后壓漿工藝在沈陽某工程中的應(yīng)用

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(遼寧省建筑設(shè)計(jì)研究院 巖土工程公司，遼寧 沈陽 110005)

引言

隨著現(xiàn)代建筑技術(shù)的發(fā)展，對樁基礎(chǔ)承載能力和變形的要求也越來越高。鉆孔灌注樁基礎(chǔ)是一種深基礎(chǔ)形式，適用于高層建筑、大型橋梁等上部荷載較大的工程。對于傳統(tǒng)的鉆孔灌注樁難以徹底解決的樁周泥皮和沉渣的頑癥，采用鉆孔灌注樁后壓漿技術(shù)能有效地提高質(zhì)量和穩(wěn)定性，并且能有效地提高單樁承載力，有利于設(shè)計(jì)上減少布樁、縮小樁長或樁徑來達(dá)到節(jié)約投資的目的。

本文通過對某工程同一樁體后壓漿和未壓漿的對比分析，以檢驗(yàn)后壓漿施工工藝對承載力的提高效果，為后期設(shè)計(jì)提供可靠的設(shè)計(jì)參數(shù)。試驗(yàn)結(jié)果表明，在不增加樁長和樁徑的條件下，采用后壓漿施工工藝能提高單樁承載力，減少工程沉降量，降低樁基工程造價(jià)。

1 工程概況

某工程位于沈陽市繁華地段，為總高度350 m的78層超高層建筑。工程整體設(shè)4層地下室，底板埋深約-21.20～-27.00 m，該工程設(shè)計(jì)采用大直徑旋挖灌注樁基礎(chǔ)。通過對試驗(yàn)樁進(jìn)行后壓漿與未壓漿對比試驗(yàn)，為設(shè)計(jì)人員提供設(shè)計(jì)參數(shù)。

1.1 場地工程地質(zhì)條件

場地土巖性自上而下見表1。

1.2 施工概況

該工程試驗(yàn)樁和錨樁均采用旋挖樁機(jī)在相對標(biāo)高為-12.0 m的基坑底面施工，其中抗壓試驗(yàn)樁采用10.0 m雙套筒施工工藝，以消除非有效樁長摩阻力。所有樁均通長變截面配筋，樁徑為1.0 m，主筋為22Φ32 mm，樁長為58.0 m，有效樁長48.0 m?？倶稊?shù)11根，其中未壓漿和后壓漿對比試驗(yàn)的試驗(yàn)樁2根，為TP1和TP2。試驗(yàn)樁施工完成后10 d進(jìn)行靜載試驗(yàn)，隨后樁底及樁側(cè)后壓漿處理，休止20 d后再進(jìn)行靜載試驗(yàn)，錨樁及試驗(yàn)樁平面布置見圖1。

表1 場地土巖性1)

圖1 抗壓區(qū)試驗(yàn)檢測平面布置圖

2 試驗(yàn)

2.1 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。采用4臺8 000 kN千斤頂并聯(lián)加荷，配100 MPa標(biāo)準(zhǔn)壓力表測壓，用4根錨樁與大型工字型組合梁(4根)組成反力系統(tǒng)。試驗(yàn)終載為20 000 kN，其中后壓漿終載為24 000 kN。

2.2 樁身內(nèi)力測試結(jié)果

基樁內(nèi)力測試采用GJL-2型鋼弦式鋼筋應(yīng)力計(jì)，SS-2型數(shù)字式鋼弦頻率接收儀測讀鋼筋頻率。鋼筋計(jì)按土層截面進(jìn)行對稱布置。使用前應(yīng)對鋼筋計(jì)逐個(gè)標(biāo)定，得出壓力(拉力)與頻率之間的關(guān)系。

3 試驗(yàn)結(jié)果及分析

3.1 單樁豎向抗壓靜載試驗(yàn)結(jié)果分析

壓漿前的TP1隨著荷載的增大，曲線的斜率有所增大，后期已接近極限；TP2和后壓漿的TP1、TP2試驗(yàn)樁終載時(shí)，Q～s對比曲線均未出現(xiàn)陡降段，均未達(dá)到極限狀態(tài)。根據(jù)整理后的數(shù)據(jù)繪制了靜載抗壓試驗(yàn)曲線，如圖2所示。

