灌注樁樁底后注漿的實踐效果與改進建議

盧瑩先

福建工大工程咨詢監理有限公司 福建福州 350008

摘要：闡述福州市某高程建筑后注漿沖孔灌注樁的質量控制要點。通過對兩組對照樣本施工與檢測資料的分析，指出對強透水性卵石土層實施注漿時，摻加速凝劑對注漿效果的重要作用，并對大直徑超長樁的靜載試驗成果判釋以及注漿工藝的改進提出若干建議。

關鍵詞：沖孔灌注樁；卵石地層；后注漿；質量控制

前言

對泥漿護壁灌注樁實施后注漿是我國近年來得到業界肯定的、能有效提高灌注樁承載力的一項先進技術。本文敘述作者參與監理的福建省某高層建筑的灌注樁后注漿實踐及其取得的良好效果，并通過學習和思考提出個人對進一步完善這一技術的若干建議。

1.工程概況與基礎設計要點

1.1工程概況

某高層建筑建于福建省福州市鼓樓區，總建筑面積43167m2，地下室面積6705m2，主樓21層，裙樓4層，地下室1層，建筑高度81.1m，剪力墻結構。場地與樁基工程有關的地層，自上至下依次為雜填土、淤泥、粉土、礫砂、粉質粘土、卵石⑥、粉質粘土、卵石⑧、強風化（散體狀）巖，巖土層分布柱狀圖見圖1，其主要物理力學指標和設計計算參數見表1。

表1 各土層的物理力學指標和設計計算參數

土層 γ/kN.m-3 Es/Mpa fak/Kpa 沖（鉆）孔灌注樁

qsik/kpa qpk/kpa

雜填土① 17.5 80 20-30 /

淤泥② 15.9 2.30 45 12-18 /

粉土③ 19.3 7.65 220 35-50 /

礫砂④ 19.5 15.2 300 60-70 /

粉質粘土⑤ 18.2 5.84 220 30-40 /

卵石⑥ 19.8 E0=30.2 430 70-80 2500-3000

粉質粘土⑦ 18.4 6.35 230 50-60 /

卵石⑧ 20.0 E0=34.3 500 80-100 3000-5000

強風化巖⑨ / E0=40.1 500 80-100 3000-3500

圖1 樁位土層柱狀圖

1.2 基礎設計要點

基礎采用沖孔灌注樁。樁身砼強度C35，選用⑧卵石層作為樁端持力層，樁的入土深度約40m，樁底全截面進入持力層深度不小于1m。對基樁實施樁底后注漿。單樁豎向極限承載力特征值：樁徑800mm的取4750kN、900kN的取6000kN。注漿參數通過場地試驗確定的。對于試驗樁，初定：漿液水灰比宜為0.5～0.6，初始注漿流量不宜超過60升/分，終止注漿壓力為5Mpa，單樁注入水泥量為1.5～2.0T。注漿管為預埋2根1吋鋼管。注漿管宜成樁1天后開塞，7天后注漿。試驗樁共三根，分別為樁徑800mm的42#、147#樁和樁徑900mm的148#樁。在樁身混凝土達到設計規定的強度，且在注漿結束后20天，進行靜載荷試驗以確定基樁承載能力。

2.試驗樁成樁與樁底后注漿

三根試驗樁按設計規定成樁，樁位處的地層構成見圖1。樁身施工自2012年8月9日始，至

當月18日結束。施工安裝過程中必須保證注漿管通暢。兩根注漿管分別用于二階段注漿。每階段注漿啟用一根注漿管。42號試驗樁至始至終均灌注純水泥漿，147、148號試驗樁第一階段灌注純水泥漿，第二階段在水泥漿中摻入相當于水泥量約6.0%的水玻璃。由于兩階段均系單管注漿，未設回漿管，故所記錄的注漿壓力均為進漿壓力，無法測定回漿壓力。第一階段末期注漿壓力變動在2.5Mpa左右。第二階段開始注漿時，因為第一階段漿體凝固，壓力很快升至5Mpa左右，之后壓力又下降到與第一階段相近。壓力下降是壓入的漿液沖破樁底近處第一階段注入的已凝固的漿體的標志。三根試驗樁后注漿主要施工成果見表2。

