灌注樁后注漿技術(shù)在皖南卵石地層中的應(yīng)用

周 干 （廣東博意建筑設(shè)計(jì)院有限公司合肥分公司，安徽 合肥 230001）

1 樁端后注漿技術(shù)原理

利用樁端后注漿技術(shù)時(shí)，需要預(yù)先把注漿管埋設(shè)在鋼筋籠的底部及側(cè)面上，在成樁后實(shí)施高壓注漿，漿液滲入之后，通過(guò)劈裂、填充還有擠密等方式跟樁體附件土體結(jié)合到一起，對(duì)樁底部位的沉渣，還有樁側(cè)部位的泥皮加以固化，強(qiáng)化單樁承載力，避免大量沉降等效果。處理樁基時(shí)，樁端后注漿技術(shù)的加固機(jī)理包括以下幾個(gè)方面。

①劈裂加筋。漿液能夠在壓力的作用下，平衡掉地層的初始應(yīng)力跟抗拉強(qiáng)度，對(duì)土體跟巖石結(jié)構(gòu)造成擾動(dòng)、破壞，讓地層產(chǎn)生新的裂縫或者是孔隙，同時(shí)，讓地層中之前的孔隙、裂縫變大，這種沿垂直于樁體形成的平面劈裂，會(huì)讓漿液在土中產(chǎn)生一種網(wǎng)狀結(jié)石，實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的加固效果。

②填充擠密。通過(guò)鉆孔方式，往樁基中灌注極濃的漿液，讓注漿管周?chē)a(chǎn)生“漿泡”，達(dá)到擠密土體的效果，漿泡較小時(shí)，灌漿壓力會(huì)沿鉆孔往外散，但卻不會(huì)外滲，等到漿泡變大，其上抬力也變大，實(shí)現(xiàn)加固樁基的效果。

③滲透固結(jié)。漿液在壓力下會(huì)滲入樁側(cè)還有樁底的土中，產(chǎn)生一個(gè)高強(qiáng)度、具有結(jié)構(gòu)性的結(jié)石體，從而強(qiáng)化樁側(cè)摩擦力，增大樁端承載面積，以強(qiáng)化單樁的實(shí)際承載能力，該固結(jié)機(jī)理適用于卵土、碎石土或者是具有顯著滲透性和可灌性的砂土。

2 計(jì)算分析

經(jīng)過(guò)后注漿處理的單樁承載力極限值，需要利用靜載試驗(yàn)予以確定，其計(jì)算公式為：

β、β是樁側(cè)、樁端的阻力增強(qiáng)系數(shù)。

剩下的參數(shù)均取自《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》，設(shè)計(jì)的關(guān)鍵是 β、β如何取值。應(yīng)考慮當(dāng)?shù)毓こ痰娜≈到?jīng)驗(yàn)，并分析場(chǎng)地土層形狀。在確定注漿壓力跟注漿量等關(guān)鍵參數(shù)時(shí)也要借鑒同類(lèi)經(jīng)驗(yàn)。

3 設(shè)計(jì)工藝

備好注漿管→安裝注漿管閥→樁身澆混凝土→備好注漿設(shè)備→準(zhǔn)備水泥漿液→注漿→拆設(shè)備。

①制作注漿管。做鋼筋籠時(shí)，就要用無(wú)縫的35mm鋼管做注漿管，封堵其兩端，再用絲扣連接接口，注漿管需要比鋼筋籠長(zhǎng)56cm，在樁底要自鋼筋籠中突出4.5cm，上部要比樁頂混凝土面高出45cm，但不允許突出地面。將注漿管下端15cm位置上，按2.5cm的間距鉆出5排直徑為2.5mm的注漿孔，將其做成噴頭。

②在樁端安裝注漿閥。樁端的注漿閥也要在制作鋼筋籠時(shí)裝好，并把注漿閥跟注漿導(dǎo)管連好，樁底安裝的注漿底閥要比鋼筋籠長(zhǎng)出180mm，用鉆孔把出的部分鉆花孔，并用生膠帶封嚴(yán)孔隙。用超聲波檢測(cè)樁底漿管，合格后再投入應(yīng)用，以防樁身被漿液塞住。

③把注漿管布置好。做好注漿管后，沿鋼筋籠按樁徑大小設(shè)置2根～3根，注意保持對(duì)稱(chēng)，在吊放鋼筋籠時(shí)，鋼筋籠不能變形，保證注漿管不受損?？妆诓坏帽荒p，以免堵孔，噴頭處需加混凝土護(hù)墊，再按相關(guān)規(guī)范實(shí)施澆混凝土。