圖2 荷載與位移對比曲線

3.2 樁身內(nèi)力測試結(jié)果分析

根據(jù)逐級加載下整理后的數(shù)據(jù)，繪制樁身應(yīng)力、軸力和側(cè)摩阻分布曲線，根據(jù)分布曲線對試驗(yàn)樁進(jìn)行分析。

3.2.1 TP2試驗(yàn)樁

TP2雙套筒11.0 m下有很大的摩阻力，經(jīng)分析可知，灌注混凝土?xí)r該截面產(chǎn)生大的擴(kuò)徑(11.0～13.0 m)，可以充分發(fā)揮向下摩阻力，有效嵌巖發(fā)揮長度為10.0 m左右(即10倍樁徑)。隨著荷載的增加，摩阻力向下擴(kuò)散，終載20 000 kN，15 m以下均為最大值。受擴(kuò)徑的影響，13.0 m以上實(shí)測應(yīng)力無規(guī)律，但13.0 m以下摩阻力發(fā)揮正常。后壓漿影響范圍較大，隨著荷載的增加，各段摩阻力均有增加的趨勢，并逐漸向下發(fā)展，13.0～18.0 m與壓漿前基本一致。中部土層(圓礫層)后壓漿效果明顯，摩阻力由150 kPa提高至200 kPa以上，說明該層具有一定的孔隙；與之相反，全風(fēng)化砂礫巖效果不太明顯，摩阻力尚未充分發(fā)揮，后壓漿終載24 000 kN時(shí)，43.0 m以下發(fā)揮的摩阻力比未壓漿前還小[1-3]。后壓漿的TP2由于先期的預(yù)壓20 000 kN，上段摩阻力發(fā)揮程度較高，全風(fēng)化砂礫巖段經(jīng)壓密后壓漿效果不明顯。

3.2.2 樁側(cè)增強(qiáng)效果

TP1的端阻力在先期試驗(yàn)發(fā)揮較充分，達(dá)到極限狀態(tài)。樁身20～30 m段因?yàn)榇嬖谌毕荩暂S力較小，該段摩阻力尚未充分發(fā)揮。經(jīng)后壓漿處理后，25～35 m段的摩阻力得以充分發(fā)揮，該段的軸力發(fā)生了很大變化，與壓漿前的曲線有很大不同。另外，不管是樁側(cè)后壓漿還是樁底后壓漿，最主要的作用還是表現(xiàn)在對樁孔泥皮層、樁側(cè)土層甚至樁身外側(cè)缺陷部位的加固效果上。泥皮的硬化加固和樁周土層的擠密滲透作用，在樁身外側(cè)形成了特殊層，從而使樁側(cè)摩阻力發(fā)揮的有效樁徑加大，因此側(cè)摩阻力往往會得到超常發(fā)揮。總體上講，壓漿的作用比較顯著，土層中存在有孔隙。沉積層壓漿加固后可以擴(kuò)大有效樁徑，其提供的摩阻力也隨之增大。也可以說，沉積層壓漿加固后可以形成較大的有效樁徑，因此提供的摩阻力也大[2]。

風(fēng)化巖層的孔隙較小，呈膠結(jié)狀態(tài)，后壓漿對其有效加固的效果不明顯，所以摩阻力提高的程度有限。壓漿加固體的強(qiáng)度有限，其作用的發(fā)揮程度與土層的顆粒大小有很大的關(guān)系，粗砂層的壓漿影響范圍小，且固體強(qiáng)度較小，在大荷載作用下容易破壞；圓礫層的加固效果好，往往可以提供很高的摩阻力[1]。

3.2.3 樁端增強(qiáng)效果

抗壓樁樁端持力層為全風(fēng)化砂礫巖層，勘察報(bào)告提供的樁端阻力特征值qpa=1 000 kPa。試驗(yàn)最大終載時(shí)樁身末段軸力實(shí)測結(jié)果約為354～1 240 kN(包括后壓漿樁)，且樁端位移量很小，因此樁端阻力尚未發(fā)揮。但隨著樁側(cè)阻力的充分發(fā)揮，軸力向下傳遞，當(dāng)樁端產(chǎn)生位移時(shí)，樁底后壓漿對樁端沉渣的加固效果會顯現(xiàn)，從而會使樁端極限承載力大大提高。

