后注漿技術提高鉆孔灌注樁承載力的分析

李繼廣，劉彥祥

（1.中交第一航務工程勘察設計院有限公司，天津300222；2.交通部天津水運工程科學研究所，天津300456）

隨著土木工程向大型化、群體化發展，傳統單一工藝的灌注樁已滿足不了工程的要求。為提高鉆孔灌注樁單樁豎向極限承載力，提出了后注漿技術［1-3］。鉆孔灌注樁后注漿技術是成樁時在樁底或樁側預置注漿管路和注漿裝置，待樁身達到一定強度后，通過注漿管路，利用高壓注漿泵壓注以水泥為主劑的漿液，對孔底沉渣和樁側泥皮進行固化，從而消除傳統灌注樁施工工藝固有的缺陷，以達到提高樁的承載力、減少沉降量的一種科學先進的技術方法［3］。

樁端壓力注漿于1958年在委內瑞拉修建Maracaibo大橋基樁中首次運用［3］，之后在世界多個國家（如泰國、意大利、法國等）得到廣泛應用。樁端后壓漿技術在我國的應用始于20世紀80年代初，1983年在北京崇文門7號樓首次應用［3］。進入20世紀90年代，樁端壓力注漿技術在國內得到蓬勃發展。近年來，鉆孔灌注樁樁端后注漿技術在我國橋梁（如黃河二橋、東海大橋、潤揚大橋、蘇通大橋、杭州灣大橋等）樁基礎中得到了廣泛應用。

1 工程概述

某工程擬建筒倉內徑為40 m，筒倉高度43 m，單倉容量3萬t，單倉總重量約5.2萬t（包括物料重量），擬采用直徑為1 000 mm的后注漿鉆孔灌注樁基礎，樁長55.0 m，經計算每根樁單樁豎向抗壓極限承載力為11 000～12 000 kN。

根據地質勘查資料計算結果，單樁極限抗壓承載力約為7 600 kN，遠不能滿足筒倉承載力要求，故在本工程中引入后注漿技術以提高單樁承載能力。

為了檢驗后注漿技術在提高本工程單樁承載力方面的效果，在該場地進行了普通鉆孔灌注樁、樁端后注漿鉆孔灌注樁和樁端樁側復式后注漿鉆孔灌注樁3種樁的施工，每種類型樁各2根，采用同樣樁長、樁徑及同樣強度混凝土，并通過靜載試驗進行對比，為大型筒倉群工程的實施提供必要的技術支持。

2 工程地質情況

根據野外鉆探和土工試驗成果，在該場地勘察最大揭露深度80.0 m范圍內地層主要為：新近沖填土層（Q42ml）、第四系全新統海相沉積（Q4m）及上更新統海陸交互相沉積（Q3mc）形成的粉砂、粉土、粉質粘土、淤泥質粘土及粘土層，按其成因、巖性特征及物理力學性質［4］共分為15層，各層土的巖性特征、分布規律見表1。

表1 綜合地質情況Tab.1 Comprehensive geological condition m

根據地基土物理力學性質指標，建議以第11○層粉土作為樁端持力層，樁端入土深度約55.0 m，依據規范［4］，提出鉆孔灌注樁極限側阻力標準值qsik及樁端阻力標準值qpk（表2）。

表2 鉆孔灌注樁極限側阻力標準值qsik及極限端阻力標準值qpkTab.2 Ultimate shaft resistance qsikand ultimate tip resistance qpkof bored pile kPa

3 鉆孔灌注樁后注漿技術及加固機理

3.1 工藝簡介

在鋼筋籠上預設注漿鋼管及注漿閥，成樁后5～30 d內，采用高壓泵將漿液通過注漿管和單向閥壓入樁底、樁側。后注漿的加固效應包含2方面［1，4］：一是加固樁底沉渣和樁身泥皮；二是對樁底和樁側一定范圍的土體通過滲入（粗粒土）、劈裂（細粒土）和壓密（松軟土）注漿起到加固作用，從而增強樁側阻力和樁端阻力，提高單樁承載力，減小沉降。

3.2 承載力增強機理［1］

（1）固化效應：沉渣和泥皮被固化；伴隨擴底和擴徑效應。

（2）充填膠結效應：粗粒土（卵礫、粗中砂）因滲入注漿被膠結。

（3）加筋效應：細粒土（粘性土、粉土、粉細砂）因劈裂注漿形成加筋復合土。

3.3 注漿實施情況

（1）水泥采用 P.S.A 32.5，水灰比 0.6～0.7［4］。

（2）注漿量和注漿壓力見表3。

（3）注漿實施過程中，未出現漿液溢出、周圍樁串孔、注漿壓力低等情況。

表3 注漿參數匯總表Tab.3 Grouting parameters

4 單樁豎向抗壓靜載荷試驗

檢測方法［5-8］：對于普通灌注樁采用錨樁法、慢速維持荷載法；對于樁端后注漿灌注樁、復式后注漿灌注樁，采用錨樁堆載聯合法、慢速維持荷載法。

錨樁法反力裝置由錨樁、鋼梁、千斤頂組成；錨樁堆載聯合法反力裝置由錨樁、堆載物、鋼梁、千斤頂組成，荷載由油泵通過千斤頂施加于樁頂，采用荷載傳感器控制荷載的施加，樁頂垂直位移由容珊式位移傳感器測得，最終經JCQ503C靜力載荷測試系統對資料進行處理后得到各樁的相關測試數據。試驗過程嚴格按照規范［4］要求進行，試驗結果見表4。

