渣的清理等諸多原因都對其承載力有較大影響，導(dǎo)致這些樁承載力離散性較大。通過采用注漿方法能確保樁側(cè)及樁周能和樁保持很好的接觸關(guān)系，減少土層不均勻的效應(yīng)，大大改善單樁承載力的離散。

3.2后壓漿施工工藝

3.2.1工藝流程

后壓漿工藝流程為：制作壓漿管→安裝壓漿管→檢查壓漿管質(zhì)量→灌注混凝土→打開壓漿管，并做注水試驗→配制水泥漿，樁側(cè)壓漿→配制水泥漿，樁底壓漿→養(yǎng)護。

3.2.2壓漿主要工藝

（1）注漿管的制作。采用車絲機在焊管的兩端車絲，每個車絲段的長度為50mm，車出來的絲應(yīng)平正圓滑，不得出現(xiàn)偏絲滑絲，若出現(xiàn)應(yīng)用切割機將該段切除后重新車絲。車絲后應(yīng)用生膠帶纏繞3～5圈，然后在一端安裝直通。安裝時應(yīng)用管鉗擰緊，防止在整個注漿管管道安裝過程中出現(xiàn)脫離或者是不封閉，導(dǎo)致漏漿現(xiàn)象的發(fā)生。同時根據(jù)實際孔深制作相應(yīng)的短節(jié)，短節(jié)的兩端按上述要求車絲。

（2）在下入鋼筋籠的同時對稱下入?25mm焊接管2根，注漿管采用絲扣連接，并使注漿管下端的射漿管插入樁底持力層20cm。

（3）射漿管下部沉淀管長60mm，加工成扁平狀，并封焊牢，以利其插入持力層，其上段步有梅花型?8mm@45mm的孔22個，外部裝有逆止閥層，經(jīng)地表清水試驗可在不大于0.7MPa時打開，射漿管下入孔內(nèi)，由于逆止閥的作用，孔內(nèi)泥漿、混凝土中水泥漿液不會逆向流入射漿管，注漿管不會被堵塞。但注漿時，當(dāng)壓力達到一定注漿壓力后，逆止閥層自行開啟，水泥漿順利注入地層。

（4）開閥。當(dāng)鉆孔灌注樁成樁48h后，向注漿管注入清水開閥，以清除射漿管逆止閥周圍混凝土中水泥漿液，防止封閉射漿管，確保以后壓漿能順利進行。開閥壓力約2MPa，穩(wěn)定壓力0.8～1.2MPa，整個開閥工作大約持續(xù)2～3min即可終止。

（5）注漿。①本工程鉆孔樁發(fā)布較密，全場注漿分數(shù)片進行，注漿基本上由邊緣向中心順序進行，中間注漿按間隔跳開施工，獨立單樁逐個進行；②每樁2根注漿管采取并聯(lián)注漿，注漿管上部均裝壓力表，注漿前先泵入清水400L，清洗注漿管及卵礫石混砂通道，然后采用3∶1、0.6∶1、0.5∶1三種水泥漿液，由稀到稠進行注漿，前2級各注400L，后分2次注800L，共注水泥量1500kg；③注漿時個別樁沿樁側(cè)冒漿，在注入前三級漿液后，如果冒漿尚未止住，則采取閉漿2h，然后再用0.5∶1漿液注漿，同時增加注漿量；④注漿后立即用清水替漿，清水量應(yīng)與地面輸液管容積相當(dāng)，以確保全部水泥漿液充分注入樁內(nèi)；⑤注漿結(jié)束，采取機械方法封堵注漿管閉漿，以防止?jié){液流失和擾動。

3.3施工質(zhì)量控制

灌漿壓力、灌漿量、灌漿速度、樁頂抬升量及其相互間關(guān)系是樁底壓力灌漿施工質(zhì)量控制的關(guān)鍵，應(yīng)根據(jù)樁底持力層的地質(zhì)情況合理選用壓力灌漿參數(shù)。

