后注漿施工技術(shù)在提高單樁豎向承載力的試驗(yàn)研究
——以中海油珠海天然氣發(fā)電發(fā)電有限公司熱電聯(lián)產(chǎn)項(xiàng)目樁基礎(chǔ)工程為例

吳 華

（廣東省地質(zhì)災(zāi)害應(yīng)急搶險(xiǎn)技術(shù)中心，廣東廣州 510000）

1 工程概況

擬建珠海高欄港經(jīng)濟(jì)區(qū)2×390MW級(jí)熱電聯(lián)產(chǎn)項(xiàng)目位于高欄港經(jīng)濟(jì)區(qū)北部，本工程所有建筑物基礎(chǔ)考慮采用沖鉆孔灌注樁，樁徑為?1000mm。為給本工程樁基設(shè)計(jì)提供合理、準(zhǔn)確的設(shè)計(jì)參數(shù)取值，確定合適的成樁工藝和施工機(jī)具及施工質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)，并在充分利用樁承載力的情況下，節(jié)省工程費(fèi)用及縮短施工工期，以確保建筑物的安全，對(duì)本工程的沖孔灌注樁進(jìn)行了綜合試樁。本次試驗(yàn)選取3根?1000mm（樁號(hào)分別為：1#、2#、3#，對(duì)應(yīng)鉆孔號(hào)分別為：DK05，CS03+1，DK07）普通沖孔灌注樁和2根?1000mm（樁號(hào)分別為4#、5#，對(duì)應(yīng)鉆孔號(hào)分別為CS03，DK05+1）后注漿沖孔灌注樁，試樁場(chǎng)地選在廠(chǎng)址巖土工程條件具有代表性的地段，且考慮到試樁位置要結(jié)合汽機(jī)房、鍋爐及煙囪等重要建筑物，并盡量避開(kāi)建筑物基礎(chǔ)。2種類(lèi)型的樁預(yù)估單樁豎向抗壓承載力特征值為5000kN，單樁水平承載力特征值為200kN。本次試驗(yàn)采用對(duì)比的方式，檢驗(yàn)了后壓漿灌注樁注漿后對(duì)樁基承載力的影響。

2 設(shè)計(jì)概況

（1）樁點(diǎn)布置：本次試驗(yàn)共選5根試樁，試樁點(diǎn)分別對(duì)應(yīng)地質(zhì)鉆孔 S1(DK05)、S2(CS03+1)、S3(DK07)、S4(CS03)和S5(DK05+1)的位置；

（2）試樁設(shè)計(jì)樁徑?1000mm，全部為端承摩擦樁；

（3）樁端持力層為強(qiáng)風(fēng)化花崗巖，樁端要求鉆入樁端持力層6～10m（普通沖孔灌注樁進(jìn)入強(qiáng)風(fēng)化花崗巖10m，后注漿沖孔灌注樁進(jìn)入強(qiáng)風(fēng)化花崗巖6m），單樁長(zhǎng)度約50m；

（4）試樁采用商品混凝土，強(qiáng)度等級(jí)為C35；

（5）樁底后注漿灌注樁技術(shù)要求：

①注漿管采用2根?32mm，壁厚3.5mm，內(nèi)徑25mm焊接（或無(wú)縫）鋼管，對(duì)稱(chēng)布置在鋼筋籠內(nèi)側(cè)，隨鋼筋籠一起下入孔底，每根注漿管下部設(shè)400～500mm花管，出漿孔直徑?8mm。

②為避免灌注樁在清孔和混凝土澆筑過(guò)程中泥漿、水泥漿等滲入注漿管后固結(jié)造成堵塞注漿管，一般在樁身砼澆注后7～24h內(nèi)用清水對(duì)注漿管進(jìn)行清洗。

③壓漿水泥為普通P.O42.5R水泥，水灰比0.6，進(jìn)行后壓漿時(shí)，注漿流量不應(yīng)超過(guò)50L/min。正常注漿壓力1.5～2MPa，終止壓力2.5MPa。

④注漿量理論計(jì)算公式為Gc=(1.5～1.8)d，實(shí)際注漿量應(yīng)由施工單位根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)自行確定。

⑤以上后注漿技術(shù)要求僅供參考，施工單位應(yīng)根據(jù)本工程的地質(zhì)情況、樁長(zhǎng)、樁徑及工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)自行確定施工技術(shù)參數(shù)。

3 地質(zhì)條件

根據(jù)鉆孔資料揭露，場(chǎng)地第四系覆蓋土層主要有人工填土、海積淤泥、淤泥質(zhì)土、粉質(zhì)粘土和砂土層以及殘積砂質(zhì)粘性土，下伏基巖為燕山期花崗巖。

巖層性質(zhì)自上而下描述如下：

①填石（地層編號(hào)①）：褐黃，灰色，主要成分為花崗巖或砂巖碎、塊石，粒徑一般10～20cm，次棱角狀，粒徑大小不均，個(gè)別塊石塊徑大于50cm，局部含少量粘性土，密實(shí)度均勻性差，為新近推填，呈濕，松散狀，人工成因。