表4 單樁豎向抗壓試驗結果匯總表Tab.4 Results of single pile vertical compression

單樁的豎向極限承載力標準值［4，6］是指單樁在豎向荷載作用下，達到破壞狀態前或出現不適合繼續承載的變形時，所對應的最大荷載，它取決于對樁的支承阻力和樁身材料強度（樁身承載力）。依據規范［4］要求，結合試驗資料確定單樁的豎向極限承載力標準值。本次試驗資料均采用JCQ503C靜力載荷測試系統，經資料處理后得到各測試樁的單樁極限抗壓承載力。

根據規范［6］要求，在參加統計的試樁結果中，極差不超過平均值的30%時，取其平均值作為單樁豎向抗壓極限承載力；單位工程同一條件下的單樁豎向抗壓承載力特征值是按本方法得到的單樁承載力統計值的一半。

由此得到試驗結果：普通灌注樁單樁豎向抗壓極限承載力統計值為8 360 kN，單樁豎向抗壓承載力特征值為4 180 kN；樁端注漿樁單樁豎向抗壓極限承載力統計值為14 000 kN，單樁豎向抗壓承載力特征值為7 000 kN；樁端樁側復式注漿樁單樁豎向抗壓極限承載力統計值為15 400 kN，單樁豎向抗壓承載力特征值為7 700 kN。由表4可知：最終荷載是試驗達到最后的荷載值，單樁極限抗壓承載力是單樁在豎向荷載作用下，達到破壞狀態前或出現不適合繼續承載的變形時前一級的荷載，是計算值，通常情況下最終荷載大于其對應單樁極限抗壓承載力。

5 結論與建議

通過靜載荷試驗比對，樁端注漿樁比普通灌注樁單樁豎向抗壓極限承載力提高了67%，樁端樁側復式注漿樁比普通灌注樁單樁豎向抗壓極限承載力提高了76%；樁端樁側復式注漿樁比樁端注漿樁單樁豎向抗壓極限承載力提高了10%，后注漿技術在該工程中效果突出，承載力滿足大噸位筒倉設計要求，可以節省大量資金，具有明顯的社會效益和經濟效益。

后注漿技術在我國起步較晚，目前尚未形成一套成熟完善的理論，因此進一步研究鉆孔灌注樁的后注漿技術具有重要的現實意義。

本工程為試驗研究工程，各施工方在各自施工程序中均嚴格按照既定的方案操作，因此在后注漿工藝實施前，必須嚴格控制成樁質量以及注漿工藝流程，嚴格控制注漿壓力、水泥砂漿水灰比及用量，對樁基完整性進行檢測且無嚴重缺陷是保證后注漿技術獲得預期效果的前提條件［4］，否則無法達到預期的承載力效果，并且留下嚴重的安全隱患。

［1］沈保漢.地基基礎論文論著選集——樁基與深基坑支護技術進展［M］.北京：知識產權出版社，2006.

［2］卓維松.用后注漿技術加固樁基的工程實例［J］.山西建筑，2005（12）：76-77.ZHUO W S.The Practical Example of Strengthening Pile Foundation with Post-grouting Technology［J］.Shanxi Architecture，2005（12）：76-77.

［3］王秀哲，龔維明，薛國亞，等.樁端后注漿技術的研究現狀及發展［J］.施工技術，2004，33（5）：28-31.WANG X Z，GONG W M，XUE G Y，et al.Current Research Status and Development of the Pile-end Post-grouting Technology［J］.Construction Technology，2004，33（5）：28-31.

［4］JGJ94-2008，建筑樁基技術規范［S］.

［5］李選棟，王巨濤.鉆孔灌注樁后注漿技術在橋梁工程中的應用展望［J］.市政技術，2008，26（5）：399-401.LI X D，WANG J T.Application Preview on Post-grouting Technique of Bored Cast-in-place Pile for Bridge Project［J］.Municipal Engineering Technology，2008，26（5）：399-401.

［6］JGJ106-2003，建筑基樁檢測技術規范［S］.

［7］JTJ255-2002，港口工程基樁靜載荷試驗規程［S］.

［8］GB50021-2001，巖土工程勘察規范［S］.