注漿成型螺紋樁施工工藝及承載特性試驗研究*

上海建工四建集團有限公司 上海 201103

0 引 言

鉆孔灌注樁由于承載力大、入土深度深，對周圍環境影響小，施工設備簡單輕便等優點而應用廣泛。該樁型的缺點是樁土結合力小，樁身強度富余量大，材料利用效率低。為了提高鉆孔灌注樁的承載力，目前常用的方法主要有兩大類。一是改變樁身截面形狀，如變截面樁；二是改變樁土接觸面力學性質，如后注漿工法。常見的變截面樁有擴底樁和擠擴支盤樁（DX樁）、傳統螺紋樁等。后注漿工法包括樁側和樁端后注漿技術。

改變樁身截面需要大型的成樁設備，費用高，施工工藝復雜；且軟土地區土質較差，很難在土層中形成變截面空間，導致該方法的適應性受到限制。

后注漿工法同樣存在缺陷，在高地下水位的土中或者土層中存在滲流通道時，容易發生漏漿跑漿現象，漿液隨地下水擴散、滲透或者沿滲流通道流失，這使得后注漿工法的可靠性相對較差。

本文在此研究背景基礎上提出了一種新的樁型——注漿成型螺紋鉆孔灌注樁，錢建固等人在試驗室對該種樁型的接觸面特性進行了試驗研究，得出了許多有意義的結論[1]。本文重點探討了該種新樁型工藝的可靠性和在工程現場的承載特性，通過兩類工程的應用，對比了同樁徑的普通工程樁和注漿成型螺紋樁的承載力大小。

1 施工工藝及流程[2]

注漿成型螺紋鉆孔灌注樁施工工藝原理與鉆孔灌注樁施工工藝原理基本相似，只是增加了注漿成型裝置加工、安裝以及注漿成型環節。注漿成型螺紋鉆孔灌注樁施工是傳統鉆孔灌注樁工藝與注漿成型螺紋工藝相結合的新工藝，即首先利用傳統鉆孔灌注樁工藝施工鉆孔灌注樁，然后將高壓水泥漿注入預先布置在鋼筋籠外的螺旋形土工布袋內，土工布袋擴張擠壓鉆孔灌注樁周圍土體，最終在鉆孔灌注樁周圍形成水泥螺紋。注漿成型螺紋鉆孔灌注樁施工總體工藝流程如下：

（a）利用鉆孔灌注樁施工工藝成孔；

（b）在鋼筋籠上螺旋纏繞漿體填充袋，漿體填充袋內部插入注漿管；

（c）將綁扎好螺旋填充袋的鋼筋籠下放到成孔中，并往里灌注混凝土；

（d）進行混凝土養護后，對漿體填充袋注漿，使其在內部注漿的充填下形成飽滿的螺旋形結構體，其露在灌注樁外圍部分將嵌入到周圍土體中，形成咬合作用。

注漿成型螺紋樁的施工工藝是在傳統鉆孔灌注樁的工藝基礎上增加2 個環節，一是在下放鋼筋籠之前安裝注漿管路系統，即螺旋纏繞土工管袋；二是在混凝土澆筑完成后8～12 h，通過注漿管路系統對土工管袋進行注漿，使之膨脹擴充，產生附加螺旋體結構。

2 工藝試驗

為了檢驗注漿成型螺紋樁注漿系統的穩定性和注漿后螺紋成形效果，進行了注漿成型螺紋樁的模擬試驗。利用圖1所示的鋼套箱作為試驗平臺。

圖1 鋼套箱

試驗采用大口徑鋼管模擬鋼筋籠，鋼管Φ450 mm。將鋼管放置于鋼套箱中，在鋼管外側纏繞土工管袋，土工袋Φ90 mm。土工袋內側布置金屬花管，花管Φ25 mm。在土工袋內布置花管的主要目的是在土工袋內形成一條剛性通道，由于土工袋是柔性材料，在實際工程樁施工時會被澆筑的混凝土壓密，借助花管這條剛性通道可以使得漿液流通順暢。采用中粗砂，對鋼套箱內部進行土方回填。前期工作準備好以后，采用SYB50/50-I、II型液壓注漿泵對土工袋進行加壓注漿，注漿壓力控制在0.2～0.4 MPa之間，注漿材料選擇P.O 42.5水泥調配制成的凈漿，水灰比0.5。

待出漿后，關閉出漿管，繼續注漿，直到出現漿液回流，停止注漿，關閉進漿口。螺紋樁養護7 d后，挖開套箱中的砂土，檢驗樁側螺旋體注漿成形后的效果。經現場觀察，注漿后的土工袋螺旋體形狀飽滿，土工袋外側無漏漿，樁身越往上，由于土體壓力越小，飽滿度越高，也即成形效果越好。經過注漿成型螺紋樁的前期試驗研究，在注漿系統的可靠性、穩定性以及螺紋形成效果方面積累了寶貴的應用經驗和工程數據，接下來進一步在工程中進行試樁試驗，檢驗其承載力提高效果。

3 靜載試驗及結果分析[3-8]

3.1 工程一

3.1.1 工程概況

上海市吳中路51#地塊，北臨吳中路，東臨古井路，西面、南面與其他用地相接。本工程總用地面積約24 098 m2，總建筑面積87 893 m2。

本工程主體建筑包括基地北區2 棟高60 m的高層辦公樓及商業裙房，高層辦公樓地上14 層，裙房地上2 層。南區5 棟高度分別為15.6 m和13.2 m的多層辦公樓，分別為3 層和2 層。

