后注漿灌注樁的地基加固機理及施工

胡 雪 婷

(山西省公路局晉中分局，山西 晉中 030600)

后注漿灌注樁的地基加固機理及施工

胡 雪 婷

(山西省公路局晉中分局，山西 晉中 030600)

介紹了灌注樁后注漿的地基加固機理及其技術(shù)特性,概述了樁底后注漿技術(shù)的施工工藝,并通過工程實踐證明:該技術(shù)實用性強,施工質(zhì)量易控制,具有顯著的經(jīng)濟和社會效益,且在我國有極大的應(yīng)用與推廣前景。

灌注樁，后注漿，地基，加固，施工

0 引言

隨著市政建設(shè)的迅猛發(fā)展，許多大型建筑在施工時會遇到不良土質(zhì)的地基土。由于建筑荷載大，地基土承載力不足，單一工藝的鉆孔灌注樁在很多工程中難以滿足承載要求。灌注樁后注漿技術(shù)克服了傳統(tǒng)灌注樁施工工藝中的固有缺陷，是一種新型的、科學(xué)的、先進的灌注樁輔助工法。該技術(shù)通過樁底樁側(cè)后注漿固化沉渣(虛土)和泥皮，并加固樁底和樁周一定范圍的土體，大幅提高樁的承載力，增強樁的質(zhì)量穩(wěn)定性，減小樁基沉降。同時，在施工中避免了產(chǎn)生噪聲、振動和土體擠壓，是一種綠色的樁基施工工藝。

灌注樁后注漿技術(shù)自20世紀80年代傳入我國，在我國得到蓬勃發(fā)展，成為了一種成熟的新型施工技術(shù)。2005年，列入我國建設(shè)部推廣應(yīng)用的新技術(shù)之一。2009年，“上海中心”主樓樁基工程施工中，為保證樁基安全，保護周邊的環(huán)境，成功采用了世界先進的“大直徑超深鉆孔灌注樁后注漿”工藝。 2011年，石武客專鄭州東站工程施工中，為提高承載力，采用了鉆孔灌注樁后注漿施工技術(shù)，是在我國黃河中游地區(qū)典型的黃土地質(zhì)的一次成功應(yīng)用。工程實踐表明，灌注樁后注漿工藝能夠比較顯著地提高單樁承載力，有效地節(jié)約工程成本，提高了工程施工的科技含量，有效地確保了工程質(zhì)量施工安全，是一種經(jīng)濟的，有推廣應(yīng)用價值的樁基形式。

1 灌注樁后注漿工藝的機理

灌注樁后注漿技術(shù)，就是待成樁且樁身達到一定強度后，通過預(yù)先埋設(shè)好的注漿管道，利用高壓將漿液注入樁底及樁體四周，通過漿液的滲入、劈裂、填充、擠密等作用，可使得漿液與樁周土體實現(xiàn)緊密結(jié)合，從而達到固化樁底沉渣和樁側(cè)泥皮的效果，能有效的提高樁體承載力并減少沉降。工程實踐表明，后注漿技術(shù)能夠有效減少樁基沉降30%左右。

注漿后單樁垂直承載力的提高與樁底和樁側(cè)土層性質(zhì)關(guān)系極大。灌注樁后注漿技術(shù)提高樁承載力，減少樁沉降量的作用機理見圖1。

提高樁端阻力。采用后注漿技術(shù)，將漿液注入樁底，會使得樁底沉渣的力學(xué)性能和樁尖及土體的邊界條件發(fā)生極大改善。當樁周土體為粗粒土?xí)r，由于漿液的滲入作用會使得土體強度大大提高，漿液的固化作用會將粗粒沉渣形成為中低強度的混凝土。當樁周土體為細粒土?xí)r，由于漿液的劈裂作用會使得土體和漿液共同形成為網(wǎng)狀加筋復(fù)合土體。當樁端處于非滲透性的基巖時，由于漿液的劈裂和擠密作用會使得樁端阻力得到極大提高。同時，后注漿技術(shù)會將原樁底形成為一個擴大頭，使得樁端受力面積大幅增加，這對提高樁端承載力效果十分顯著。

提高樁身側(cè)阻力。采用后注漿技術(shù)，在樁側(cè)注入的漿液與樁周土體實現(xiàn)緊密結(jié)合，以有效提高樁的側(cè)阻力。當樁底注漿作業(yè)完成后，隨著注漿量的持續(xù)增加，會使得部分漿液沿樁土界面向上移動。在高壓作用下，漿液會沖破泥皮滲入樁周土體，由于樁周土體受到的擠密加強作用，從而使得樁身側(cè)阻力顯著提高。同時，在樁底注漿可使得樁上抬而產(chǎn)生反向摩阻力，有效提高樁的承載性能。