②淤泥質(zhì)土（地層編號(hào)③）：深灰色，含有機(jī)質(zhì)，含少量粉砂顆粒，粘性好，局部混貝殼碎片或夾粉砂薄層，味微臭，呈飽和，流塑狀，海積成因。

③粘土（地層編號(hào)④）：褐黃，灰黃色，含少量粉細(xì)砂顆粒，干強(qiáng)度較高，粘性較好，呈濕，可塑狀，局部軟塑、硬塑狀，海積成因。

④淤泥質(zhì)土（地層編號(hào)⑤）：深灰色，含少量粉細(xì)砂顆粒，粘性好，局部混貝殼碎片，部分地段夾粉細(xì)砂薄層或腐木，含有機(jī)質(zhì)，味微臭，呈飽和，流塑狀，海積成因。

⑤粘土（地層編號(hào)⑥）：棕紅色，灰色，含粉細(xì)砂顆粒，粘性好，部分地段夾粉細(xì)砂薄層或腐木，呈很濕—濕，軟塑—可塑，局部地段硬塑狀，海積成因。本層中夾有細(xì)砂（地層編號(hào)⑥1）及粗砂（地層編號(hào)⑥2）等亞層，分述如下：

細(xì)砂（地層編號(hào)⑥1）：灰白，灰色，主要礦物成分為石英，含少量粘性土，顆粒較均勻，級(jí)配不良，局部夾粘土薄層，呈飽和，稍密—中密，局部密實(shí)狀，海積成因。

粗砂（地層編號(hào)⑥2）：灰、灰白色，主要礦物成分為石英，含少量粘性土，顆粒較均勻，級(jí)配不良，呈飽和，中密，局部地段密實(shí)狀，海積成因。

⑥砂質(zhì)粘性土（地層編號(hào)⑩）：棕紅色，褐黃色，含多量石英砂顆粒，粘性較差，遇水易軟化，崩解，呈稍濕，硬塑狀，殘積成因。

⑦花崗巖（地層編號(hào)?）：場(chǎng)地下伏基巖主要為燕山期花崗巖，根據(jù)鉆孔的勘探深度內(nèi)，按其風(fēng)化程度分為全風(fēng)化、強(qiáng)風(fēng)化2個(gè)等級(jí)：

全風(fēng)化花崗巖（地層編號(hào)?1）：灰白、褐黃色，原巖礦物成分除石英外已全部風(fēng)化為粘土礦物，略顯原巖組織結(jié)構(gòu)，巖芯多呈土柱狀，遇水易軟化、崩解。

強(qiáng)風(fēng)化花崗巖（地層編號(hào)?2）：灰白、褐黃色，原巖礦物成分除石英外已大部分風(fēng)化為次生礦物，可見(jiàn)原巖組織結(jié)構(gòu)，巖芯多呈土柱狀，局部呈半巖半土狀，遇水易軟化、崩解，本層在場(chǎng)地大部分鉆孔中均有揭露，水平連續(xù)性較好，層厚較厚，本次勘測(cè)未揭穿此層，層頂標(biāo)高-46.62～-34.70m，標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)擊數(shù)均大于50擊。

場(chǎng)地基巖面埋深很深，個(gè)別鉆孔在鉆進(jìn)深度達(dá)83m處仍未遇到基巖，本次勘測(cè)未揭露中等風(fēng)化及微風(fēng)化花崗巖。

4 施工工藝

4.1 作用機(jī)理

灌注樁成樁后一定時(shí)間，通過(guò)預(yù)設(shè)于樁身內(nèi)的注漿管及與之相連的樁端、樁側(cè)注漿閥注入水泥漿，使樁端、樁側(cè)土體（包括沉渣和泥皮）得到一定程度的加固，從而提高單樁承載力，減小沉降。

作用機(jī)理如下：

①固化沉渣，使水泥土的強(qiáng)度大幅提高；

②由于高壓作用，樁底、樁側(cè)土體得到密實(shí)；

③滲透和劈裂作用提高了樁底、樁側(cè)土體強(qiáng)度；

④形成一個(gè)擴(kuò)大頭，提高承載力，減少沉降；

⑤消除泥皮，提高樁側(cè)摩阻力。

4.2 工藝流程

后注漿施工工藝流程圖詳見(jiàn)圖1。

圖1 后注漿施工工藝流程圖

5 現(xiàn)場(chǎng)施工情況

S1#(DK05)試驗(yàn)樁：4月25日開(kāi)孔，4月30日終孔，5月2日完成水下砼澆灌，鉆孔深度49.1m，混凝土理論用量 37.9m3，實(shí)際用量51m3。

S2#(CS03+1)試驗(yàn)樁：4月24日開(kāi)孔，4月30日終孔，5月1日完成水下砼澆灌，鉆孔深度48.25m，混凝土理論用量37.2m3，實(shí)際用量49m3。

