后壓漿灌注樁在天津超高層建筑基礎(chǔ)中的應(yīng)用分析

張 慧

(內(nèi)蒙古地質(zhì)礦產(chǎn)〈集團〉有限責(zé)任公司，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010011)

天津地區(qū)因其主要為粘土、粉質(zhì)粘土的地質(zhì)條件，鉆孔灌注樁多采用泥漿護壁成孔作業(yè)，該工藝存在的樁側(cè)泥皮厚、樁底沉渣厚等問題對樁基承載力與安定性的影響十分不利。雖然通過泥漿反循環(huán)護壁、二次清孔等施工技術(shù)手段能有所改善，但泥皮和沉渣依然不易控制。后壓漿技術(shù)是近年來發(fā)展的灌注樁改良工藝，通過后期高壓注漿，使樁側(cè)及樁端松軟土體得到加固，能有效改善普通灌注樁泥皮和沉渣厚的缺陷[1]，大幅度提高樁基承載力。該工藝操作簡便、效益大、成本低，廣泛應(yīng)用于天津等軟土地區(qū)超高層建筑樁基礎(chǔ)。

天津市津南區(qū)中海公園城一期G2地塊擬建物主要為26棟高度100 m的超高層住宅，對樁基礎(chǔ)承載力要求較大，后壓漿灌注樁的應(yīng)用不僅滿足了承載力要求，同時節(jié)約了樁基施工成本，取得了良好的經(jīng)濟效益。

1 后壓漿工藝原理

后壓漿技術(shù)是在灌注樁成樁后，通過預(yù)設(shè)于樁側(cè)或樁端的注漿管，后期加壓注入水泥漿，漿液通過滲透擴散、高壓劈裂、充填膠結(jié)和壓密固結(jié)等作用機理(見圖1)，有效地消除樁底沉渣和樁側(cè)泥皮的影響，增大了樁端承載力和樁側(cè)摩擦力，同時樁周土體強度增大，單樁極限承載力大幅提高，沉降量減少[2]。

圖1 后壓漿加固灌注樁機理示意

(1)滲透擴散機理：在土體較為松散、孔隙率較大時，為防止注漿壓力過大對土體擾動或破壞，注漿壓力應(yīng)相對較小，水泥漿通過滲透和擴散作用便可滲入土體孔隙或裂隙，與松散顆粒固結(jié)后形成較強的結(jié)合體。

(2)高壓劈裂機理：當(dāng)土體滲透阻力較大時，需要通過高壓注漿，使得水泥漿克服土體初始應(yīng)力，產(chǎn)生劈裂效應(yīng)，將土體原有孔隙或裂隙擴大并擴散，待固結(jié)后形成根狀結(jié)石，大幅提高樁體摩擦阻力[3]。

(3)充填膠結(jié)機理：在卵、礫、砂層，水泥漿作為膠結(jié)質(zhì)將顆?？障冻涮?，發(fā)生膠結(jié)反應(yīng)，使松散層剛性和強度大幅提高。使用樁端注漿時，樁底可形成明顯的“擴大頭”，承載力提高；使用樁側(cè)注漿時，樁徑顯著擴大，摩擦阻力增強[4-5]。

(4)壓密固結(jié)機理：通過高壓注入濃度較大的水泥漿，隨著土體的擠密和壓實，被加固區(qū)域形成燈泡形空間，周圍土體密度變大，同時由于漿液的擠壓作用而產(chǎn)生輻射狀上抬力，樁基承載能力顯著提升[6]。

2 工程概況

中海公園城項目位于天津市津南區(qū)八里臺鎮(zhèn)天嘉湖風(fēng)景區(qū)，本次擬建物包括26棟33層住宅樓，建筑高度100 m；1棟18層住宅樓，建筑高度56 m；2棟15層住宅樓，建筑高度47 m；多棟1層商業(yè)，建筑高度5.9 m；1棟1層垃圾運轉(zhuǎn)站；1棟1層11萬kV變電站。擬建住宅均擬采用框剪結(jié)構(gòu)，樁基礎(chǔ)；其他擬建物擬采用框架結(jié)構(gòu)。

擬建場地埋深75 m范圍內(nèi)均由粘性土、淤泥質(zhì)土、粉土、粉砂組成，鉆孔灌注樁施工中穿透淤泥質(zhì)土層時，易發(fā)生縮徑現(xiàn)象；穿透粉土、粉砂層時，易發(fā)生塌孔現(xiàn)象。

