鉆孔灌注樁后注漿技術(shù)在某總部基地建設(shè)項目的應(yīng)用

胡亮，蔣興笠，宋勇，錢解煌 （深圳市建筑設(shè)計研究總院有限公司合肥分院，安徽 合肥 230088）

0 前言

伴隨著我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)的不斷發(fā)展，高層、超高層建筑猶如雨后春筍般拔地而起。就安徽省合肥地區(qū)而言，中國銀行辦公樓（178.2m）、華潤中心（282.6m）、安徽廣電新中心（301.7m）、恒大中心（在建518m），建筑高度不斷刷新，相應(yīng)的對基礎(chǔ)承載力要求越來越高。灌注樁具有大直徑、長樁長、單樁承載力高、沉降變形小等優(yōu)點，是目前橋梁樁基、超高層建筑基礎(chǔ)的首選。作為灌注樁的一種，泥漿護(hù)壁鉆孔灌注樁應(yīng)用較為廣泛，但該類樁的缺陷是泥皮和沉渣過厚，影響單樁承載力的發(fā)揮。而后注漿技術(shù)不僅能解決上述泥漿護(hù)壁灌注樁的缺陷（固化樁底沉渣、膠結(jié)泥皮），又能改良基樁的承載性能、減少樁基沉降。灌注樁后注漿一般分為樁側(cè)、樁端、聯(lián)合注漿三種施工工藝。隨著施工工藝發(fā)展與理論研究的不斷深入，灌注樁后注漿技術(shù)擁有更為廣闊的應(yīng)用前景。

1 工程實例

1.1 工程概況

徽商銀行總部基地建設(shè)項目（圖1）位于合肥市濱湖新區(qū)云谷路與廬州大道交口西南側(cè)。其中，總部辦公主塔樓（A區(qū)）采用了帶局部高位斜撐轉(zhuǎn)換的鋼筋混凝土框架-核心筒結(jié)構(gòu)體系[1]，建筑標(biāo)準(zhǔn)層形狀為矩形，外輪廓尺寸為52.80m×36.40m，地下2層，地上42層，總高度為179.1 m，本工程地面粗糙度為B類，特征周期0.38s，基本風(fēng)壓0.35kN/m2，設(shè)計時主塔樓風(fēng)荷載體型系數(shù)取1.4，其他設(shè)計數(shù)據(jù)詳見表。

圖1 建筑鳥瞰圖

基本設(shè)計數(shù)據(jù)

1.2 基礎(chǔ)設(shè)計

對于框架-核心筒結(jié)構(gòu)的高層建筑樁基，依據(jù)變剛度調(diào)平的設(shè)計理念，對核心筒范圍內(nèi)樁基剛度適當(dāng)強(qiáng)化（如加大樁長樁徑、加密基樁布置、以及采用后注漿等方式），而對內(nèi)筒外圍區(qū)域樁基剛度相對弱化，以減小內(nèi)筒和外框間的差異沉降及樁基筏板內(nèi)力[2]。本工程核心筒內(nèi)、外筏板厚度分別為2800mm、2400mm，核心筒內(nèi)、外分別采用直徑1100mm（ZH2）、1000mm（ZH1）鉆孔灌注樁，樁頂相對標(biāo)高分別為-14.00m、-14.40m，樁的有效長度約為42m，樁身混凝土采用C40，樁尖進(jìn)入第⑤2層中風(fēng)化砂質(zhì)泥巖。核心筒內(nèi)采用樁側(cè)與樁端聯(lián)合注漿、核心筒外圍采用樁底注漿工藝，單樁豎向承載力特征值分別由7600kN、8500kN 提 高 至 8500kN、10000KN，單樁承載能力分別提高了12%、18%。通過采用灌注樁后注漿施工技術(shù)，在滿足樁間距≦3d控制要求下，基本可以實現(xiàn)核心筒內(nèi)墻下布樁，既能有效減小筏板板厚及配筋、又能減少框架-核心筒內(nèi)外差異沉降，取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益。根據(jù)合肥市測繪設(shè)計研究院提供的沉降觀測報告，在2016年11月（主樓六層結(jié)構(gòu)澆筑）至2018年2月（主體完工，內(nèi)隔墻砌筑基本完成）期間對主樓共進(jìn)行了26次沉降觀測。核心筒內(nèi)累計平均沉降量為26.7mm，核心筒外累計平均沉降量為19.7mm，最大不均勻沉降率均小于規(guī)范允許值0.2%。圖2為采用后注漿工藝樁平面布置圖。

