后注漿技術(shù)在某高架橋樁基優(yōu)化設(shè)計中的應(yīng)用

劉　剛，曹秋平

（中交鐵道設(shè)計研究總院有限公司 北京市 100088）

后注漿技術(shù)在某高架橋樁基優(yōu)化設(shè)計中的應(yīng)用

劉剛，曹秋平

（中交鐵道設(shè)計研究總院有限公司 北京市 100088）

針對某高架橋施工過程中的樁基成孔困難、突遇洪水浸泡引起孔口地面塌陷等問題，從地質(zhì)角度查找了形成原因。為了解決施工中遇到的問題，采用后注漿技術(shù)對樁基進行了優(yōu)化設(shè)計，使樁端和樁周的部分土體得到了加固，并依據(jù)地質(zhì)情況，縮減了部分樁長。經(jīng)靜載試驗與通車后觀測表明，灌注樁后注漿技術(shù)取得了良好的效果。

灌注樁；后注漿技術(shù)；優(yōu)化設(shè)計

自上世紀80年代以來，在道路橋梁、高層建筑等工程中，泥漿護壁鉆孔灌注樁得到了廣泛的應(yīng)用。但是這種成樁工藝自身也帶有先天的不足，比如樁周土受擾動變得松弛、樁周泥皮較厚、樁端沉渣不易控制等問題。灌注樁后注漿就是針對成樁工藝的先天缺點，而發(fā)展出來的一種技術(shù)，其可以改變樁土界面性質(zhì)，提高樁基承載能力，減小樁基沉降。這不僅為縮減樁基工程量、降低基礎(chǔ)造價增加了一種選擇；也為解決成孔困難、或孔壁大范圍松弛坍塌等問題，提供了一條思路。該技術(shù)目前已應(yīng)用于全國二十多個省市的數(shù)以千計的樁基工程中［1］，具有廣闊的發(fā)展前景。

1　工程特點

谷峪溝位于山西省五臺縣西部低中山區(qū)，是一條發(fā)育規(guī)模較大的近“V”字型黃土沖溝，走向為東—北東，溝谷狹窄，植被發(fā)育，兩側(cè)岸坡較陡，相對高差約為80m，溝谷的匯水面積較大，勘察期間溝內(nèi)無地表徑流。年平均降雨量為535.6mm，最大降水量約757.7mm，最小降水量約239.2mm。

谷峪溝4#高架橋沿溝展布，橋長約980m，共計29排墩，是山西某高速公路的重點控制性工程之一。橋址區(qū)地層主要為：第四系全新統(tǒng)沖、洪積粉質(zhì)黏土，含砂量較高，厚約4.5～6.0m；第四系上更新統(tǒng)風(fēng)積黃土，局部地段為Ⅱ級濕陷性黃土，層厚變化較大，約為2.0～12.3m；第四系中更新統(tǒng)沖、洪積粉質(zhì)黏土，本層為橋址區(qū)的主要地層，層厚較大，夾含范圍較廣的透鏡體狀礫石層，局部層厚較大；下伏基巖主要為早元古界滹沱群白云巖、千枚巖。基礎(chǔ)設(shè)計為端承摩擦樁，平均樁長約為50m。

2　樁基施工中的問題與地質(zhì)分析

樁基施工自春節(jié)后開始進場，為了盡可能好地保護周邊生態(tài)環(huán)境，減小對地表植被的破壞，根據(jù)前期基礎(chǔ)資料，施工工藝首先選用人工挖孔。

在人工挖孔過程中，發(fā)現(xiàn)地下水較勘察期豐富，雖然采取了人工降水措施，但是飽和的粉質(zhì)黏土層含沙量較高，抗剪強度較低，多呈軟塑狀，孔壁易發(fā)生坍塌，甚至出現(xiàn)流動性淤泥質(zhì)土。后改進護壁施做方法，將每節(jié)護壁的高度減小到30～50cm，并隨挖、隨驗、隨灌注混凝土，及時封閉，可是由于流動性淤泥層厚較大，效果并不理想，仍無法挖至設(shè)計標高，人工挖孔成孔困難，且具有較大的安全隱患。

將樁孔部分回填后，采用沖擊、旋挖等方式成孔。沖擊鉆成孔速度較慢，待鉆進深度超過沖擊鉆高度加一倍正常沖程后［7］，若改用正常沖擊速度鉆進，存在濕陷性黃土較易塌孔、擴孔現(xiàn)象嚴重等問題，調(diào)整泥漿比重后，也不能有效解決；若以較低沖擊速度鉆進，塌孔問題雖有緩解，卻會產(chǎn)生較厚的泥皮，不利于樁基側(cè)摩阻力的發(fā)揮；但是沖擊鉆可以有效穿透礫石層。旋挖鉆進速度較快，但是濕陷性黃土層提鉆時，由于活塞效應(yīng)而產(chǎn)生“負壓”，導(dǎo)致孔壁擾動較大，易產(chǎn)生縮徑或塌孔（92#墩6#樁曾因塌孔嚴重，致使鉆挖鉆頭被埋），后多次調(diào)整提鉆速度和泥漿比重后，情況略有緩解，但是在遇到礫石層時，進尺較為緩慢。

