鉆孔灌注樁樁端后注漿施工技術應用及質量控制措施

黃義淳

(廣東省水利電力勘測設計研究院有限公司，廣東 普寧 515300)

1 工程概述

1.1 基本情況

本工程在廣東省潮州市饒平縣，主要目的是供水，利用韓江干流潮州供水樞紐庫區(qū)意東堤河段進行地表水的抽取，通過輸水管和加壓泵站向錢東水廠和饒平黃岡水廠輸送原水，范圍包括饒平縣的黃岡、大埕、海山等鎮(zhèn)。該地區(qū)降雨主要在4—9月，平均降雨量為1712 mm。

1.2 鉆孔灌注樁施工過程

該工程的鉆孔灌注樁通過隔打方式進行施工，采用導管法實現(xiàn)水下混凝土的灌注，鋼筋籠均為現(xiàn)場加工。在保證場地平整的基礎上，通過“十字交叉法”確定樁基中心位置，并利用GPS技術獲得鉆孔樁中心和控制樁，二者均在監(jiān)理復核后投入使用[1]。護筒由4～8 mm鋼板制作而成，頂部比地面高30 cm，通過十字中心吊錘法矯正。在進行護筒埋設時，其周邊和底部附近的超挖范圍控制在20～30 cm，同時回填了黏土加以分層夯實，以保證鉆進過程中護筒不會出現(xiàn)位移、泥漿漏失等現(xiàn)象[2]。鉆機底座在安裝時通過支墊確保平穩(wěn)，避免發(fā)生沉陷或位移。鉆架就位后，以水平尺來校正轉盤和施工平臺水平度，對于護筒與轉盤，兩者的中心偏差控制在20 mm以內。泥漿池為磚砌結構，主要作用是制作泥漿，同時在管道與泥漿泵之間達成一個循環(huán)，以對孔內的護壁泥漿進行適當?shù)卣{節(jié)和補充。在護筒口與泥漿池相銜接的位置，布設了流槽，并按照一定的時間周期撈除槽內淤砂。泥漿池旁設置有互通的沉淀池，主要功能是幫助泥漿中的砂和巖渣進行沉淀。整個泥漿循環(huán)的過程如圖1所示。

開鉆前，在鉆桿位置配備了導向裝置，同時在鉆進過程中，注入孔口和排出孔口泥漿比重分別控制在1.15 g/cm3和1.30 g/cm3以下，黏度范圍分別是18～22和20～60。泥漿管理組織專人進行，以確保鉆進需要，廢漿由儲漿池儲存后經排污車實現(xiàn)外運排放[3]。正常鉆進過程中，樁基混凝土終凝接近完成時才對該樁基鉆孔。鉆進作業(yè)均連續(xù)進行，并保證拆除和加接鉆桿時快速且符合施工規(guī)范。鉆孔深度必須在設計深度之上，樁位偏差控制在5 cm以內，垂直偏差小于樁長的1/200[4]。為確保鋼筋骨架準確安放，采用換漿清孔法立即進行清孔處理，即到達終孔后便不再進尺，清孔后沉渣厚度在5 cm以下并且嚴禁超鉆。鋼筋籠分節(jié)制作，單面焊焊縫長在10 d以上，同一斷面接頭小于50%，同時確保相鄰兩斷面間距在1 m以上[5]。為保證清孔質量，實施第二次清孔，以抽、換孔內泥漿，最大程度減少孔底沉淀厚度。完成二次清孔后，在30 min內灌注混凝土。

2 后注漿技術應用過程及策略

2.1 技術原理

在介紹工程概況及其鉆孔灌注樁施工過程之后，分析后注漿技術的應用策略。后注漿技術是在混凝土成型之后，通過高壓促使?jié){液注入灌注樁身的四周，而后漿液會充斥在樁側周圍土體間的固有孔隙內，實現(xiàn)一定的滲透效果。同時，由于高壓會持續(xù)作用一段時間，漿液必然對泥皮造成劈裂，二者的充分結合則會加固樁周圍的土體，從而增大承載力。

2.2 施工工藝

后注漿在成樁2 d后開始施工，不能晚于成樁30 d后。在成樁作業(yè)點與注漿作業(yè)之間，二者的距離保持在8～10 m以上，注漿順序按照先樁側后端側進行。對于樁側的注漿作業(yè)，按照先上后下進行，并且間隔時間控制在2 h以上。在鉆孔灌注樁后通過樁底、樁側復合方法進行壓漿，注漿采用一般的硅酸鹽水泥，將P·O 42.5水泥作為配比材料，經過現(xiàn)場試驗，水灰比調配定為0.55，同時選擇Φ25 mm焊管作為壓漿管。水泥漿攪拌機、BW150型壓漿泵、0.5 m注漿筒和10 MPa量程壓力表作為主要工器具[6]。其他輔助材料包括三通、鐵絲、膠帶等。