根據(jù)對33層住宅樓單樁豎向極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值的估算(表1)，結(jié)合本工程地質(zhì)條件和經(jīng)濟效益等因素，33層住宅樓抗壓樁均采用樁端后壓漿灌注樁，樁徑0.6 m，樁端進入持力層5深度≮1 m，樁長42 m，樁身砼強度為C40。

表1 33層住宅樓單樁豎向極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值估算

注：估算時按單一樁端后壓漿考慮，后壓漿側(cè)阻力增強系數(shù)對于粘性土取1.5，粉土取1.6，粉砂取1.7；端阻力增強系數(shù)對于粘性土取2.3，粉土取2.4，粉砂取2.6。

3 施工工藝

3.1 施工流程

后壓漿施工流程見圖2。

圖2 后壓漿施工流程

本工程采用單一樁端后壓漿法。

(1)制作鋼筋籠時，沿鋼筋籠圓周對稱預(yù)設(shè)2根DN25壓漿管與加強筋點焊或綁扎緊密。

(2)壓漿管的連接采用套管焊接，頂端設(shè)管螺紋、管箍及絲堵，下放完鋼筋籠后宜高出地面20 cm；底端設(shè)有螺紋，用以旋接單向截流閥，宜伸出鋼筋籠30～50 cm。

(3)待砼澆筑完成2 d后，通過3SNS型高壓注漿泵注入P.O42.5水泥漿，水灰比0.6，單樁摻入量1.5 t。

3.2 質(zhì)量把控

后壓漿質(zhì)量控制應(yīng)采用控制壓漿量和泵送壓力兩種手段，以控制水泥的注入量為主，以控制終止注漿的泵送壓力為輔。

(1)當(dāng)水泥壓入量達到設(shè)計值的70%，泵送壓力 >4.0 MPa時即可停止壓漿，泵送壓力過大，會造成水泥漿離析，管道堵塞，同時壓力過大會擾動樁端土體，可能導(dǎo)致樁體上浮。

(2)當(dāng)水泥壓入量達到設(shè)計值的70%，泵送壓力不足預(yù)定壓力的70%時，應(yīng)調(diào)低水灰比，并改為間歇注漿，間歇時間30～60 min，繼續(xù)壓漿至滿足預(yù)定壓力。

(3)當(dāng)水泥漿從地面或者其他樁體冒出時，表明樁端已經(jīng)飽和，可停止注漿。

(4)承臺群樁最好一次性注漿，先注入周圈樁體形成一個封閉圈，再注入中間樁體，這樣能減少“串孔”現(xiàn)象，提高注漿質(zhì)量[7]。

4 靜荷載試驗分析

后壓漿提高鉆孔灌注樁承載力，已經(jīng)有很多研究成果。夏群[8]對上海閔行區(qū)某商業(yè)中心工程直徑900 mm、樁長48.5 m的鉆孔灌注樁按未注漿、樁側(cè)注漿、樁端注漿的方式對比試驗，單樁費用增加2000～5000元，其承載力提高了80%～164%。高文生[9]通過單樁模型試驗研究，認(rèn)為持力層巖性不同，通過后注漿所能提高的承載力不同，持力層為粉土層時極限承載力能提高20%～40%。李繼廣等[10]在某筒倉工程中進行了普通灌注樁、樁端后壓漿灌注樁、樁端樁側(cè)聯(lián)合注漿灌注樁3種樁型的施工，并通過JCQ503C 靜力載荷測試系統(tǒng)對比分析表明，軟土地區(qū)樁端后壓漿灌注樁提高單樁豎向承載力67%左右，樁端樁側(cè)聯(lián)合注漿灌注樁承載力更是提高了76%，變相節(jié)約了成本。后壓漿工藝在中鋼天津響螺灣工程的應(yīng)用也取得了較好的效果，有效地提高了鉆孔灌注樁的單樁承載力[11]。由此可見，在鉆孔灌注樁的基礎(chǔ)上，后壓漿技術(shù)作為補強樁體的一種工藝，在天津軟土地區(qū)中的應(yīng)用能產(chǎn)生較大的經(jīng)濟效益。