S3#(DK07)試驗(yàn)樁：4月27日開(kāi)孔，5月2日終孔，5月2日完成水下砼澆灌，鉆孔深度50.36m，混凝土理論用量38.9m3，實(shí)際用量 48m3。

S4#(CS03)試驗(yàn)樁：5月5日開(kāi)孔，5月7日終孔，5月8日完成水下砼澆灌，鉆孔深度48.42m，混凝土理論用量37.2m3，實(shí)際用量48m3，5月10日完成后壓漿施工，注漿水泥用量1.9t。

S5#(DK05+1)試驗(yàn)樁：5月5日開(kāi)孔，5月7日終孔，5月8日完成水下砼澆灌鉆孔深度45.64m，混凝土理論用量35.1m3，實(shí)際用量49m3。5月10日完成后壓漿施工，注漿水泥用量2.1t。

6 試驗(yàn)結(jié)果匯總及分析

6.1 單樁豎向抗壓靜載荷試驗(yàn)

單樁豎向抗壓靜載荷試驗(yàn)采用慢速維持荷載法，根據(jù)Q-s曲線(xiàn)和s-lgt曲線(xiàn)分析計(jì)算，5根試驗(yàn)樁的試驗(yàn)結(jié)果匯總見(jiàn)表1。

表1 單樁抗壓試驗(yàn)結(jié)果匯總表

根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果匯總表分析可知，在進(jìn)入強(qiáng)風(fēng)化花崗巖地層減少4m的情況下，后注漿沖孔灌注樁（S4#、S5#）比普通沖孔灌注樁（S1#、S2#、S3#）單樁豎向承載力得到了大幅度地提高，在同樣的試驗(yàn)加載量下，后注漿沖孔灌注樁的沉降量比普通沖孔灌注樁明顯減少。

6.2 樁身內(nèi)力測(cè)試

本次試驗(yàn)共進(jìn)行了5根樁的應(yīng)力應(yīng)變測(cè)試，測(cè)試的儀器是瑞士Solexperts公司生產(chǎn)的滑動(dòng)測(cè)微計(jì)，測(cè)試的原理是線(xiàn)法原理。根據(jù)各級(jí)荷載下的樁頂應(yīng)變或回歸處理后的零點(diǎn)應(yīng)變可計(jì)算彈性模量隨應(yīng)變量級(jí)的變化規(guī)律，計(jì)算軸向力和摩阻力時(shí)采用不同的彈模值，如下式所示：

樁身軸向力：

Qi=A·Ei·ξi

單位摩阻力：

fi=（Qi-Qi+1）л/D

式中：Qi——任意斷面處的軸向力，kN；

ξi——任意斷面處回歸應(yīng)變；

Ei——相應(yīng)應(yīng)變時(shí)的彈性模量，GPa；

A——平均樁身面積，m2；

D——平均樁徑，m。

根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)果及地區(qū)經(jīng)驗(yàn)分析綜合得出5根試驗(yàn)樁極限側(cè)摩阻力、側(cè)摩阻力及端阻力特征值建議值，普通沖孔灌注樁匯總詳見(jiàn)表2，后注漿沖孔灌注樁匯總詳見(jiàn)表3。

7 經(jīng)濟(jì)效果評(píng)價(jià)及結(jié)論

7.1 經(jīng)濟(jì)效果評(píng)價(jià)

根據(jù)本工程設(shè)計(jì)要求及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際施工情況，后注漿沖孔灌注樁比普通沖孔灌注樁有效樁長(zhǎng)至少短4m，因此暫按照每根樁有效樁長(zhǎng)平均減少4m來(lái)進(jìn)行成本對(duì)比分析，成本分析結(jié)果詳見(jiàn)表4。

表2 普通沖孔灌注樁極限側(cè)摩阻力、側(cè)摩阻力及端阻力特征值建議值

表3 后注漿沖孔灌注樁極限側(cè)摩阻力、側(cè)摩阻力及端阻力特征值建議值

表4 后注漿沖孔灌注樁與普通沖孔灌注樁成本對(duì)比分析表

由表4數(shù)據(jù)分析可知，在單樁豎向承載力設(shè)計(jì)值相同的情況下，如采用后注漿沖孔灌注樁比采用普通沖孔灌注樁單根樁成本至少節(jié)約2900元，產(chǎn)生較大的經(jīng)濟(jì)效益，同時(shí)因減少4m有效樁長(zhǎng)，施工進(jìn)度也得到大幅度提高。

7.2 結(jié)論

該場(chǎng)區(qū)試驗(yàn)樁采用沖孔灌注漿后注漿施工技術(shù)，強(qiáng)風(fēng)化巖層樁側(cè)阻力和樁端持力層端阻力均得到加強(qiáng)，后注漿灌注樁端阻力比普通灌注樁增強(qiáng)系數(shù)為1600/1100=1.45，樁側(cè)阻力在強(qiáng)風(fēng)化巖增強(qiáng)系數(shù)為110/50=2.2。