2.3 施工流程

首先是注漿管的制作，將兩根注漿管與鋼筋籠共同下入孔內，時間節(jié)點為成孔之后。注漿管是一般的焊接鋼管，上端配備管箍，并通過管堵封堵。在注漿管的下端，配備有漿閥，其底部2 m以內安放了注漿孔，呈梅花狀排列，并借由編織袋綁扎。為確保注漿管底端的編織袋與注漿閥不會被打開，在下鋼筋籠后，事先在混凝土灌注前添加碎石0.2～0.5 m2用以掩蓋注漿閥，保護其不被混凝土所包裹。在鋼筋籠中，緊緊貼在籠內側的是注漿管，其與籠之間通過鐵絲綁扎，同時管與管之間緊密相連以避免滲漏。后注漿管在籠中保持豎直。全部下放完成后，在管內注滿清水，利用堵頭封閉，防止混凝土澆筑過程造成的堵塞。樁身混凝土澆筑2 d之后，立即開展注漿施工，并進行預壓裂通道的操作工序，以打通注漿通道[7]。而后進行壓水試驗，主要目的是對整個系統(tǒng)的完好率及密封性進行檢查，驗證注漿的相關參數(shù)，同時疏通注漿管，驗證注漿管之間的連通性。注漿施工的主要工藝流程如圖2所示。

圖2 注漿施工的主要工藝流程

在注漿過程中，單樁所預設的柱狀量是1.5 m3，注漿速度保持在50～75 L/min范圍內，初始注漿壓力為0.5～1.0 MPa，最大為3.0 MPa，正常范圍在1.5～2.0 MPa之間，同時穩(wěn)壓時間維持在15 min附近。注漿流量在75 L/min以內，終止工作壓力由注漿點深度和土層性質決定，粉土、風化巖等為5～10 MPa。注漿施工為純壓式灌漿，將其中一根注漿管與地面注漿系統(tǒng)相連，余下注漿管絲則保持打開狀態(tài)，并壓入一定的清水，對注漿腔室進行沖洗。當清水流出后，即注入水泥漿液，直到另一注漿管出現(xiàn)水泥漿液時才停注，隨后配備以絲堵并又開始注漿，直到壓力到達1.5 MPa，穩(wěn)定15 min堵上。再更換了另一注漿管并添加水泥漿液，直到壓力在1.8～2.0 MPa內保持15 min穩(wěn)壓，完成此部分注漿工作。單樁注漿量根據式(1)計算得到。

Gc=ndαs+dαp

(1)

式中：Gc為注漿量，t；n為樁側注漿斷面數(shù)；d為基樁設計直徑，m；αs為樁側注漿量經驗系數(shù)；αp為樁端注漿量經驗系數(shù)。注漿終止的條件有兩條，滿足其一即可。一是注漿壓力和總量滿足設計要求，二是注漿總量能夠占到設計值的75%，同時滿足注漿壓力大于設計值的必要條件。

3 樁端后注漿施工技術質量控制措施

3.1 確定基本情況

注漿技術施工質量的保證首先需要明確其應用原則，即“壓漿量把控為主，輔以注漿壓力控制”。在該項技術施工前，相關管理及組織人員必須全面分析施工現(xiàn)場及工程項目作業(yè)條件，科學計算全部施工參數(shù)，保證各種控制指標均在合理范圍內。在樁端地質主要是礫石層或卵石層時，施工過程的控制指標是注漿量，同時將注漿壓力和注漿量保持在偏大范圍。為進一步確保后注漿施工質量，大幅度提高單樁承載力，保證注漿質量合格，研究制定的質量控制措施基本情況如圖3所示。

圖3 質量控制措施的基本情況

3.2 嚴格過程管理

在注漿施工前就對施工方案進行編制。在編制泥漿灌注樁施工方案的同時，設置后注漿技術的專項施工方案。后注漿施工前，對后注漿工藝質量進行交底，對施工班組進行質量把控的宣傳[8]。同時，根據相關規(guī)范標準，將孔深、垂直度和孔徑作為重點控制對象，積極了解孔內情況，對漏水、塌孔等現(xiàn)象進行深度排查，以方便后注漿施工過程中相應技術措施的準確應用。對于施工現(xiàn)場的設備及材料，組織相應人員詳細檢查、驗收，保證鋼筋材質和水泥材質檢驗報告、壓力表檢定證書等符合規(guī)范[9]。嚴格把控注漿設備、注漿管制作，對高壓注漿泵進行試運行，同時檢查孔距、漿頭長度及孔距等，特別是在安裝注漿管時，確保鋼筋籠與注漿管之間的連接牢固，同時封閉包裹注漿頭。對注漿管的放置、對接部位漏氣、漏水等情況進行嚴格核對，并確保上下管口封堵嚴實[10]。嚴格根據所設計的水灰比進行漿液調制，如需調整，及時向監(jiān)理通報確認，按照土的滲透性和飽和度，水灰比控制在0.5～0.7范圍內。整個注漿過程，嚴格遵循先小后大、緩慢加壓要求，并把控好注漿壓力，最后對所有樁的注漿情況做好詳細記錄，以便于問題出現(xiàn)時及時應對。