表2 試驗樁后注漿主要施工成果表

樁號 樁徑

/mm 第一階段注漿 第二階段注漿

（147、148摻加6%水泥質量的水玻璃）

注漿時間

/min 水泥用量

/kg 水灰比

總吸漿量

/l 注漿時間

/min 水泥用量

/kg 水灰比

總吸漿量

/l 最終吸漿量

/l*min-1

42 800 50 800 0.8：1 936 80 1700 0.5：1 1480 ≈18

147 800 55 800 0.8：1 936 90 1700 0.5：1 1480 ≈16

148 900 75 2350 1：1 3220 30 900 0.5：1 783 ≈26

3.試驗樁靜載試驗成果

靜載試驗采用慢速維持荷載法。各樁的試驗數據見表3，相應的Q～s曲線見圖2。檢測單位對各試驗樁的試驗成果分別判釋如下：

42#樁加載至第7級6650kN時，持荷15分鐘后突然沉降急劇增大，樁頂總沉降量由34.41mm突然增大至60.31mm，樁頂荷載下降至2370kN，取其明顯陡降的起始點對應的荷載值5700kN，作為該樁的單樁豎向抗壓極限承載力；

147#樁加載至9500kN，樁的豎向抗壓承載力未出現極限狀態，故取其最大樁頂荷載9500kN為單樁豎向抗壓極限承載力；

148#樁加載至設計要求的極限荷載12000kN時，沉降量達42.96mm，超過40mm。檢測單位取相應于40mm的樁頂荷載11214kN為單樁豎向抗壓極限承載力。關于該樁的成果判釋，筆者將在本文4.1中進行討論。

表3 試驗樁靜載試驗關鍵參數與極限承載力判定

樁號 樁長/m Nmax /kN Smax/mm ΔS /mm Quk/kN Suk /mm 備注

42# 41.7 6650 60.31 60.31 5700 23.24

147# 41.3 9500 21.68 7.42 9500 21.68

148# 41.1 12000 42.96 30.64 11214 40.00

注 Nmax—最大樁頂荷載；Smax—Nmax的樁頂沉降；ΔS—殘余變形；Quk—單樁豎向極限承載力；Suk—Quk的樁頂沉降

42# 147#

148#

圖2 靜載荷試驗Q-s曲線圖

4.后注漿的效果分析

4.1 試驗樁148#的試驗成果的再判釋

筆者認為，在對后注漿效果進行分析之前，應該先對148#試驗樁的成果進行討論和重新判釋。按照《建筑基樁檢測技術規范》（JGJ106-2003）第4.4.2之4規定，對于緩變型Q-s曲線，當樁長大于40m時，宜考慮樁身彈性壓縮量。148#試驗樁長41.1m，Q-s曲線呈緩變形，按該款規定，可取40mm加上樁身彈性壓縮量的樁頂沉降量所對應的樁頂荷載，作為該樁的極限承載力。現將該樁的樁身彈性壓縮量估算如下：

該場地地層宏觀變化是漸深漸硬。根據地層的具體構成與持力層性質，可假定樁底壓力為樁身壓力的50%、樁身壓力成直線分布，則有樁身平均壓力σ

= 0.75*12/0.785*0.92 = 14.2Mpa

式中 —樁頂荷載/MN；—樁身斷面積/m2。

則樁身彈性壓縮量可按下式估算

== 41100*14.2/3.15*104 ≈18mm

式中—樁長/mm；—樁身砼彈性模量，砼強度級別C35/N

基于以上分析與估算，確定單樁豎向抗壓極限承載力的樁頂沉降s = 40 += 40+18 = 58mm。按照這一標準，148#試驗樁加載至12000kN的沉降量為42.96mm，遠小于58mm，所以該樁的抗壓極限承載力應定為12000kN。所以樁底后注漿達到了預期目的。

4.2 試驗樁成果綜合分析

綜合分析三根試驗樁后注漿的材料、工藝與靜載試驗結果，可以發現147#、148#試驗樁的后注漿收到明顯效果，達到預期目的，但42#試驗樁沒有收到預期效果。42#與147#兩根試驗樁，其樁徑、樁長與地層構成基本相同，兩根樁注入的總水泥量均為2500kg，兩階段注漿的水泥量、水灰比與壓力也相近，關鍵在于42#試驗樁注入的是純水泥漿，而147#試驗樁漿液中摻入了6%水泥量的速凝劑。而速凝劑使得漿液在近樁底處結硬，使持力層得到有效的加固。而42#樁未摻加速凝劑，則使漿液被推壓至遠處，持力層難以得到有效的加固。因此兩樁的注漿效果差別很大。

5.對后注漿工藝改進的若干建議

通過本工程的監理工作實踐，結合學習和思考，對后注漿工藝的改進提出下列建議。

5.1 水灰比的控制

注漿的起始水灰比應根據被注漿土層的透水性決定。本工程的持力層是⑧卵石層，根據地質報告該層50～120mm的卵石含量占65～80%。這一顆粒組成決定了該層的透水性肯定很高。參考《工程地質手冊》提供的滲透系數經驗值，該層的滲透系數K≈100m/d。在這一條件下，注漿的初始水灰比宜定為0.5～0.6。如灌入一定數量的水泥漿后，單位時間吸漿量不降、注漿壓力不升，則應暫停注漿。并在第二階段注漿時，如出現同樣的情況，應考慮將水灰比宜調為0.5～0.4。這樣控制水灰比，可節省水泥用量。或者說，在注入同樣水泥時，可提高注漿效果。