其原因一方面是由于抗壓樁的樁長較長，樁底沉渣較厚，不利于樁端阻力的發(fā)揮；更主要的是全風(fēng)化砂礫巖持力層的嵌巖效應(yīng)，由于入巖深度很大，嵌巖深徑比一般在17～20，端阻力很難發(fā)揮。經(jīng)后注漿處理，雖然由于樁側(cè)粗粒土的滲透注漿和樁側(cè)泥皮的加固效應(yīng)使得后樁端沉渣土的加固效應(yīng)有所發(fā)揮，但樁側(cè)加固效應(yīng)總是優(yōu)先于樁端加固效應(yīng)的發(fā)揮，這也是樁端阻力很小的原因之一。綜上所述，工程樁設(shè)計(jì)時(shí)可不考慮樁端阻力。

3.3 樁周土摩阻力劃分

根據(jù)上述試驗(yàn)數(shù)據(jù)并結(jié)合沈陽市區(qū)地層特性，提出樁長范圍內(nèi)各深度的樁側(cè)摩阻力特征值(見表2)。

表2 抗壓樁土層側(cè)摩阻力特征值1)

由表2可以看出，24.5～43.0 m段土層的抗壓摩阻力，后壓漿比未壓漿可提高1.3～2.0倍，其余土層段基本沒有改變。

3.4 后壓漿工藝在處理缺陷樁方面的應(yīng)用

TP1先期試驗(yàn)時(shí)已經(jīng)達(dá)到破壞，但經(jīng)過樁側(cè)及樁底后壓漿處理，其承載力有較大改善。壓漿前極限承載力為2 000 kPa，壓漿后到2 400 kPa還未達(dá)到極限荷載。從以上現(xiàn)象可以看出，后壓漿技術(shù)在處理長樁存在缺陷方面的應(yīng)用前景。對于樁長較長的灌注樁，特別是大型橋梁樁，如果經(jīng)鉆心法驗(yàn)證后樁體淺部存在較嚴(yán)重的缺陷時(shí)，由于樁位一般不可更改，通常的做法是挖除此樁或在旁邊補(bǔ)幾根樁變成群樁，這兩種做法的費(fèi)用都比較大且浪費(fèi)時(shí)間。而采用后壓漿處理的方法，除了加固缺陷部位外，還可以提高單樁承載力及減小沉降。經(jīng)有效手段檢驗(yàn)后，缺陷樁還可以繼續(xù)使用或降低參數(shù)使用，在這方面在全國(特別是在橋梁方面)已有較多的成功案例。

4 結(jié)語

采用鉆孔灌注樁采用后壓漿技術(shù)，能有效增強(qiáng)質(zhì)量穩(wěn)定性和提高單樁承載力。當(dāng)然對于不同土層、不同工程地質(zhì)條件，其壓漿效果也有較大差異，通常顆粒越大、孔隙比越大，其后壓漿效果越好。

對比試驗(yàn)表明，在沈陽地區(qū)第四系沉積層的增強(qiáng)效果很明顯，增強(qiáng)系數(shù)可達(dá)1.3～2.0。后壓漿工藝的壓漿參數(shù)及壓漿效果的最終確定要依據(jù)試驗(yàn)樁的結(jié)果，目前全國可以借鑒的經(jīng)驗(yàn)尚不多，還有待于進(jìn)一步的積累和理論上的探索，最終形成一項(xiàng)成熟的技術(shù)。

鉆孔灌注樁后壓漿技術(shù)還可以對樁身有缺陷的樁進(jìn)行加固處理，從而提高工程質(zhì)量，節(jié)省工程造價(jià)及縮短工期。

總之，后壓漿技術(shù)具有加快樁基施工進(jìn)度和降低工程造價(jià)的優(yōu)點(diǎn)，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。建議在設(shè)計(jì)鉆孔灌注樁時(shí)，在合適的條件下盡量采用后壓漿技術(shù)，并大力推廣應(yīng)用。