4 樁端后注漿技術應用效果分析

研究通過分析具體工程的鉆孔灌注過程，提出了后注漿技術的實際運用流程及質量控制措施。為驗證樁端后注漿技術的應用效果，研究通過Φ600 mm和Φ700 mm的樁徑，分別進行3組對比試驗，并在每組試驗中的一個勘探孔周圍安放2根鉆孔灌注樁。在每2根鉆孔灌注樁中，均有1根運用了樁端后注漿工藝。成樁7～10 h和24 h，分別實施首次和第二次清水劈裂。成樁5 h后實施注漿，水灰比為0.55，第一次和第二次注漿分別是總注漿量的70%和30%。

4.1 承載力對比

圖4是Φ700 mm樁徑注漿與未注漿的承載力對比結果。橫坐標為樁號，其中1-1表示未使用后注漿技術，而帶有“B”后綴的樁號則代表使用了后注漿技術?？梢园l(fā)現(xiàn)，入持力層深度為11 m和12 m的Φ700 mm未注漿單樁承載力均小于或等于入持力層深度為4 m的后注漿單樁承載力。在試樁結果的極差小于或等于平均值的30%時，單樁極限承載力即為平均值。所以Φ700 mm未注漿極限承載力是9000 kN，后注漿為10 000 kN，同時樁端后注漿與未注漿相比，樁頂位移相差較小。說明在相同承載力下，通過樁端后注漿技術實現(xiàn)了Φ700 mm灌注樁樁長7～8 m的縮減，即該項技術能夠消除樁側泥皮和樁端沉渣對承載力的消極影響，從而較大程度提高單樁承載力。

圖5是Φ600 mm注漿與未注漿的灌注樁承載力對比結果?？梢钥闯?，3 m入持力層深度的Φ600 mm后注漿中，有2根單樁承載力分別是8150 kN和7010 kN，均高于7.5 m入持力層深度的Φ600 mm未注漿單樁承載力，僅有一根的承載力為6380 kN，低于未注漿的7820 kN。未注漿的Φ600 mm單樁極限承載力大約是6920 kN，注漿后為7170 kN，并且兩者的樁頂位移相比基本相當。說明在相同承載力條件下，Φ600 mm灌注樁在后注漿技術幫助下縮減了4～5 m的有效樁長。根據樁徑為Φ600 mm和Φ700 mm的后注漿技術應用與否的試驗可知，樁端后注漿技術能夠有效增加單樁承載力，并且減短了入持力層深度、降低了施工難度。

圖5 Φ600 mm樁徑注漿與未注漿的灌注樁承載力對比結果

4.2 消耗時間對比

圖6表示樁端后注漿技術應用與未應用的成孔消耗時間對比。圖6(a)是不同樁號的樁長統(tǒng)計情況，圖6(b)則包含了成孔耗時、土層和巖層進尺率、土層和巖層耗時結果?？梢园l(fā)現(xiàn)，在鉆孔灌注過程中，巖層進尺速率大概是1.0 m/h，土層進尺速率為4.3 m/h，在樁長不斷增加的情況下，成孔效率呈逐步下降的趨勢。據此可知，46 m樁長成孔施工消耗的時間大概是19 h，在應用后注漿技術后，對應承載力的樁長能夠減少到39 m，同時成孔消耗時間在12.8 h左右。通過計算得到，每根樁成孔施工能夠縮減6.2 h左右的時間，時間節(jié)約的比例約為32.9%。而后注漿技術是在成樁后5～7 d內應用于工程中的，并不會影響總工期，所以樁端后注漿技術能夠實現(xiàn)樁長的減短，并極大縮短工期，從而更好滿足施工要求，提高施工效率。

圖6 樁端后注漿技術應用與未應用的成孔消耗時間

5 結 論

建筑工程規(guī)模的日益擴大對鉆孔灌注樁施工技術提出了更高的要求。研究以廣東省潮州市饒平縣的某供水工程土建為對象，通過分析該工程鉆孔灌注過程，提出了樁端后注漿技術的應用策略和質量控制方案，最后利用不同樁徑的對比試驗進行了技術應用效果的驗證。結果表明，在承載力相同的情況下，Φ700 mm未注漿極限承載力是9000 kN，后注漿為10000 kN，樁長減小了7～8 m；未注漿的Φ600 mm單樁極限承載力大約是6920 kN，注漿后為7170 kN；應用后注漿技術后，成孔時間節(jié)約的比例約為32.9%，說明樁端后注漿技術應用方案有效增加了樁端阻力和單樁極限承載力，能夠更好滿足施工要求。