在樁基施工期間，一周之內(nèi)經(jīng)歷兩次大暴雨，導(dǎo)致谷峪溝內(nèi)洪水暴漲，沖毀淹沒部分工地，導(dǎo)致現(xiàn)場施工一度停滯。其中80#～89#墩位均被洪水沖淹與浸泡，已經(jīng)開挖樁孔的孔口地面，都有不同程度塌陷，最大塌陷深度近7m。在洪水浸泡的作用下，孔內(nèi)泥漿比重受到稀釋，并且孔壁含砂量較高的粉質(zhì)黏土和濕陷性黃土，均呈飽和狀態(tài)，土層重度增加，土質(zhì)軟化導(dǎo)致樁孔壁坍塌，引起孔口地面產(chǎn)生塌陷。由此可見，樁周土層的原有狀態(tài)被破壞，土層的物理力學(xué)指標都發(fā)生了較大的改變。

3　設(shè)計方案優(yōu)化

3.1后注漿處理機理

灌注樁后注漿技術(shù)是指在樁身混凝土強度達到設(shè)計要求后，利用注漿設(shè)備將水泥漿等能夠固化的漿液，通過預(yù)置于樁身的管路，壓入樁端或樁周的土層中，通過漿液的滲透、填充、劈裂、擠密等物理或化學(xué)形式的作用［4］，固化樁身泥皮及樁底沉渣，并加固樁端、樁周一定范圍內(nèi)的土體，從而提高樁基承載力。可見，針對樁周土層松弛、坍塌及沉渣過厚引起的承載力降低等問題，后注漿技術(shù)可以給予有效的改善。

3.2計算公式

后注漿單樁軸向受壓承載力容許值計算公式為：

式中：［Ra］為樁端后注漿灌注樁的單樁軸向受壓承載力容許值（kN），樁身自重與置換土重（當(dāng)自重計入浮力時，置換土重也計入浮力）的差值作為荷載考慮；βsi為第i層土的側(cè)阻力增強系數(shù)，在飽和土層中注漿時，僅對樁端以上8.0～12.0m范圍的樁側(cè)阻力進行增強修正；在非飽和土層中注漿時，僅對樁端以上4.0～5.0m的樁側(cè)阻力進行增強修正；對于非增強影響范圍，βsi=1.0；βp樁端阻力影響系數(shù)，依據(jù)樁端持力層情況取值［2］。

3.3優(yōu)化設(shè)計

依據(jù)橋址區(qū)實際地質(zhì)情況，樁周土層以飽和土層為主，應(yīng)對樁端以上8.0～12.0m范圍的樁側(cè)阻力進行增強，由于樁側(cè)土層以粉質(zhì)黏土和砂質(zhì)黃土層為主，土質(zhì)粒徑細小，故樁側(cè)增強范圍為自樁端以上12m范圍（依據(jù)文獻［6］中的分析，以及實際注漿過程中發(fā)生的地表冒漿等現(xiàn)象，實際加固范圍均大于自樁端以上12m）。

依據(jù)該橋的地勘報告，并結(jié)合現(xiàn)場情況，做出如下優(yōu)化設(shè)計：對于未開挖到礫石層透鏡體的樁基，如果礫石層厚度不低于4d（d為設(shè)計樁徑），則將樁端置于礫石層內(nèi)，進入礫石層深度為1d，并設(shè)計為樁端后注漿；對于不滿足上述條件的樁基，把樁端置于強風(fēng)化巖層中，嵌入深度為0.5m，并設(shè)計為樁端后注漿。經(jīng)過計算，上述設(shè)計均能滿足原單樁承載力設(shè)計要求。對于已經(jīng)灌注成樁，若孔口地面坍塌嚴重的樁基，則在承臺中心及承臺外側(cè)進行鉆孔注漿補強，鉆孔深度應(yīng)略大于原樁長［3］。

4　后注漿關(guān)鍵技術(shù)要求

（1）漿液水灰比：根據(jù)土質(zhì)滲透性和飽和度等確定水灰比。水灰比大則流動性強，適用于密實度較低、非飽和的土層，起填充作用；水灰比較小則漿液密度大，對沉渣、泥皮以及前期漿液具有脫水、擠密的作用［5］。結(jié)合谷峪溝的地質(zhì)特征，在飽和土層粉質(zhì)黏土層注漿，水灰比宜控制在0.5～0.7，現(xiàn)場可根據(jù)實際注漿流量、注漿壓力等因素調(diào)整。