（1）灌漿壓力。根據(jù)試樁試驗的允許灌漿壓力來確定，與持力層的地質(zhì)情況有關(guān)，一般不應(yīng)大于3MPa。

（2）灌漿量。根據(jù)經(jīng)濟性與實效性相結(jié)合原則，一般每根樁樁底灌漿量以1800kg為限，不管壓力高低，達到此限應(yīng)停止灌漿。

（3）灌漿速度。為提高灌漿滲透分布的均勻性和有效性，灌漿量控制宜小不宜大，灌漿速度宜慢不宜快，一般按30L/min進行控制。

（4）施工過程中的壓力控制。灌漿壓力與持力層地質(zhì)情況、水泥漿液濃度有關(guān)，在施工中主要有“一次升壓法”和“分級分壓法”。一次升壓法適用于滲透性小的砂石層及粘性土層，在正常壓力下，水泥漿液注入速度緩慢，可以較快地提高灌漿壓力達到允許灌漿壓力；可較多地灌入水泥漿，避免一些細小的裂縫在較低的壓力下提前被水泥漿封閉，影響壓漿效果。分級分壓法適用于滲透性較大的卵石、礫石和砂石層等，在正常壓力下，水泥漿液很容易地壓入，說明持力層滲透性大，水泥漿液擴散范圍大，這時應(yīng)改用較低一級的壓力進行灌漿，當(dāng)注漿量逐漸減少時，再加一級壓力，逐級升至達到允許灌漿壓力。

（5）注漿控制標準、終止注漿條件：采用注漿壓力與注漿量雙控，以注漿量控制為主，注漿壓力控制為輔。

當(dāng)滿足下列條件之一時可終止注漿：

①注漿總量和注漿壓力均達到設(shè)計要求；

②注漿總量已達到設(shè)計值的75%，且注漿壓力超過設(shè)計值；

③當(dāng)注漿壓力長時間低于正常值或地面出現(xiàn)冒漿或周圍樁孔竄漿，應(yīng)改為間歇注漿，間歇時間宜為30～60min，或調(diào)低漿液水灰比。

后注漿施工過程中，應(yīng)經(jīng)常對后注漿的各項工藝參數(shù)進行檢查，發(fā)現(xiàn)異常應(yīng)采取相應(yīng)處理措施。當(dāng)注漿量等主要參數(shù)達不到設(shè)計值時，應(yīng)根據(jù)工程具體情況采取相應(yīng)措施。

3.4壓漿施工中出現(xiàn)的問題和相應(yīng)措施

（1）噴頭打不開。壓力達到10MPa以上仍然打不開壓漿噴頭，說明噴頭部位已經(jīng)損壞，不要強行增加壓力，可在另一根管中補足壓漿數(shù)量。

（2）出現(xiàn)冒漿。壓漿時常會發(fā)生水泥漿沿著樁側(cè)或在其他部位冒漿的現(xiàn)象，若水泥漿液是在其他樁或者地面上冒出，說明樁底已經(jīng)飽和，可以停止壓漿；若從本樁側(cè)壁冒漿，壓漿量也滿足或接近了設(shè)計要求，可以停止壓漿；若從本樁側(cè)壁冒漿且壓漿量較少，可將該壓漿管用清水或用壓力水沖洗干凈，等到第二天原來壓入的水泥漿液終凝固化、堵塞冒漿的毛細孔道時再重新壓漿。

（3）單樁壓漿量不足。壓漿時最好采用整個承臺群樁一次性壓漿，壓漿先施工周圈樁形成一個封閉圈，再施工中間，能保證中間樁位的壓漿質(zhì)量，若出現(xiàn)個別樁壓漿量達不到設(shè)計要求，可視情況加大臨近樁的壓漿量作為補充。

4　后壓漿效果分析

在靜載荷試驗過程中，選取3根做后壓漿對比試驗，先測試未注漿的試樁承載力，然后注漿，注漿結(jié)束20d后，再測試試樁注漿后的承載力。根據(jù)試驗結(jié)果對比分析，注漿前單樁豎向抗壓極限承載力最大加載量為8000kN，注漿后單樁豎向抗壓極限承載力最大加載量為11550kN，壓漿后單樁承載力提高了44.375%。試驗結(jié)果如下：

（1）同條件下未注漿單樁承載力檢測。按照設(shè)計條件在現(xiàn)場選取試樁3根，采用接近于單樁豎向抗壓的實際工作條件的試驗方法，向試樁逐級加荷，同時測得相應(yīng)的沉降量。試驗得出荷載與沉降的關(guān)系曲線，據(jù)之確定單樁的豎向抗壓承載力。

根據(jù)檢測數(shù)據(jù)繪制的Q-S、S-lgt、S-lgQ曲線圖，單樁豎向抗壓極限承載力根據(jù)《建筑基樁檢測技術(shù)規(guī)范》（JGJ106-2003）（檢測日期為2013年10月份）第4.4.2條綜合分析確定：B-1#試樁加載至8000kN時，樁的沉降量增大，Q-S曲線呈緩變型，單樁豎向抗壓極限承載力取s=40mm對應(yīng)的荷載值，即7110kN；C-1、D-1#2根試樁的豎向抗壓承載力均未達到極限，樁的豎向抗壓極限承載力均應(yīng)取最大試驗荷載值，即8000kN。