為探討本工程后壓漿的必要性，在18號樓附近做場外試樁并做靜荷載試驗。根據(jù)試驗結(jié)果，未注漿的42 m樁長的試樁豎向極限承載力低于標(biāo)準(zhǔn)值估算值，且在達到4000 kN前樁頂便有較大沉降，不能滿足設(shè)計安全等級。后壓漿灌注樁則在承載力達到5200 kN時樁頂依然未產(chǎn)生明顯沉降，承載力提高了約37%(見表2)，而單樁成本費用只增加了20.5%(見表3)。同時相對于同樣能達到設(shè)計要求的48 m樁長的普通灌注樁(樁徑700 mm)，經(jīng)濟成本更低，單樁費用節(jié)省了3687.1元(見表3)。經(jīng)對比，后壓漿鉆孔灌注樁效益更大。

表2 場外試樁靜荷載試驗結(jié)果

注：33層住宅上部結(jié)構(gòu)每層荷載均按16 kPa考慮，地下室自重按30 kPa考慮，地下水位按埋深1.00 m慮，等效基礎(chǔ)按64 m×12 m計算，樁基礎(chǔ)按126根考慮，單樁承載力特征值為2000 kN可滿足設(shè)計要求，安全系數(shù)取2。

表3 試樁單樁費用對比

注：主材及施工費均按天津市近年來市場行情計算。參考價：鋼材4195.75元/t，C40砼458元/m3，袋裝水泥454.4元/t，潛水鉆機成孔283元/m3，鋼筋加工796元/t，灌注砼57元/m3，后壓漿905元/t，泥漿84元/m3。

5 結(jié)語

鉆孔灌注樁是高層建筑基礎(chǔ)的普遍之選，隨著建筑高度的增加，樁身長度和樁徑的選擇也不斷加大，然而樁底沉渣和樁側(cè)泥皮厚的問題更加難以控制。后壓漿技術(shù)不僅可以后期改善沉渣和泥皮的缺陷，還能較大幅度提高樁體承載力，根據(jù)實例分析，天津軟土地區(qū)可通過單一樁端后壓漿提高樁身承載力20%～40%，可以減小設(shè)計樁長及樁徑，獲得更好的經(jīng)濟效益，節(jié)約基礎(chǔ)施工成本，而且工藝簡便，具有廣闊的發(fā)展前景。

后壓漿技術(shù)作為一種補強灌注樁的工藝手段，施工時應(yīng)嚴(yán)格按照工藝流程埋設(shè)注漿管并根據(jù)既定的注漿參數(shù)進行注漿，嚴(yán)格控制注漿量和泵送壓力，才能達到預(yù)期承載力效果。

參考文獻：

[1] 胡勝華,張所邦,韓朝,等.灌注樁后壓漿技術(shù)的工程實踐[J].探礦工程(巖土鉆掘工程),2014,41(12):71-74.

[2] 鄭愛榮.鉆孔灌注樁后注漿技術(shù)[J].中國港灣建設(shè),2008，(6):46-49.

[3] 鄭楷.北京市某超高層建筑基礎(chǔ)灌注樁后壓漿技術(shù)的研究與應(yīng)用[D].吉林長春:吉林大學(xué),2013.

[4] 張志偉.灌注樁后壓漿技術(shù)的理論分析與實踐[D].吉林長春:吉林大學(xué),2004.

[5] 孟寶華,鄧宇,徐俊.旋挖成孔灌注樁后注漿工藝在成都京東方樁基工程中的應(yīng)用[J].探礦工程(巖土鉆掘工程),2016,43(11):84-87.

[6] 陳愈烔.壓密和劈裂灌漿加固地基的原理和方法[J].巖土工程學(xué)報,1994，(2):22-25.

[7] 駱正榮.后注漿灌注樁基礎(chǔ)在500kV撫紅線的應(yīng)用[J].電網(wǎng)技術(shù),2016,(10):50-57.

[8] 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.

[9] 高文生.后壓漿灌注樁單樁模型試驗的研究[J].建筑科學(xué),1998，(5):23-26.

[10] 李繼廣，劉彥祥.后注漿技術(shù)提高鉆孔灌注樁承載力的分析[J].水道港口,2010，(1):66-68.

[11] 張淑娟,李洪廠.中鋼天津響螺灣工程后壓漿鉆孔灌注樁施工技術(shù)[J].探礦工程(巖土鉆掘工程),2014,41(3):68-72,79.