（2）注漿壓力與終止壓力：注漿壓力與注漿流量一般成反比，在注漿流量不宜超過75L/min前提下，注漿正常壓力一般控制在1.0MPa左右；注漿終止壓力根據(jù)樁端土層密實程度、巖層的風(fēng)化程度和注漿點深度確定。對于強風(fēng)化巖層，注漿壓力為3.0～6.0MPa；對于中密～密實的飽和礫石土層，注漿壓力宜為1.5～5.0MPa。

（3）間歇注漿：在注漿過程中，當(dāng)出現(xiàn)地面冒漿、與周圍樁孔串漿，或注漿壓力長時間低于正常值等任何一種情況時，應(yīng)適當(dāng)調(diào)低水灰比，采取間歇注漿的方式，間歇時間為30～60min。

（4）注漿量：單樁注漿量的設(shè)計值，主要應(yīng)考慮樁徑、樁長、被加固范圍內(nèi)土層的性質(zhì)等因素，依據(jù)經(jīng)驗公式［2］計算，單樁注漿量在2.6～3.5t。

（5）終止注漿條件：注漿過程采用“雙控”的方法進行控制［1］，當(dāng)達到下列條件之一時，可終止注漿：注漿總量與注漿壓力均達到設(shè)計要求；注漿總量超過設(shè)計值的75%，且注漿壓力大于終止壓力。此外，樁頂面應(yīng)用千分表予以監(jiān)控量測，樁頂上抬不得超過3mm［8］。

5　效果驗證

多數(shù)樁基地表在樁身混凝土強度達到設(shè)計要求的條件下，在注漿完成20 d后，選取了代表性樁基進行單樁靜載試驗，根據(jù)荷載—沉降曲線分析，注漿樁承載力均滿足設(shè)計要求。目前該高速公路已經(jīng)通車運營近四年，工程質(zhì)量良好。

6　結(jié)語

（1）泥漿護壁成樁工法所帶來的較厚沉渣、泥皮和孔壁應(yīng)力松弛，是影響灌注樁承載力發(fā)揮的重要原因。灌注樁后注漿，漿液通過滲透、填充、劈裂、擠密等作用，可以加固樁端和樁周附近一定范圍內(nèi)的土體，提高樁基承載力、減小沉降。

（2）在遇到樁基成孔困難或孔壁大范圍松弛坍塌等情況，嚴重影響工程質(zhì)量時，可考慮采用后注漿技術(shù)，依據(jù)具體地質(zhì)資料，合理優(yōu)化樁基設(shè)計。

（3）后注漿技術(shù)理論研究充分，關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)、施工工藝及注漿設(shè)備都較為簡單，現(xiàn)場操作便于控制，注漿效果明顯，具有很大的推廣潛力。

［1］ 中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.JGJ94-2008建筑樁基技術(shù)規(guī)范［S］.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2008.

［2］ 中華人民共和國交通部.JTGD63-2007公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范［S］.北京：人民交通出版社，2007.

［3］ 中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.JGJ79-2012建筑地基處理技術(shù)規(guī)范［S］.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2012.

［4］ 龔維明，張浩文.樁端后壓漿技術(shù)在卵石層中的應(yīng)用研究［J］.中外公路，2008（1）：60-63.

［5］ 夏群.超高層建筑中鉆孔灌注樁后注漿技術(shù)分析及其應(yīng)用［J］.工程勘察，2012（11）：37-43.

［6］ 劉偉偉，巢斯.鉆孔灌注樁后注漿的分析和探討［J］.結(jié)構(gòu)工程師，2010，26（6）：84-88.

［7］ 段士清.圓礫夾層地層條件下鉆孔灌注樁成樁工藝［J］.山西建筑，2011，37（11）：65-66.

［8］ 戴國亮，龔維明.超長鉆孔灌注樁樁端后壓漿效果檢測［J］.巖土力學(xué)，2006，27（5）：849-852.

Application of Post Grouting Technique in Optimization Design of a Viaduct Pile Foundation

LIU Gang，CAO Qiu-ping
（CCCC Railway Consultants Group Co.，Ltd.，Beijing 100088，China）

In this thesis，geological reasons of the difficulty in the process of boring and the subsidence caused by sudden flood are analyzed.In order to solve the problems encountered in construction，post grouting technique is used for optimization design to bring about the strengthening of some soil at the bottom and around the pile，and according to the geological conditions，some piles are shortened.The static loading test and the measurement after open traffic show that the post grouting technique has obtained the good effect.

Bored pile；Post grouting technique；Optimization design

U443.15

B

1673-6052（2016）03-0008-03

10.15996/j.cnki.bfjt.2016.03.003