圖2 主塔樓樁平面布置圖

2 灌注樁后注漿施工工藝及加固機(jī)理

2.1 預(yù)埋后注漿裝置

后注漿裝置由注漿管、注漿器和注漿閥組成。注漿管應(yīng)采用38×3.5mm無縫鋼管。樁底注漿管底部連接單向閥式注漿器，且注漿器下部應(yīng)伸出樁底端以下0.2～0.5m。樁側(cè)后注漿管采用環(huán)向樁側(cè)花管注漿器（圖3），沿樁長設(shè)置2道注漿斷面，每道后注漿斷面均勻分布出漿孔4個。后注漿管、各土層斷面如圖4所示。

圖3 環(huán)向樁側(cè)花管注漿器

圖4 注漿管、各土層斷面圖

樁側(cè)及樁端壓漿管底部安裝可靠有效的、具有單向逆止功能的注漿閥，其能承受的靜水壓力應(yīng)不低于1MPa。注漿管閥外部應(yīng)設(shè)置防砂石等硬質(zhì)物，防止刮擦碰撞而致使其自身受損。注漿閥需待鋼筋籠起吊至樁孔邊垂直豎起后方可安裝，并與鋼筋籠形成整體。樁端與樁側(cè)注漿閥在鋼筋籠吊起入孔過程與注漿導(dǎo)管牢固可靠連接。下放鋼筋籠必須緩慢，嚴(yán)禁強(qiáng)力沖擊。每連接好一段壓漿管，須使用10～12#鐵絲，每間隔2～3m 與鋼筋籠主筋牢固的綁扎在一起嚴(yán)防壓漿管折斷。對露在孔口的壓漿管必須封堵保護(hù)，防止雜物及泥漿掉入壓漿管內(nèi)，確保管路暢通。待樁身混凝土澆筑完7～8h后，應(yīng)采用清水對注漿裝置進(jìn)行開塞，壓通注漿管路。開塞壓力一般為0.8～2.0MPa，開塞后應(yīng)立即停止注水[3]。

2.2 后注漿參數(shù)與壓漿施工

2.2.1 后注漿參數(shù)的確定

注漿參數(shù)主要包括注漿量、注漿壓力、漿液稠度等參數(shù)。在后注漿開始作業(yè)前，宜進(jìn)行試注漿，優(yōu)化并最終確定注漿參數(shù)。設(shè)計應(yīng)符合下列要求：

①對于注漿量而言，需要根據(jù)樁徑、樁長以及樁側(cè)附近土層特點等多種因素進(jìn)行確定，研究人員劉金礪等[4]通過相應(yīng)分析得出以下計算公式：

式中，αp、αs表示樁端及樁側(cè)注漿量的經(jīng)驗系數(shù)，αp=1.5～1.8，αs=0.5～0.7；n為樁側(cè)注漿斷面數(shù)；d為基樁設(shè)計直徑；Gc為注漿用量；

②所謂的注漿壓力，是在不致使地表出現(xiàn)隆起以及基樁上抬量較大的基礎(chǔ)上，在注漿過程中可以采取的最大壓力。其壓力值需要通過分析土層性質(zhì)、注漿點位置、注漿施工次序等因素綜合確定。樁側(cè)注漿終止壓力宜為樁側(cè)注漿的1/2。

③漿液的特性與其濃度密切相關(guān)，其水灰比可由土的滲透性以及飽和度綜合確定。其中稀漿（水灰比0.8）具有比較強(qiáng)的流動性，適用于粗砂、礫石層等松散土體的加固。中漿（水灰比0.6）具有著一定的填充和擠密壓實作用，而濃漿（水灰比0.4）能起到對已灌入水泥漿液的一種脫水作用[5]。所以按照水灰比由稀到稠逐級注入、多次注漿（一次及二次進(jìn)行注漿）的方式，可以對整體的注漿效果進(jìn)行提升。通過大量的工程實踐可知，飽和土、非飽和土分別采用 0.5～0.7、0.7～0.9的水灰比注漿效果較為理想。

