泥漿護(hù)壁成孔灌注樁后注漿技術(shù)正確應(yīng)用研究

焦文秀

(天津市第二地質(zhì)勘探大隊(duì)，天津 300191)

0 引言

傳統(tǒng)灌注樁雖有諸多優(yōu)點(diǎn)，但由于其采用泥漿護(hù)壁成孔的施工工藝，造成了孔底沉渣、樁側(cè)泥皮、樁周土體強(qiáng)度降低等缺陷，使樁端、樁側(cè)阻力不能充分發(fā)揮。后注漿技術(shù)不但保留了傳統(tǒng)鉆孔灌注樁的各項(xiàng)優(yōu)點(diǎn)，還彌補(bǔ)了其施工工藝造成的缺陷和不足[1]；后注漿能夠有效地提高灌注樁的承載性能，降低建筑物、構(gòu)筑物的沉降量，這幾乎是所有從事樁基設(shè)計(jì)、施工及檢測人員的共識(shí)。樁底樁側(cè)后注漿技術(shù)的發(fā)明應(yīng)用，是提升泥漿護(hù)壁灌注樁質(zhì)量的一次革命，使灌注樁質(zhì)量的可靠性大大提升，延伸、煥發(fā)了傳統(tǒng)泥漿護(hù)壁成孔灌注樁新的生命力，使其具有更廣闊的應(yīng)用前景。

天津地區(qū)泥漿護(hù)壁成孔灌注樁后注漿技術(shù)應(yīng)用非常廣泛，從20世紀(jì)90年代初的今晚報(bào)大廈到近年來的津塔寫字樓、周大福金融中心、117大廈等為代表的絕大部分高層、超高層建筑的樁基礎(chǔ)都采用了樁底或樁底樁側(cè)后注漿技術(shù)。后注漿灌注樁的最大深度達(dá)到了120 m(117大廈試樁最大孔深120.6 m)[2]，注漿樁孔徑范圍600～1000 mm。

后注漿技術(shù)雖然應(yīng)用廣泛，總體效果也使灌注樁的承載力都有所提高，但提高的幅度卻缺乏相關(guān)一致性，離散性較大。即使是同一場區(qū)工程地質(zhì)條件相對穩(wěn)定，樁型相同，而施工隊(duì)伍不同其后注漿技術(shù)應(yīng)用產(chǎn)生的效果也不盡相同。天津地區(qū)后注漿技術(shù)應(yīng)用，多采用樁底后注漿，采用樁底樁側(cè)復(fù)式注漿的工程較少。近年來掌握的數(shù)據(jù)表明樁底后注漿對承載力的提高幅度在22%～40%。

1 后注漿技術(shù)對泥漿護(hù)壁灌注樁的作用機(jī)理

泥漿護(hù)壁成孔灌注樁，無論其采用何種成孔工藝(沖擊、回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)還是旋挖成孔)，其孔底都不可避免地留存殘?jiān)虺劣?，在孔壁形成一定厚度的護(hù)壁泥漿膜。后注漿技術(shù)是在灌注樁成孔后下放安置的鋼筋籠上設(shè)置樁底或樁底樁側(cè)復(fù)式壓漿裝置，在灌注混凝土成樁達(dá)到一定強(qiáng)度后，利用注漿泵將漿液輸送到樁底或樁側(cè)。

漿液壓入樁底，對樁底附近的樁周土層起到滲透、填充、壓密和固化作用，從而提高樁承載力的效果。其機(jī)理即在樁身形成一定強(qiáng)度后，將漿液注入樁底，則漿液會(huì)優(yōu)先滲入到較疏松的樁端沉渣，與其結(jié)合形成凝結(jié)塊，在注漿點(diǎn)會(huì)集中形成球泡，以此擠密周圍土層，當(dāng)注漿量和注漿壓力達(dá)到一定數(shù)值，就會(huì)在土層中產(chǎn)生劈裂縫，漿液沿劈裂面進(jìn)入土體或沿樁身周邊上返形成梨形擴(kuò)大頭從而消除樁端沉渣負(fù)作用。樁側(cè)注漿后，漿液將充填樁身與樁周土體之間的空隙，通過對泥皮和土體的擠密作用，加強(qiáng)土體與樁身的粘結(jié)力，提高樁的摩阻力。當(dāng)漿液壓力超過周圍土體的孔隙水壓力時(shí)，就會(huì)向樁周土體滲透，滲透作用除了擠密和沖破泥皮以外，還可以使樁側(cè)土體與樁身成為整體，漿液硬化后在樁身形成楔體，增大了樁側(cè)摩阻力，這種情況還相當(dāng)于變相增大灌注樁的樁徑。

無論是樁底還是樁側(cè)，漿液將通過滲入、壓密或劈裂的方式產(chǎn)生充填膠結(jié)、加筋、固化等物理化學(xué)反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)對土體的加固，最終實(shí)現(xiàn)樁體與土體之間的增強(qiáng)結(jié)合，大幅提高樁的承載能力，降低樁基礎(chǔ)的沉降[3-6]。