5.2 漿材成份

如上節分析，三根經后注漿的試驗樁，二根在漿材中摻入6%水泥量的速凝劑取得了顯效，達到了預期目的，未摻入速凝劑的一根效果很差，甚至可以說幾乎沒有效果。所以在透水性很強的土層中，注漿中摻加一定數量的速凝劑是必要的。速凝劑有很多品種，具體采用的速凝劑品種和摻入量應通過場地試驗確定。

5.3 注入水泥量

《建筑樁基技術規范》（JGJ94-2008）列出了灌注樁后注漿專節。該節第6.7.4-4條提出了注入水泥質量的估算公式。按該式對嵌入卵石地層的基樁進行樁底后注漿時，當樁底徑分別為0.8m、0.9m時，乘上1.2的系數之后，注入水泥質量高限值僅1.73t、1.94t。設計文件規定為1.5～1.9t，實際注入水泥質量約為2.5t、3t。綜合考慮各種因素，對透水性很強的礫卵石地層，實施樁底注漿時，該規范公式（6.7.4）的注入量經驗系數αp宜從1.5～1.8調高為2.5～3，福州地區類似條件的樁底后注漿經驗也支持這一認識。

5.4 注漿管道系統

注漿施工控制的關鍵參數之一是注漿壓力。迄今，大部分工程采用單管注漿，未埋設回漿管。記錄的注漿壓力是灌漿機的壓力或是進漿管口的壓力。真正意義上的注漿壓力是樁底處壓入地層的漿壓。為測定這一壓力，應增設回漿管，并在回漿管口裝設壓力表。其表壓加上回漿管的漿液重度與樁長之積，才是真正意義上的注漿壓力。而且，回漿管的設置為循環注漿創造了條件，也有利于提高注漿效果。

5.5 注漿結束標準

注漿結束標準以壓力和單位時間吸漿量兩個指標雙控為宜。既然往樁底注漿（有時還包括樁側），總以灌注至基本不吸漿為宜。如吸漿量仍大，可實行二次或者多次復注。為控制水泥用量，可依據單位時間吸漿量與壓力調增水灰比，和確定速凝劑的摻加量。注漿應進行至吸漿量明顯下降，同時回漿管口壓力上升才能考慮終止。具體標準應根據工程的現場試驗確定。

5.6 確定單樁抗壓極限承載力的樁頂沉降限值

以往，基樁的單樁承載力取值相對較低，即樁身的壓應力水平較低，且樁長相對較短，所以樁身彈性壓縮量占樁頂總沉降量的比例不大。建筑材料與樁工技術的進步，使得樁身壓應力水平也大大提高。與此同時，長樁被大量采用。這一變化使得樁身壓縮量占樁頂總沉降量的比例大大提高，因此，樁身彈性壓縮量就成了確定單樁抗壓極限承載力的不可忽視的因素。《建筑基樁檢測技術規范》（JGJ106-2003）4.4.2-4規定，當樁長大于40m時，宜考慮樁身彈性壓縮量，正是反映這一進步。本例樁身砼為C35，樁身平均壓力14.2Mpa，樁長41m，估算的彈性壓縮量為18mm，相對于一般標準的40mm，其增加量為45%。考慮與不考慮這一因素，就會得出兩種完全不同的判釋結論。

6.結論

1）從42#與147#試驗樁的承載力對比中可以看出，有效的樁底注漿可以使單樁豎向承載力提高約60%。這證明對于孔底沉碴難以清理干凈的基樁，實施樁底后注漿是必要的。

2）在強透水性的地層中，如細顆粒含量低的礫卵石層中，實施樁底后注漿宜摻用速凝劑，否則注漿效果難以保證。

3）樁底后注漿宜埋設循環管路，以便測定真實的注漿壓力。注漿過程中，應根據吸漿量和壓力及時調整漿液的水灰比，盡量采用低水灰比的濃漿。

4）注漿過程中如吸漿量較大，應采用二階段或多階段注漿。每階段注漿結束時，用清水清洗循環注漿管道，以利下階段續注。注漿的間隔時間應通過實驗確定。

5）注漿的結束標準宜采用注漿壓力和單位時間吸漿量兩項指標同時控制。

6）對樁身壓應力水平高、樁長大于等于40m的基樁，對Q-s曲線呈緩變形的試驗樁，確定豎向極限承載力的容許最大變形值時，應考慮樁身的彈性壓縮量。