2.2.2 后注漿施工要點[6，7]

按照本工程鉆孔灌注樁設(shè)計要求，在成樁后的7～8h內(nèi)，應(yīng)采用壓力為0.8～2.0MPa清水對注漿裝置進(jìn)行開塞，開塞后應(yīng)停止注水。在正式大面積的樁側(cè)、樁底壓漿前，施工方先進(jìn)行試注漿，并將試驗資料反饋給設(shè)計方。設(shè)計方根據(jù)現(xiàn)場試驗資料，綜合判斷、修改、調(diào)整設(shè)計參數(shù)。然后施工方根據(jù)修正后的設(shè)計參數(shù)，確定注漿量、漿液配比、流量、終止注漿壓力等施工參數(shù)，從而進(jìn)行現(xiàn)場工程樁后注漿施工。

后注漿宜在鉆孔灌注樁成樁48h后實施，注漿作業(yè)與成孔作業(yè)點的距離不宜小于8～10m。樁端樁側(cè)聯(lián)合注漿順序，對于飽和土宜先樁側(cè)后樁端，非飽和土則反之。對于樁側(cè)多斷面注漿應(yīng)由上而下，對于樁端樁側(cè)聯(lián)合注漿方式，其壓漿間隔時間宜≧2h。為了使樁端水泥漿液均勻擴(kuò)散分布，樁端的兩個注漿導(dǎo)管應(yīng)交替等量壓漿，對于本工程樁筏基礎(chǔ)注漿宜采用先外框、后內(nèi)筒施工次序。

當(dāng)發(fā)生下列某一狀況時需調(diào)整為間歇（時間為30～60min）注漿、或者調(diào)整漿液水灰比：①注漿壓力小于正常值較長時間；②相鄰樁孔間串漿或地面產(chǎn)生冒漿現(xiàn)象。當(dāng)符合下述條件之一時可終止壓漿：注漿總量、注漿壓力均達(dá)到根據(jù)現(xiàn)場注漿試驗資料反饋后修改、調(diào)整的設(shè)計要求；注漿總量已達(dá)到本條以上第1點設(shè)計值的75%、且注漿壓力超過設(shè)計值并持續(xù)3min以上。

本工程注漿用水泥采用42.5級普通硅酸鹽水泥，1000mm（ZH1）、1100mm（ZH2）樁徑的鉆孔灌注樁樁底注漿量分別為2.5t、2.7t，漿液的水灰比為0.60，注漿流量≤75L/min，終止注漿壓力值為 3～6MPa。1100mm(ZH2)樁徑的鉆孔灌注樁樁側(cè)注漿量2.0t，漿液的水灰比為0.60，終止注漿壓力值為2～4MPa，注漿流量≤60L/min。

2.3 后注漿加固機(jī)理

2.3.1 樁底注漿的加固作用機(jī)理

樁端后注漿是指灌注樁在下放鋼筋籠時預(yù)埋注漿導(dǎo)管，并在成樁后通過該導(dǎo)管向灌注樁底部逐步注入水泥漿液，通過物理化學(xué)作用（如滲透填充、劈裂加筋等）對樁底的沉渣以及土體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)與力學(xué)特性進(jìn)行改良，從而提高樁端阻力并減小樁基的沉降量。通過樁端后壓漿，水泥漿液充填擠密樁端土體孔隙、固化樁底沉渣，且水泥漿液向樁端四周擴(kuò)散形成了強(qiáng)度高、結(jié)構(gòu)性能好的擴(kuò)大頭，使得樁端支撐面積增大，有效提高灌注樁承載力。此外，部分漿液在注漿壓力下沿著樁身以及孔壁之間較為薄弱部位逐漸上行，能起到膠結(jié)泥皮、間接增大樁身截面的作用，且樁端壓力注漿使樁上抬而產(chǎn)生反向摩阻力，相當(dāng)于“預(yù)應(yīng)力”的作用，提高了樁側(cè)摩阻力[8，9]。通過高文生等進(jìn)行實測[10]，樁端后注漿能使土體的抗壓強(qiáng)度、變形特性等物理力學(xué)參數(shù)明顯改良。