本工程共采用357 根抗壓工程樁和579 根抗拔工程樁。抗壓工程樁樁徑700 mm，樁長47 m，持力層為⑦層粉砂層。抗拔工程樁樁徑600 mm，樁長35 m，持力層為⑤3-1層粉質黏土。

3.1.2 試樁方案

本工程選取1 根Φ700 mm抗壓工程樁和6 根Φ600 mm抗拔工程樁作為螺紋樁的試樁對象。為了驗證螺紋抗壓樁和螺紋抗拔樁的承載力提高效果，選擇4 根Φ700 mm普通抗壓樁和6 根Φ600 mm普通抗拔樁進行對比，加載值分別取5 100 kN和2 200 kN（該加載值為計算得到的抗壓和抗拔承載力極限值。）螺紋抗壓樁和螺紋抗拔樁的加載取值為預估承載力極限值。試驗方案如表1所示。

表1 吳中路51#號地塊試樁方案

螺紋樁和普通鉆孔灌注樁的具體樁位布置如圖2所示。螺紋樁樁位布置原則是：盡量靠近普通鉆孔灌注樁試樁位置，目的是充分利用原有錨樁，減少錨樁加工數量，同時和普通鉆孔灌注樁地理位置相近，有相似的土層地質條件，有利于試驗結果相互對比。

圖2 吳中路51#地塊試樁平面布置

根據螺紋的受力特點，我們主要考慮在靠近樁身下1/3的土層中來設置螺紋，即在第⑤層土（抗拔樁樁端位置）和第⑦層土（抗壓樁樁端位置）中設置螺紋，以盡可能地提高承載效率。抗壓螺紋樁螺紋纏繞范圍為樁底以上22 m，即沿第⑦層土中（粉砂）布置；抗拔螺紋樁螺紋纏繞范圍為樁底以上17.7 m，即沿第⑤1-2和⑤3-1土層中（粉質黏土）布置。不論抗壓樁還是抗拔樁，纏繞螺距統一選用1.2 m，土工管袋Φ200 mm。

抗壓螺紋樁試樁和錨樁Φ700 mm，全長47 m，抗壓螺紋樁樁身混凝土采用水下C40，錨樁混凝土采用水下C30。待沉樁28 d后方可進行靜載荷試驗，加載按慢速維持荷載法進行。試樁中的分級、變形觀測、相對穩定標準、終止加載條件、荷載分級等要求詳見《地基基礎規范》（DGJ 08—11—2010）。抗壓螺紋樁試樁試驗加載至7 300 kN，對應的普通抗壓樁試樁試驗加載至5 100 kN。

抗拔螺紋樁試樁和錨樁Φ600 mm，全長35 m，抗拔螺紋樁及其錨樁樁身混凝土采用水下C30。待沉樁28 d后方可進行靜載荷試驗，加載按慢速維持荷載法進行。試樁中的分級、變形觀測、相對穩定標準、終止加載條件、荷載分級等要求詳見《地基基礎規范》（DGJ 08—11—2010）。抗拔螺紋樁試樁試驗加載至3 200 kN，對應的普通抗拔樁試樁試驗加載至2 200 kN。

從圖3中可以看出，普通工程樁壓樁加載值為5 100 kN，螺紋樁加載值為7 300 kN，兩者達到加載值時沉降值相近，都在12 mm左右。對于試驗加載值而言，抗壓螺紋樁承載力相應提高了43%。

圖3 抗壓樁靜載試驗曲線

從圖4中可以看出，普通工程樁拔樁加載值為2 200 kN，螺紋樁加載值為3 200 kN，兩者達到加載值時沉降值在6～8 mm之間。對于試驗加載值而言，抗拔螺紋樁承載力相應提高了45%。

圖4 抗拔樁靜載試驗曲線

3.2 工程二

3.2.1 工程概況

上海萬科銅山街項目位于浦東新區洋涇街道昌邑路以南、浦東大道以北、民生路以西，擬建工程主要由4 幢28 層、2 幢27 層、1 幢26 層、 1 幢25 層住宅和1 幢34 層酒店及2～3 層商業、1 層公共服務設施配套、外擴地下車庫等組成。

3.2.2 試樁方案

本工程中只選擇抗拔樁進行對比試驗。選擇ZH-3型抗拔樁纏繞土工管袋，全長布置。該抗拔樁Φ600 mm，樁長24 m，樁端入持力層⑦1層3 m，如表2所示。工程抗拔樁的理論極限承載力為2 500 kN。為了使試驗的對比結果更有說服力，對普通工程抗拔樁和螺紋抗拔樁進行了破壞試驗。不論是工程抗拔樁，還是螺紋抗拔樁，加載值在原有基礎上都進行了較大幅度的提高。普通工程抗拔樁加載值提高到3 500 kN，試驗數量為2 根；螺紋抗拔樁加載值提高到4 700 kN，試驗數量為3 根。

表2 銅山街舊改南塊項目試樁方案

3.2.3 試驗結果

當試樁達到28 d養護齡期以后，開始進行靜載試驗。試驗方法同上文。

從現場的靜載試驗結果來看，2 根工程試樁做到3 500 kN全部破壞。3 根螺紋抗拔樁分別做到3 800 kN、4 200 kN、4 700 kN，鋼筋分別拉斷4 根、7 根和5 根，樁體上拔量平均在2 cm，遠未達到破壞。從圖5中試驗結果來看，也說明了這一點。同樣的荷載情況下，螺紋抗拔樁的變形量也比普通的工程抗拔樁小很多。

圖5 抗拔樁靜載試驗曲線

4 結語

本文通過工藝試驗和現場靜載試驗，驗證了注漿成型螺紋樁不僅工藝可靠，施工簡單方便，且在軟土地區適應性強，承載特性較之普通的工程樁提高至少30%～40%。