采用鉆孔灌注樁后注漿工藝條件下圓礫層的樁端設計參數取值探討

沈華駿，周愛其

(杭州市勘測設計研究院，浙江 杭州 310012)

1 前言

杭州城區場地大部分布有中密－密實狀的圓礫層且層厚較大，其中上層圓礫一般分布在高程 －30 m～－45 m，性質以中密－密實狀為主;下層圓礫一般分布在高程－45.0 m以下，性質以密實狀為主。圓礫層以下主要為基巖層。

一般大型建筑樁基礎采用以上述圓礫層為樁端持力層。但隨建筑高度提高，荷載增加，采用以圓礫層為樁端持力層的普通鉆孔灌注樁、日益難以滿足上部荷載和變形控制設計的需要。但若采用圓礫層下部的風化基巖層為樁端持力層則帶來的施工難度及增加的工期及經濟成本均很大。鉆孔灌注樁后注漿工藝的出現則較好地解決了上述問題。

鉆孔灌注樁后注漿技術是指灌注樁成樁一定時間后，通過預設在樁身內的注漿導管及與之相連的樁端、樁側注漿閥注入水泥漿，使樁端樁側土體(包括沉渣和泥皮)得到加固，從而提高單樁承載力，減少沉降。這種方法可以起到兩方面的作用:一是加固樁底沉渣和樁側泥皮;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(非飽和松散土)注漿起到加固作用，增強樁側阻力和樁端阻力，從而提高了單樁承載力，能滿足設計需要。

注漿后的樁側阻力和樁端阻力較未注漿有較大程度的提高，但具體取值則沒有一個準確的計算公式，其值一般由勘察單位或設計單位提出，隨意性較大。本文擬通過杭州圓礫層中采用鉆孔灌注樁后注漿工藝的工程實例，提出了杭州地區在采用后注漿工藝條件下的圓礫層樁端設計參數取值建議，供同類工程勘察評價和設計取值時借鑒。

2 鉆孔灌注樁后注漿工藝研究現狀

浙江大學張忠苗教授等撰寫的《灌注樁后注漿技術及工程應用》對后注漿工藝進行了系統研究，但對注漿后的具體取值大小，仍沒有一個具體參數可以借鑒［1］。

浙江省地方標準《地基基礎設計規范》(DB33/1001－2003)中提出在圓礫層中后注漿比末注漿的單樁豎向承載力能提高1.3倍以上。鑒于各個建筑實際有效樁長差異很大，這類提法對于實際工程指導意義有限［2］。

建設部行業標準《建筑樁基技術規范》(JGJ94－2008)中提出在圓礫層中后注漿比未注漿樁端承載力3.2倍～4.0倍，樁側阻力提高2.4倍～3.0倍。但鑒于杭州地區的圓礫層未注漿前的樁端承載力勘察單位提供數值一般遠大于規范相應上限，這樣采用規范中的注漿后提高幅度值相應技術風險就很大［3］。

3 解決方法

一般而言，鉆孔灌注樁樁端承載力qpk值，在很大程度上取決于樁底沉渣的存在及厚度。當采用鉆孔灌注樁后注漿工藝后，可以近似認為樁端沉渣量為零。此時，鉆孔樁樁端工況條件可近似于預應力管樁的工況。由此，在采用樁端后注漿工藝后，其樁端設計參數可以類比參照預應力管樁的相關參數。根據浙江省地方標準《地基基礎設計規范》(DB33/1001－2003)中附錄N，預應力管樁在中密～密實狀狀圓礫層的樁端承載力極限值可取用6000 kPa～9000 kPa。根據建設部行業標準《建筑樁基技術規范》(JGJ 94－2008)中5.3.5條，預應力管樁在中密～密實狀圓礫層的樁端承載力極限值可取用9500 kPa～11500 kPa。

鑒于樁端后注漿工藝中影響樁端極限承載力的不確定因素較多，由此注漿后的樁端極限承載力可認為較為接近預應力管樁的下限。

來福士廣場場地土力學性質指標表 表1

4 工程實例

杭州錢江新城地區作為杭州的中央商務區，高層、超高層建筑林立，后注漿工藝采用較多，通過對其載荷試驗分析可較為準確地把握圓礫層在注漿后樁端設計參數取值規律。

工程實例1:

杭州來富士廣場，占地面積約4萬平方米，主體項目有兩棟高度約250 m塔樓與建筑面積約12萬平方米的裙房組成，設3層地下室。采用φ600(裙房及地下室)及φ800(塔樓)鉆孔灌注樁，并進行了樁底后注漿，基樁基本為滿堂布置。采用慢速堆載法進行現場靜載試驗，試樁的鉆孔樁均采用○124圓礫層為樁端持力層，進入○124圓礫層深度為12 m。相關場地地層力學性質指標如表1所示。靜載試驗采用鋼筋計、軸力計測試樁身軸力與側摩阻力。其中最下部軸力計埋設在樁端以上0.6 m位置。基樁直徑均為800 mm，樁長均為 52.6 m，要求樁端進入○124圓礫層。通過靜載試驗資料，TP1a注漿后單樁豎向抗壓承載力約為 15000 kN，等效樁頂位移 36.94 mm。TP2注漿后單樁豎向抗壓承載力約為15000 kN，等效樁頂位移37.99 mm。TP3注漿后單樁豎向抗壓承載力約為15000 kN，等效樁頂位移35.16 mm。相關靜載試驗曲線如圖1所示，加載軸力分布表如表2所示。

