采用后注漿技術(shù)提高機械旋挖鉆孔灌注樁單樁豎向抗壓承載力的工程實踐

楊彥東（甘肅建大土木工程檢測有限公司，甘肅 蘭州 730050）

大直徑旋挖鉆孔灌注樁（端承樁），其單樁豎向抗壓承載力主要來自于樁底端阻力，但當持力層為含水礫砂層時，施工中往往出現(xiàn)樁底涌砂、塌孔，擴大頭施工困難，難以徹底清底，樁底沉渣厚度難以控制，造成基樁沉降量較大，單樁豎向抗壓承載力達不到設(shè)計要求。通常采用樁底后注漿技術(shù)對樁底持力層固化處理后，大大減小基樁沉降量，有效提高單樁豎向抗壓承載力。

1 后注漿加固機理

鉆孔灌注樁樁身混凝土達到一定強度后，采用樁芯鉆孔或預(yù)埋注漿孔，在高壓作用下向樁底土層一定范圍內(nèi)注入以水泥為主劑的漿液。注入的漿液通過滲透、充填、置換、劈裂、擠密及固結(jié)等多種形式的綜合作用，固化了樁底沉渣及樁底一定范圍的持力層，改善了樁底沉渣及樁底持力層一定范圍內(nèi)土層的物理力學(xué)性能，使樁底持力層承載能力（樁端阻力）得到充分發(fā)揮，并且減小基樁沉降量，從而提高單樁豎向抗壓承載力。

2 工程實例

2.1 工程概況

該工程為定西市某中學(xué)綜合教學(xué)樓建設(shè)項目，地上5層，地下1層，框架結(jié)構(gòu)。基礎(chǔ)形式為樁基礎(chǔ)，采用機械鉆孔擴底混凝土灌注樁，樁端持力層為礫砂層，樁身混凝土設(shè)計強度等級為C35。樁身直徑1100mm，擴底直徑1800mm，單樁豎向抗壓承載力2700kN。

根據(jù)勘察單位提供的《定西市某中學(xué)綜合教學(xué)樓建設(shè)項目巖土工程勘察報告》，工程場地地層自上而下依次為：

1）雜填土：雜色，稍濕，松散狀，土質(zhì)不均勻，以粉土為主，含有少量碎屑磚塊等建筑垃圾。該層在場地內(nèi)均有分布。本層厚度為1.00-2.2m,地面標高為1903.22-1904.43m。

2）黃土狀粉土：黃褐色，其中自然地面下約12.50m以上呈稍濕、稍密，以下呈濕-很濕、稍密-中密狀，土質(zhì)較均勻，搖震反應(yīng)中等，無光澤反應(yīng)，干強度低，韌性低。該層在場地內(nèi)均有分布。本層埋深為1.00-2.20m，層面標高為1901.78-1903.13m。厚度為12.70-15.90m。

3）-1礫砂：呈雜色，稍濕，中密，砂質(zhì)較純，該層在場地ZK4、ZK5、ZK11、ZK16、ZK17區(qū)域內(nèi)未見出露，其余區(qū)域均為薄層分布。本層埋深為10.40-11.70m，層面標高為1892.35-1893.49m。厚度為0.40-0.90m。

4）礫砂：雜色，飽和，中密，砂質(zhì)較純，本層埋深為14.00-17.40m，層面標高為1886.21-1890.43m。厚度為5.00-8.20m。

5）泥巖層: 褐紅色，半成巖，礦物成分以蒙脫石、綠泥石、高嶺石、白云母、長石、石英等為主， 泥質(zhì)膠結(jié)，巖體呈巨厚狀結(jié)構(gòu)，上部1.30-2.10m,為強風化，致密，巖體基本質(zhì)量等級為V級；以下為中風化，致密，較堅硬，巖體基本質(zhì)量等級為IV級。該層在場地內(nèi)均有分布。本層埋深為19.70-24.60m，層面標高為1879.53-1884.73m。最大揭露厚度為7.70m。（未揭穿）

場地地下水為第四系孔隙潛水，主要含水層為黃土狀粉土與礫砂層，地下水位埋深12.70m-14.00m，水位高程1890.19-1890.90m。地下水主要為大氣降水和地表水滲入補給，排泄方式主要以徑流排泄，地下水年內(nèi)變化幅度為1.0-2.0m。