2 后注漿技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀(以天津地區(qū)為例)

天津地區(qū)(除薊縣外)軟土發(fā)育覆蓋層厚，后注漿技術(shù)應(yīng)用產(chǎn)生的樁基質(zhì)量提升和經(jīng)濟(jì)效益都非常明顯，特別是降低減緩建筑物沉降的效果非常明顯，故應(yīng)用前景非常廣泛。20世紀(jì)90年代，后注漿技術(shù)屬中科院地基所專利保護(hù)技術(shù)，雖應(yīng)用有限，但實(shí)施操作比較規(guī)范。近年來特別是《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》(JGJ 94-2008)將灌注樁后注漿技術(shù)編入規(guī)范后，泥漿護(hù)壁灌注樁后注漿技術(shù)得到了普遍應(yīng)用，天津地區(qū)多數(shù)后注漿樁基工程只采用樁端后注漿技術(shù)，少數(shù)樁長>50 m的深樁采用了樁底+樁側(cè)后注漿技術(shù)。但實(shí)施操作的水平和取得的效果差別較大。目前影響后注漿效果的主要問題有：

(1)后注漿技術(shù)實(shí)施主體沒有資質(zhì)要求；

(2)灌注樁成孔、成樁質(zhì)量有缺陷：垂直度誤差大、局部縮徑、樁孔超深、樁體混凝土離析不密實(shí)等；

(3)注漿開啟時(shí)間早，注漿量不足；

(4)對后注漿技術(shù)作用機(jī)理理解不透徹，關(guān)鍵工序或關(guān)鍵部件加工制作不符合要求。

3 注漿技術(shù)正確應(yīng)用研究

3.1 明確后注漿技術(shù)實(shí)施主體的資格要求

各領(lǐng)域都有從業(yè)資格要求，后注漿技術(shù)的應(yīng)用實(shí)施也不應(yīng)該例外。一項(xiàng)好的技術(shù)發(fā)明應(yīng)用，只有在行家手里才能發(fā)揚(yáng)光大。否則，應(yīng)用效果會(huì)大打折扣，還可能會(huì)帶來極大的隱患甚至最終導(dǎo)致這項(xiàng)技術(shù)的夭折(干法水泥攪拌樁——粉噴樁施工技術(shù)在天津的夭折即如此)。

3.2 提高泥漿護(hù)壁成孔、成樁質(zhì)量

盡管后注漿技術(shù)是傳統(tǒng)灌注樁天然缺陷的克星，但取得良好效果的前提是泥漿護(hù)壁灌注樁成孔成樁質(zhì)量必須滿足規(guī)范或設(shè)計(jì)要求。否則，后注漿技術(shù)應(yīng)用也難以取得預(yù)期效果。

3.2.1 成孔垂直度

成孔垂直度不滿足要求，下放鋼筋籠過程易遇阻甚至安置不到位，附著在鋼筋籠上的注漿裝置可能被損壞或注漿閥接觸不到孔底，這種情況下注漿起不到應(yīng)有的作用。

3.2.2 孔徑

天津地區(qū)絕大部分區(qū)域都是軟土區(qū)域且覆蓋層厚，泥漿護(hù)壁灌注樁成孔局部縮徑現(xiàn)象較為常見。產(chǎn)生縮徑，下放鋼筋籠必然遇阻，附著在鋼筋籠上的注漿裝置可能被損壞。注漿閥被損壞，注漿技術(shù)運(yùn)用即失效。

3.2.3 孔深

雖然《建筑地基基礎(chǔ)施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》(GB 50202-2002)表5.6.4-2混凝土灌注樁質(zhì)量檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)主控項(xiàng)目孔深允許偏差或允許值規(guī)定為+300[7]，但是對于運(yùn)用樁底后注漿技術(shù)的灌注樁卻不能允許。應(yīng)嚴(yán)格控制成孔深度，嚴(yán)禁超深。如樁孔超深，鋼筋籠下不到孔底，其底端的注漿閥將會(huì)被澆筑在樁體混凝土中，注漿時(shí)，注漿閥可能不能開啟，即使開啟，也不能保證對孔底沉渣進(jìn)行有效加固。

3.2.4 灌注混凝土成樁

樁孔灌注過程，要充分掌握和利用導(dǎo)管內(nèi)混凝土與導(dǎo)管外孔內(nèi)泥漿產(chǎn)生的壓差，靠混凝土自重沿導(dǎo)管內(nèi)壁自然流動(dòng)，由孔底沿孔壁與導(dǎo)管外壁的環(huán)形空間上返至孔口。灌注過程中，盡量減少導(dǎo)管上下竄動(dòng)次數(shù)，減小因竄動(dòng)導(dǎo)管使混凝土產(chǎn)生離析，確保樁體混凝土的密實(shí)度。如樁體混凝土離析，注漿時(shí)漿液會(huì)沿樁體內(nèi)孔隙上返至孔口，起不到注漿預(yù)期的效果