④確定注漿處。成樁4d～5d后，且該樁7.5m以?xún)?nèi)無(wú)別的鉆孔作業(yè)，其附近7.5m內(nèi)的樁體均至少完工4d，以免周邊薄弱點(diǎn)溢漿。

⑤配備水泥漿。注漿要用P.0.42.5水泥來(lái)配備，第一盤(pán)水泥用量要加大，第二盤(pán)選擇0.8的水灰比，當(dāng)水灰比減到0.6時(shí)結(jié)束，為保證注漿管不會(huì)被未拌開(kāi)的水泥顆粒堵住，制備時(shí)，要控制顆粒大小，并用篩網(wǎng)對(duì)水泥漿液實(shí)施過(guò)濾。

⑥設(shè)定注漿壓力、注漿量還有注漿控制標(biāo)準(zhǔn)。因地質(zhì)條件不盡相同，注漿量也未作明確規(guī)定，故此注漿量取決于地質(zhì)條件跟施工狀況。注漿時(shí)要對(duì)注漿壓力和注漿量實(shí)施雙重控制，當(dāng)注入量滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求時(shí)，注漿即停止。

⑦注漿施工。先對(duì)周圈樁位注漿，然后是中間樁位，對(duì)于承臺(tái)中一次性壓好的群樁，應(yīng)該兩根樁同時(shí)循環(huán)注漿：也就是先壓樁1的A管，注漿量達(dá)到65%時(shí)，壓樁2的A管，達(dá)到同樣注漿量后，再壓樁1的B管，然后是樁2的B管，這種使同樁兩次注漿會(huì)有25min～35min的間隔，水泥漿能擴(kuò)散得很充分，注漿要有施工記錄。

4 與普通灌注樁的對(duì)比

與普通灌注樁相比，經(jīng)過(guò)樁端后注漿處理的灌注樁的優(yōu)點(diǎn)如下。

①樁數(shù)少，樁徑小、樁長(zhǎng)短；周期短，工作量少，成本低；經(jīng)濟(jì)效益好，在大直徑超長(zhǎng)樁中的體現(xiàn)更明顯。

②樁端阻力得到強(qiáng)化。能強(qiáng)化持力層的性質(zhì)，強(qiáng)化樁基礎(chǔ)的抗震、抗拔性，還有承載力。

③樁土與樁基之間能夠更好地粘結(jié)。強(qiáng)化樁與側(cè)壁土層之間的摩擦力，再通過(guò)劈裂滲入地層，實(shí)現(xiàn)加筋效果。

④通過(guò)注漿管可以聲波透射法對(duì)樁身完整性做檢測(cè)。可替代等強(qiáng)截面鋼筋，強(qiáng)化建筑物的安全性，強(qiáng)化經(jīng)濟(jì)效益。

⑤在溶巖地區(qū)，通過(guò)注漿可以實(shí)現(xiàn)填充溶洞的效果。

⑥在以較厚卵石層為持力層處，能改善地層的不穩(wěn)定狀態(tài)。

5 應(yīng)用實(shí)例

5.1 基本情況

場(chǎng)地在皖南宣城涇縣，東鄰涇縣醫(yī)院，南鄰隆裕路，西鄰瑤莊路，北鄰潭西路,其地貌系河流沖積形成的河谷平原，局部存在溝塘等微地貌。在皖南，這種地貌比較普遍。

圖1 工程地貌示意圖

5.2 土層狀態(tài)

本次勘察按成因，結(jié)構(gòu)及力學(xué)性質(zhì)等，將土層分為5個(gè)主亞層，即耕土(Q4al)是①層；粉質(zhì)粘土（Q4al）為②層；淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土(Q4al)是③層；粉細(xì)砂夾粉土(Q4al)是④層；卵石(Q4al)是⑤層。其中⑤層的50%～60%是20mm～60mm的粒徑，粒徑最大超過(guò)100mm，混雜礫砂、中粗砂還有粉質(zhì)粘土，礫徑分布混雜，不均勻、無(wú)層理?；境煞菔鞘⑸皫r，偶含漂石，磨圓度強(qiáng)，表面光滑，上部含少量大粒徑卵石，下方含卵石較多、礫徑也在加大。⑤層層頂在1.90m～10.0m埋深處，層頂未揭穿，對(duì)應(yīng)的黃海高程大約在25.30m～31.80m，揭露厚度最大為20.40m?？辈鞎r(shí)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)鉆機(jī)鉆進(jìn)混雜中粗砂、礫砂段時(shí)，漏水、漏漿嚴(yán)重。