圖1 杭州市來福士廣場靜載試驗曲線

來福士廣場試樁加載軸力分布表表2

其樁端的－52 m處軸力計顯示數值在6435 kN～7143 kN之間，主要是由于試樁時，單樁注漿量的不同造成的。試樁時，樁的數量較小，后注漿難以形成群樁效應。當扣去樁最后0.6 m的側摩阻力，其樁端承載力極限值在6350 kN～7025 kN之間，對應圓礫層后注漿樁端承載力極限值可達12000 kPa以上。注漿后效果相當于地質勘察報告中提供的注漿前樁端極限承載力2.6倍以上。

工程實例2:

杭州華潤新鴻基一期工程，該工程為住宅大底盤(地下車庫、中心會所)及3幢45層～46層塔樓組成。總建筑面積146981 m2。采用φ800(塔樓)鉆孔灌注樁，并進行了樁底后注漿。試樁采用了樁基自平衡法進行靜荷載試驗進行現場試驗，試樁以⑧2層為樁端持力層。場地地層力學性質指標如表3所示。

杭州華潤新鴻基一期場地土力學性質指標表 表3

進行自平衡的荷載箱埋設在樁端以上2.0 m位置，通過靜載試驗資料，直徑為800 mm的SZ09試樁，注漿后荷載箱實測下段樁極限承載力在5500 kN(對應位移34.57 mm)，扣除最后2.0 m的側阻力數值，對應⑧2圓礫層樁端極限承載力注漿后可達9600 kPa，注漿后相當于地質勘察報告中提供的注漿前樁端極限承載力2.2倍。注漿后單樁豎向抗壓承載力約為12060 kN，等效樁頂位移 35.83 mm。直徑為1000 mm的SZ07試樁，注漿后荷載箱實測下段樁極限承載力在6500 kN(對應位移22.82 mm)，扣除最后2.0 m的側阻力數值，對應⑧2圓礫層樁端承載力極限值注漿后可達7700 kPa(考慮了大直徑樁的樁端承載力折減因素)，注漿后相當于地質勘察報告中提供的注漿前樁端極限承載力的1.8倍。注漿后單樁豎向抗壓承載力約為14120 kN，等效樁頂位移24.61 mm。相關靜載試驗曲線如圖2所示。

圖2 華潤新鴻基一期項目靜載試驗曲線

通過對比來福士廣場與華潤新鴻基一期項目，可以發現5組試樁的圓礫層在注漿后的樁端極限承載力大小存在差異，其數值在 7700 kPa、9600 kPa、12000 kPa，這主要由于①部分試樁試驗未進行破壞試驗;②鑒于試驗數據來源均為試樁，場地未進行大面積樁的施工，由此造成各個試樁的注漿工藝(如注漿壓力及注漿量)差異較大。

對于大面積的鉆孔灌注樁在采用后注漿工藝時，基本消除了試樁時注漿量及注漿壓力的差異問題，其注漿后的樁端極限承載力一般要大于試樁時的取值。因此，對于采用后注漿工藝一般條件下(類似于華潤新鴻基一期項目)，對于圓礫層建議樁端極限承載力當按8000 kPa取用，這一數值也基本相當于以圓礫層為樁端持力層的預應力管樁的樁端承載力極限值下限值，這與注漿后的圓礫層樁端承載力特性的實際工況也是相符的。

當后注漿工藝采用工藝水平較高(如大壓力，大注漿量)時，圓礫層在采用鉆孔灌注樁后注漿工藝條件下樁端設計參數可提高至9000 kPa～10000 kPa(類似于來福士廣場項目)，但具體數值應結合試樁成果確定。

5 結論

(1)采用鉆孔灌注樁樁底后注漿工藝能有效提高單樁承載力，減小基樁沉降量。

(2)杭州城區場地下的中密－密實狀的圓礫層在采用鉆孔灌注樁后注漿工藝時，在一般工藝條件下，樁端極限承載力可取用8000 kPa。當后注漿工藝采用工藝水平較高(如大壓力，大注漿量)時，其樁端極限承載力設計參數可提高至 9000 kPa～10000 kPa，但具體數值應結合試樁成果確定。

［1］張忠苗等著.灌注樁后注漿技術及工程應用［M］.北京:中國建筑工業出版社，2009

［2］DB33/1001－2003.地基基礎設計規范［S］.

［3］JGJ 94－2008.建筑樁基技術規范［S］.