2.3.2 樁側(cè)注漿的加固作用機(jī)理

樁側(cè)壓力注漿是指灌注樁成樁后，在注漿壓力作用下將水泥漿液通過樁身預(yù)埋裝置（如環(huán)向樁側(cè)花管注漿器）強(qiáng)行壓入樁側(cè)周圍土層中。若樁側(cè)為粗粒土層時，后壓漿經(jīng)過部分?jǐn)D密、滲透填充及固化等作用，能有效降低樁側(cè)土孔隙率，顯示出一種“滲透填充膠結(jié)”效應(yīng)；若樁側(cè)為細(xì)粒土層時，且當(dāng)后注漿壓力超過劈裂壓力，會產(chǎn)生“劈裂加筋”效應(yīng)[11]。以上兩種效應(yīng)均能改善樁周土的強(qiáng)度與剛度。在樁側(cè)（環(huán)向樁側(cè)花管注漿器）注漿點處，由于水泥漿液的擠壓作用，形成“漿土結(jié)石體擴(kuò)大頭”。在樁側(cè)各注漿點之間處形成一層漿殼，且與泥漿護(hù)壁法成孔中生成的泥膜發(fā)生物理化學(xué)反應(yīng)而固化，形成漿土結(jié)石體的復(fù)合樁身，增大剪切滑動面，改變樁與側(cè)壁土之間的邊界條件。水泥漿液充填擠密樁身混凝土與樁側(cè)土體的空隙，增加了樁土間的粘聚力，故能提高樁的承載力以及減小樁基的沉降量。

3 樁基檢測與分析

試樁采用錨樁反力裝置進(jìn)行加載（圖5），試驗共分9級，首級荷載為4000kN，以后每級加載量為2000kN。以核 心 筒 內(nèi) GH118#、GH166#、GH178#試樁為例，樁長均為42m，經(jīng)對靜載試驗數(shù)據(jù)分析，該三根樁最大加載值達(dá)20000kN時，樁頂總沉降量分別為6.91mm、8.14mm、6.56mm。樁頂沉降量較小，分析原因是由于樁端嵌入中風(fēng)化巖層、采用了樁底樁側(cè)聯(lián)合后注漿技術(shù)。單樁抗壓承載力Q～s曲線（圖6）未出現(xiàn)明顯陡降，最大回彈量分別為4.15mm、6.95mm、3.81mm，回彈率分別為60.1%、85.4%、58.1%，說明該樁未達(dá)到極限破壞狀態(tài)，取最大試驗荷載20000kN為該試樁的單樁豎向抗壓極限承載力值，其單樁豎向抗壓承載力特征值取極限值的50%，即10000kN，各項指標(biāo)均能滿足設(shè)計要求。

4 結(jié)論

圖5 錨樁反力裝置

圖6 單樁承載力試驗Q-s曲線

結(jié)合徽商銀行總部基地建設(shè)項目主塔樓基礎(chǔ)設(shè)計，工程采用后注漿技術(shù)提高了單樁承載力、優(yōu)化了基礎(chǔ)樁基布置方案、減少了框架-核心筒內(nèi)外的差異沉降，實現(xiàn)了變剛度調(diào)平設(shè)計。介紹了灌注樁后注漿的主要施工工藝：后注漿裝置的預(yù)埋，后注漿參數(shù)的確定以及后壓漿的施工要點（列舉了主塔樓大直徑灌注樁后注漿的相關(guān)技術(shù)參數(shù)，可為同類工程提供參考）；闡述了樁端、樁側(cè)后注漿技術(shù)的加固作用機(jī)理：通過“滲透填充”、“劈裂加筋”等物理化學(xué)作用，改變了土體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)與力學(xué)特性，從而提高了單樁的承載力并減小樁基的沉降量。通過對項目現(xiàn)場3根試驗樁靜載檢測，結(jié)果表明各項指標(biāo)均滿足設(shè)計要求，取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益。