圖2 工程地質(zhì)剖面圖

5.3 確定樁型

根據(jù)地勘資料對(duì)成樁工藝做對(duì)比后，灌注樁以卵石層為持力層，采用了泥漿護(hù)壁方式鉆孔。參照勘察資料，若持力層選強(qiáng)風(fēng)化基巖，就要穿透整個(gè)⑤層，20多米的卵石無(wú)法鉆進(jìn)，且可能滲漏、塌孔，再考慮到承壓含水層跟泥漿會(huì)影響地下水環(huán)境，不宜如此施工。⑤層力學(xué)強(qiáng)度較高，呈密實(shí)狀，工程性尚可，承載力高，分布更穩(wěn)定，厚度也大。故而以⑤層為持力層，樁徑設(shè)定為0.6m。樁身混凝土強(qiáng)級(jí)水下C35，單樁承載力設(shè)計(jì)極限值為4400kN，其特征值為2200kN,樁長(zhǎng)按各土層的側(cè)、端阻力來(lái)算應(yīng)該為18m，樁端至少進(jìn)入卵石層15m，后來(lái)在試成孔時(shí)發(fā)現(xiàn)，卵石最大粒徑有180mm，難以鉆進(jìn)，總是卡鉆，頻繁塌孔，效率低下。最后決定選擇后注漿技術(shù)，以縮減樁端沉渣厚度、強(qiáng)化樁側(cè)阻力，縮減樁端進(jìn)入持力層深度，消除不利因素，優(yōu)化施工效率。

5.4 注漿指標(biāo)

① β、β的確定，由于本工程⑤層粒徑大，上部稍密，往下一點(diǎn)點(diǎn)由中密到密實(shí)，計(jì)算 β時(shí)取 2.0，β則取 3.0，并以試樁方式加以驗(yàn)證。計(jì)算當(dāng)單樁承載力極限為4400kN時(shí)，原18m樁長(zhǎng)可縮至11m，卵石層內(nèi)進(jìn)入部分縮減了7m的長(zhǎng)度。同時(shí)，豎向增強(qiáng)段也不超過(guò)12m，只在樁端后注漿即可，樁側(cè)跟樁端無(wú)須復(fù)試注漿，降低施工難度。

②后注漿導(dǎo)管共2根，須在成樁前預(yù)埋，并與鋼筋籠加勁箍固定在一起，綁扎或者焊接均可。不允許注漿導(dǎo)管漏水，連接時(shí)用螺紋，本工程的樁身縱筋不能用注漿管替代。注漿要求進(jìn)到樁底土層內(nèi)0.2m～0.4m處。

圖3 樁身構(gòu)造

③確定注漿量：控制注漿液水灰比，使其在0.55上下。注漿量應(yīng)為：

GC=αd+αnd

α對(duì)中粗砂應(yīng)該取0.7，由于本工程是承臺(tái)樁，其間距相對(duì)較大，注漿量需要加個(gè)系數(shù)，大概1.2～1.5，算出的注漿量是1.5（以t計(jì)）。

④注漿壓力為3MPa～5MPa，注漿速度在75L/min以?xún)?nèi)。

⑤成樁2d后，30d內(nèi)，注漿作業(yè)開(kāi)始，注漿距成孔作業(yè)點(diǎn)至少8m，依次對(duì)同樁的兩注漿管做等量注漿，樁群注漿時(shí)，要求先外圍，后中間。

⑥注漿量和壓力達(dá)到設(shè)計(jì)值時(shí)，注漿終止。若注漿壓力一直比正常值小或地面開(kāi)始冒漿，或者是附件樁孔串漿，都要改為非連續(xù)注漿，最好間歇0.5h～1h，也可把漿液水灰比適當(dāng)調(diào)低。

⑦注漿期間，應(yīng)經(jīng)常檢查工藝參數(shù)。發(fā)現(xiàn)異常要馬上復(fù)核，按現(xiàn)場(chǎng)情況處理。

⑧樁基完成后，應(yīng)按工程質(zhì)量要求實(shí)施驗(yàn)收。在樁身混凝土強(qiáng)度達(dá)標(biāo)時(shí)，注漿完成20d后，方可檢驗(yàn)單樁豎向承載力。

注漿20d后，通過(guò)小應(yīng)變樁身檢測(cè)，還有靜載試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)本工程單樁無(wú)論是豎向承載力，還是樁身完整性，全都達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。

6 結(jié)語(yǔ)

后注漿技術(shù)的技術(shù)含量非常高，在卵石地層中應(yīng)用，能強(qiáng)化單樁承載力，縮減沉降量，降低樁基成本，強(qiáng)化建設(shè)效率。設(shè)計(jì)只要合理，再對(duì)工藝精準(zhǔn)控制，通過(guò)嚴(yán)格管理，采用得當(dāng)措施來(lái)施工，就能強(qiáng)化樁基質(zhì)量，使其技術(shù)先進(jìn)，安全適用，經(jīng)濟(jì)合理。