表1 注漿前單樁豎向抗壓靜載荷試驗結(jié)果

2.2 基樁靜載荷試驗結(jié)果對比分析

樁基施工過程中在建筑場地內(nèi)進行了單樁豎向抗壓靜載試驗，試驗結(jié)果如表1。

圖1 S1#樁試驗結(jié)果曲線圖

圖2 S2#樁試驗結(jié)果曲線圖

根據(jù)3根試驗樁的靜載試驗結(jié)果表明，S1號樁最大加載為5400kN，樁頂總沉降量為7.37mm單樁承載力能夠滿足設(shè)計要求。從試驗數(shù)據(jù)分析判斷樁底沉渣控制較好，清底比較干凈。S2和S3號樁在最大加載4860kN的情況下，沉降量急劇連續(xù)增大，達到極限狀態(tài)，終止試驗，后經(jīng)低應(yīng)變檢測驗證樁身結(jié)構(gòu)完整，逐分析判斷樁底沉渣厚度較厚，使基樁端阻力得不到充分發(fā)揮。

圖3 S3#樁試驗結(jié)果曲線圖

經(jīng)對試驗結(jié)果分析論證后，結(jié)合工程實際情況，縱觀經(jīng)濟等因素綜合考慮，對已施工完成的部分基樁進行樁底后注漿處理，以達到固化樁底沉渣，改善樁底一定范圍的持力層物理力學(xué)性能，使單樁豎向抗壓承載力能達到設(shè)計要求。

根據(jù)工程特點，此次注漿前首先使用150型地質(zhì)鉆機在樁中心鉆探鉆孔，鉆孔直徑不小于89mm，鉆孔深度穿透樁底沉渣段并進入原狀礫砂層不小于0.2m，鉆孔過程中嚴格控制垂直度。注漿管采用1根Φ32壁厚2.75mm的鋼管，底部長出樁底約50cm，并保證進入原狀礫砂層不小于20cm，上部高出地面20cm，各段之間用套絲連接，底端50cm范圍內(nèi)梅花形布置直徑5-8mm的鉆孔不少于12個。注漿材料采用42.5級普通硅酸鹽水泥配置的漿液，水灰比（重量比）為0.8-1.0，開始為避免注漿管堵塞，水灰比可采用2:1，在注漿中間階段和后端水灰比穩(wěn)定在0.8-1.0。注漿壓力的確定主要考慮到三個方面：1）最終注漿壓力要小于樁身上抬的摩阻力；2）最終注漿壓力要保證樁端混凝土不被破壞；3）最終注漿壓力要使注漿量保證達到設(shè)計要求形成的樁端增強體。該工程注漿初始階段和過程中壓力控制在2MPa，終止階段壓力控制在4MPa。

表2 注漿后單樁豎向抗壓靜載荷試驗結(jié)果

高壓注漿28d后，在場地內(nèi)選取2根樁進行單樁靜載荷試驗，試驗結(jié)果如表2。

圖4 ZS1#樁試驗結(jié)果曲線圖

試驗結(jié)果表明樁底注漿后單樁豎向抗壓承載力能夠達到設(shè)計要求，比注漿前單樁豎向抗壓承載力提高至少20%以上，且大幅降低基樁沉降量。

圖5 ZS2#樁試驗結(jié)果曲線圖

經(jīng)注漿前后靜載試驗數(shù)據(jù)的比較分析，單樁豎向抗壓承載力提高的原因是：在樁端高壓注入水泥漿液后，水泥漿液首先滲透到疏松的沉渣層中，對樁底沉渣進行填充、擠密、劈裂等多種形式的組合與轉(zhuǎn)化，使樁底沉渣重新膠結(jié)并固結(jié)，形成一個比較完整的整體，并增加了樁端進入持力層的有效深度，減小基樁沉降量。隨著水泥漿液不斷的高壓注入，水泥漿液進一步向樁底持力層（礫砂層）中滲透、擠密、填充和固化等作用，使樁底一定范圍內(nèi)的礫砂層被重新組合、膠結(jié)，并經(jīng)過一定的時間后固結(jié)，使樁底一定范圍內(nèi)的礫砂層形成一個整體的樁底擴大頭，增加了樁底的受力面積，提高了單樁豎向抗壓承載力。

3 結(jié) 語

從本工程實踐中表明，對于機械旋挖鉆孔的大直徑端承型灌注樁，樁底后注漿技術(shù)能有效消除樁底沉渣對建筑基樁豎向抗壓承載力的不良影響，并使樁端持力層承載力顯著提高，樁底端阻力得到充分發(fā)揮，大幅減小基樁沉降量，改善樁基質(zhì)量，提高單樁豎向抗壓承載力效果顯著。