在注漿過程中，由于受到注漿壓力的影響，部分樁端壓縮變形會提前完成，這對減少日后投入使用后的豎向變形意義重大。

2 后注漿技術(shù)的特性

灌注樁后注漿技術(shù)是灌注樁施工的一種輔助工藝，技術(shù)實用性很強，具有以下特性：

1)克服了傳統(tǒng)鉆孔灌注樁的缺陷(見圖2)。單一工藝的灌注樁得到了廣泛應(yīng)用，但由于成孔工藝的固有缺陷，也存在著一些問題，主要包括：樁側(cè)泥皮及應(yīng)力松弛，樁端沉渣及持力層擾動，樁身灌注混凝土質(zhì)量及同一場地鉆孔灌注樁豎向承載力離散性等問題，容易導(dǎo)致樁底沉渣和樁周泥膜等質(zhì)量安全隱患。后注漿技術(shù)可固化樁沉渣、泥皮，改變了虛土沉渣的物理化學(xué)力學(xué)性能及樁與巖層土體的邊界條件(見表1)。

2)大幅提高樁的承載力，有效減少沉降。以某工程樁端進入砂層區(qū)為例，比較注漿與未注漿對樁的承載性能的影響。由表1可以看出：

a.當采取樁底注漿法時，注漿后的單樁承載性能比不注漿大幅提升，提高幅度約為30%～60%；當采取的是樁側(cè)、底注漿法時，比僅在樁底注漿提高樁的承載性能還要提高10%以上，比不注漿提高的承載性能最高可達85%。

b.樁底進入砂層越深，采用后注漿技術(shù)提高的單樁承載性能幅度越大。因此，在施工中，使樁端進入砂層一定深度后，再采取后注漿技術(shù)會使得樁承載性能提高的效果更佳。

表1 后注漿與未注漿的承載性能對比

3)有效的節(jié)省工程造價，特別是對大直徑、超長樁的綜合效益特別顯著。與普通的灌注樁相比，采用后注漿技術(shù)能有效減少樁長和樁徑，避免對難以穿越土層的穿透，從而使得施工難度大大降低，施工速度加快。后注漿技術(shù)具有很強的適應(yīng)性，能適應(yīng)各種地質(zhì)土層及強、中風(fēng)化巖層。同時，預(yù)先埋設(shè)的注漿管能夠?qū)崿F(xiàn)一管三用，除用于注漿作業(yè)外，還可用于在聲波透射法下檢測樁身的完整性，同時能夠代替等強度的鋼筋。

4)后注漿作業(yè)工藝簡單，機具操作方便，技術(shù)優(yōu)勢顯著，推廣普及前景廣闊。

3 施工工藝

灌注樁后注漿技術(shù)適用于泥漿護壁鉆、挖孔灌注樁及干作業(yè)鉆、挖孔灌注樁，包括了樁底后注漿、樁側(cè)后注漿和樁底、樁側(cè)復(fù)式后注漿。在施工設(shè)計中，應(yīng)綜合地層土質(zhì)情況，結(jié)合考慮樁長、承載力等多種因素，合理選擇適用的注漿工藝。在我國施工中，樁底后注漿技術(shù)是使用最為廣泛的后注漿技術(shù)之一。

鉆孔灌注樁后注漿技術(shù)主要包括兩個步驟：一是鉆孔灌注樁施工；二是后注漿施工(見圖3)。本文以樁底后注漿技術(shù)為例介紹后注漿施工工藝。

1)制作注漿管。正確制作注漿頭是確保施工質(zhì)量的關(guān)鍵，要確保成樁后能順利開塞，注漿作業(yè)中不會發(fā)生堵塞。注漿管一般采用φ25 mm或φ30 mm的鋼管制作。由于管內(nèi)摩阻力會對注漿壓力造成影響，在對超長樁進行注漿時，建議采用內(nèi)徑較大的鋼管，如φ30 mm或φ38 mm的鋼管。制作注漿管時，注漿管分為端部花管、中部直管及上部接頭三部分。在注漿管端部花管的側(cè)壁上設(shè)置孔徑為6 mm～7 mm的出漿孔(見圖4)，并使用膠帶、塑料膜或橡膠膜等包裹好，用鐵絲等纏繞扎緊，防止?jié)B漏。