3.3 注漿管焊接質(zhì)量

一節(jié)鋼筋籠的注漿管采用絲扣連接，但二節(jié)及其以上，在孔口需要焊接。如焊接質(zhì)量不滿足要求，焊縫不嚴(yán)密，注漿液將沿焊接縫、漏洞、砂眼兒溢出，從而使得漿液到達(dá)不了孔底或到達(dá)孔底后壓力嚴(yán)重不足，注漿技術(shù)運(yùn)用的效果也將大打折扣。

3.4 注漿閥

目前注漿閥多為現(xiàn)場加工，制作較為粗糙，出漿孔孔徑大小隨意，外包裹的單向逆止材料也各不相同。有用透明膠帶包裹，根本起不到保護(hù)的作用。最簡單的是在注漿閥外用寬度5 cm左右的自行車內(nèi)胎以“一層壓一層”的形式緊密纏繞一層或二層，收尾端活頭部分用卡箍鎖死。然后在胎膠外側(cè)再纏繞多層絕緣防水膠布。確保注漿閥在輕微碰撞剮蹭情況下不被破壞且能有效逆止。

3.5 開始注漿時(shí)間

《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》(JGJ 94-2008)第6.7.5第1條：注漿作業(yè)宜于成樁2 d后開始；不宜遲于30 d后[8]。實(shí)際上，注漿時(shí)間早，樁體混凝土強(qiáng)度低，在周邊樁孔施工對地層擾動(dòng)嚴(yán)重的狀態(tài)下，極易發(fā)生注漿液沿樁體內(nèi)部孔隙、鋼筋及注漿管壁上返且易發(fā)生注漿液串入相鄰樁孔甚至串入正在施工的循環(huán)泥漿中，產(chǎn)生注漿量滿足設(shè)計(jì)要求的假象。根據(jù)多個(gè)注漿樁基工程的總結(jié)：最早注漿時(shí)間宜在成樁7 d后開始。樁體混凝土在環(huán)境溫度11～16 ℃(華北地區(qū))[9]，7 d后其強(qiáng)度應(yīng)該在設(shè)計(jì)強(qiáng)度的30%～50%，此時(shí)開始注漿，方能保證漿液有效以滲入、壓密或劈裂的方式對樁底、樁側(cè)土體產(chǎn)生充填膠結(jié)、加筋、固化等物理化學(xué)反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)對土體的加固。

3.6 注漿泵

目前后注漿使用的注漿泵絕大多數(shù)泵壓和流量是固定的，不可調(diào)控的，應(yīng)該選用可調(diào)可控的更合理。這樣根據(jù)地層情況及注漿量情況適當(dāng)調(diào)整壓力和流量，針對性更強(qiáng)，效果會(huì)更好。

3.7 注漿量

注漿量根據(jù)《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》(JGJ 94-2008)第6.7.4第4條要求確定。在注漿過程中兩根注漿管的注漿量要適當(dāng)分配，單根注漿管的注漿量不應(yīng)大于設(shè)計(jì)注漿量的75%，應(yīng)雙側(cè)對稱注漿，效果最好。

3.8 注漿過程監(jiān)控

注漿過程應(yīng)全程監(jiān)控。先進(jìn)的技術(shù)，正確應(yīng)用才能取得預(yù)期的效果。原材料(水泥)質(zhì)量采取“雙控”，數(shù)量登記臺(tái)賬。注漿壓力、注漿流量、注漿量嚴(yán)格執(zhí)行設(shè)計(jì)、規(guī)范要求，特別是注漿量。杜絕偷工減料，虛假注漿。

4 結(jié)語

泥漿護(hù)壁成孔灌注樁后注漿技術(shù)是一項(xiàng)針對性、實(shí)用性、可操作性非常強(qiáng)的技術(shù)。它使得傳統(tǒng)的灌注樁質(zhì)量的可靠性大大提升，可以創(chuàng)造非?？捎^的經(jīng)濟(jì)效益，只有正確運(yùn)用，才能體現(xiàn)它的價(jià)值。只有保證傳統(tǒng)灌注樁的成孔、成樁質(zhì)量，嚴(yán)格工序質(zhì)量管控才能保證后注漿技術(shù)的應(yīng)用效果。天津地區(qū)泥漿護(hù)壁灌注樁應(yīng)用后注漿技術(shù)非常多，尤其是樁底后注漿技術(shù)應(yīng)用。但是，總體應(yīng)用水平、操作實(shí)施的規(guī)范性方面不太理想。如果應(yīng)用得當(dāng)，處理后的效果應(yīng)該會(huì)更有保障。單純承載力提升方面應(yīng)該至少在30%以上。