單樁豎向抗壓極限承載力統(tǒng)計值根據(jù)《建筑基樁檢測技術(shù)規(guī)范》（JGJ106-2003）第4.4.3條確定：根據(jù)4.4.3.1款3根試樁的單樁豎向抗壓極限承載力的平均值為7703kN，極差為890kN，不超過平均值（7703kN）的30%，故單樁豎向抗壓極限承載力統(tǒng)計值取平均值7703kN。

數(shù)據(jù)匯總?cè)绫?所示。

表1　數(shù)據(jù)匯總表

（2）注漿后單樁承載力檢測。按照設(shè)計條件在現(xiàn)場選取試驗樁8根（單一樁端注漿），采用接近于單樁豎向抗壓的實際工作條件的試驗方法，向試樁逐級加荷，同時測得相應(yīng)的沉降量。試驗得出荷載與沉降的關(guān)系曲線，據(jù)之確定單樁的豎向抗壓承載力。

根據(jù)檢測數(shù)據(jù)繪制的Q-S、S-lgt、S-lgQ曲線圖，單樁豎向抗壓極限承載力根據(jù)《建筑基樁檢測技術(shù)規(guī)范》（JGJ106-2003）第4.4.2條綜合分析確定：8根試樁的豎向抗壓承載力均未達到極限，樁的豎向抗壓極限承載力均應(yīng)取最大試驗荷載值，即11550kN。

單樁豎向抗壓極限承載力統(tǒng)計值根據(jù)《建筑基樁檢測技術(shù)規(guī)范》（JGJ106-2003）第4.4.3條確定：根據(jù)4.4.3.1款3根試樁的單樁豎向抗壓極限承載力的平均值為11550kN，極差為0kN，不超過平均值（11550kN）的30%，故單樁豎向抗壓極限承載力統(tǒng)計值取平均值11550kN。

數(shù)據(jù)匯總?cè)绫?所示。

表2　數(shù)據(jù)匯總表

5　結(jié)論

（1）本工程持力層為砂層，厚度較大，單樁承載力要求高，如采用傳統(tǒng)的擴徑、嵌巖等方法處理，很不經(jīng)濟合理。采用了樁端后壓漿技術(shù)，縮短了計劃工期，節(jié)約了資金，為整個項目的全面推進有非常重要的作用。

（2）采用樁底后壓漿技術(shù)，可改變樁底虛土結(jié)構(gòu)，根本性地解決普通灌注樁樁底沉渣虛土這一技術(shù)難題，對保證樁基工程質(zhì)量有重要意義，且施工設(shè)備簡單，適應(yīng)性強，在各種工程樁基中均可使用。

（3）樁底后壓漿技術(shù)能大幅度提高樁基承載力，有利于持力層的靈活選擇，可縮短樁長或減少樁基數(shù)量，降低施工難度，加快施工進度，技術(shù)經(jīng)濟效益十分顯著。施工時主要質(zhì)量控制技術(shù)參數(shù)易于觀測測量，有利于保證施工質(zhì)量。此外可利用灌漿管做超聲波檢測，能及時反饋樁基混凝土施工質(zhì)量狀況。

（4）本工程采用的注漿順序是先周邊后中間樁，中間成片的樁注漿時采用呈梅花狀間隔注漿的順序，可使樁底有效注漿量比較均勻，并在本工程范圍內(nèi)形成一個整體，這不但降低樁的沉降量，同時能進一步均勻地改善全場持力層的工程地質(zhì)特性，使微小的沉降也保持均勻。

［1］JGJ94-2008建筑樁基技術(shù)規(guī)范［S］.中國建筑工業(yè)出版社，2008.

［2］北京土木建筑學(xué)會.地基與基礎(chǔ)工程施工技術(shù)措施［M］.北京：經(jīng)濟科學(xué)出版社，2005.

［3］史佩棟.樁基工程手冊（樁和樁基礎(chǔ)手冊）［S］.北京：人民交通出版社，2008.

［4］趙錫山，趙晉.鉆孔灌注樁后注漿施工技術(shù)的原理及應(yīng)用［J］.西部探礦工程，2011（12）.

U443.15

A

1004-5716（2016）03-0192-04

2015-03-17

李恒寶（1971-），男（漢族），江蘇東海人，高級工程師，現(xiàn)從事巖土工程研究與技術(shù)質(zhì)量管理工作。