2)安裝下放注漿管。將兩根注漿管點焊在鋼籠內(nèi)圈上，花管端部應(yīng)與鋼籠底端齊平，焊縫應(yīng)飽滿、連續(xù)、密封性好。在確保注漿管之間良好對接的情況下，將注漿管內(nèi)注滿水并密封，連同鋼籠一起放入鉆孔內(nèi)。為防止施工中發(fā)生磕碰注漿管等情況，注漿管頂應(yīng)比地面低20 cm左右。

3)進行壓水試驗。壓水試驗是注漿作業(yè)中的一個重要環(huán)節(jié)，目的在于疏通注漿通道，確保注漿管道的可灌性和聯(lián)通性。在成樁3 d～7 d后，采用高壓水將注漿通道疏通，注漿口順利開塞是確保注漿成功的基礎(chǔ)。在壓水試驗中，一般將壓水量控制在0.2 m3～0.6 m3，壓水壓力控制在0.5 MPa～1.0 MPa為宜，壓水時間控制在3 min～5 min左右。

4)注漿施工作業(yè)，這是后注漿技術(shù)的最后環(huán)節(jié)，也是確保施工質(zhì)量的關(guān)鍵。為確保施工質(zhì)量，在注漿中對注漿壓力、漿液中的水灰比和水泥量進行控制極為重要。在注漿作業(yè)中，注漿起始壓力通常采用的是壓水壓力，終壓壓力一般是起始壓力的2倍～3倍。在進行水灰比控制時，遵循先稀漿，再中等濃漿，最后濃漿的控制原則。在地下水位以下時，水灰比按照(0.4～0.7)∶1的比例進行控制。在地下水位以上時，水灰比按照(0.7～0.9)∶1的比例進行控制。在施工設(shè)計中，上述三個指標應(yīng)綜合施工現(xiàn)場土質(zhì)、地下水位、樁長、施工機具等因素，結(jié)合壓水實驗數(shù)據(jù)合理確定，并不是固定不變的。

在施工設(shè)計中，在計算需注入的漿液體積時，應(yīng)綜合考慮樁端持力層特性和沉渣等多種因素合理確定。要結(jié)束注漿時，應(yīng)確保注漿壓力達到終壓壓力標準并穩(wěn)定一段時間，一般為10 min左右。同時，注入的漿液體積應(yīng)達到或超過設(shè)計要求。

在注漿過程中，當達到下列情況之一時，即可終止注漿作業(yè)：a.漿液的注入總量和終壓壓力均達到了設(shè)計要求。b.注漿總量達到或超過設(shè)計要求的75%，且注漿壓力值超過設(shè)計要求。

在注漿過程中，當出現(xiàn)下列情況之一時，應(yīng)立即改為間歇注漿或是將漿液的水灰比調(diào)低：a.注漿壓力長時間達不到設(shè)計要求。b.地面出現(xiàn)冒漿或周圍樁孔出現(xiàn)串漿現(xiàn)象時。當改為間歇注漿時，時間一般為30 min～60 min為宜。

4 結(jié)語

灌注樁后注漿技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)對樁底沉渣和樁側(cè)泥皮的有效加固，同時通過對樁周土體的滲入(粗粒土)、劈裂(細粒土)和壓密(非飽和松散土)等作用，實現(xiàn)提高地基承載力，減少樁基沉降的效果。同時，在施工中，后注漿具有低噪聲、低振動的優(yōu)勢，能夠在各種復(fù)雜的地質(zhì)條件下使用。該技術(shù)實用性強，施工質(zhì)量易控制，具有明顯的經(jīng)濟和社會效益，在我國具有極大的應(yīng)用和推廣前景。

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[2] 李 傲，謝春全.論建筑工程樁端后注漿灌注樁施工的要點[J].科學(xué)與財富，2013(7)：23-25.

[3] 徐如柏，楊文斌.后注漿灌注樁技術(shù)在高層建筑樁基工程中的應(yīng)用[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2012(18)：15-16.

On foundation consolidation mechanism and construction of post-grouting bored piles

HU Xue-ting

(JinzhongBranch,ShanxiRoadBureau,Jinzhong030600,China)

The paper introduces the foundation consolidation mechanism and technical features of the post-grouting bored piles, surveys the post-grouting construction craft, and proves by the engineering practice that the technique has higher application and its construction quality is easily controlled with better social and economic benefits, so it has broader application and extension in China.

bored pile, post-grouting, foundation, consolidation, construction

2014-07-12

胡雪婷(1980- )，女，工程師

1009-6825(2014)27-0083-03

TU473.14

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