樁端后壓漿技術(shù)在某生物碎屑巖層鉆孔灌注樁工程中的應(yīng)用

聶穎

1 前言

海南省位于我國(guó)南端，是僅次于臺(tái)灣的全國(guó)第2大島，島內(nèi)沿海部分區(qū)域分布有海相沉積生物碎屑巖層，層厚分布不均，該地層承載力相對(duì)較高，但變化差異大，薄者2～5m，厚者可達(dá)30m，密實(shí)度不均，膠結(jié)差異性大，飽水狀態(tài)，孔隙率大。

隨著高層建筑的迅猛發(fā)展，采用樁基礎(chǔ)的建筑物日益增多，而在樁基礎(chǔ)中，泥漿護(hù)壁鉆孔灌注樁無(wú)疑是最主要的一種樁型，其具有適用性廣、承載力高、技術(shù)成熟等特點(diǎn)。在海南省某些采用鉆孔灌注樁的工程中，樁基礎(chǔ)采用上述生物碎屑巖層作為樁端持力層，但隨著建筑層數(shù)的增加、上部荷載的增大，以該層為樁端持力層的樁基礎(chǔ)開(kāi)始難以滿足上部荷載和變形控制設(shè)計(jì)的需要，但若采用生物碎屑巖層以下地層作為樁端持力層，則帶來(lái)相當(dāng)大的施工困難（生物碎屑巖層漏漿嚴(yán)重）和經(jīng)濟(jì)成本，而鉆孔灌注樁樁端后壓漿技術(shù)很好的解決了這一問(wèn)題。

鉆孔灌注樁后壓漿技術(shù)是指灌注樁成樁一定時(shí)間后，通過(guò)預(yù)設(shè)在樁身內(nèi)的注漿導(dǎo)管（或樁側(cè)鉆孔埋入注漿管）注入水泥漿，使樁端土體得到加固，從而提高單樁承載力，減少沉降。這種方法可以起對(duì)樁底和樁側(cè)一定范圍的土體通過(guò)滲入（粗粒土）、劈裂（細(xì)粒土）和壓密（非飽和松散土）注漿起到加固作用，增強(qiáng)樁端阻力，從而提高了單樁承載力，能滿足設(shè)計(jì)需要。

本文擬根據(jù)實(shí)際工程應(yīng)用，通過(guò)灌注樁后壓漿的前后樁承載力對(duì)比，對(duì)樁端后壓漿效果進(jìn)行評(píng)價(jià)，供同類(lèi)工程項(xiàng)目參考。

2 工程概況

本項(xiàng)目位于海口市龍昆南路，場(chǎng)地為三角形地帶，周邊環(huán)境較復(fù)雜，場(chǎng)地北側(cè)與東側(cè)緊鄰道路，南側(cè)、西側(cè)建有酒店等建筑。擬建建筑高16層，有兩層地下室，采用φ600mm鉆孔灌注樁，樁長(zhǎng)約20m，樁身豎向承載力設(shè)計(jì)值為4700kN，以生物碎屑巖層為樁端持力層，設(shè)計(jì)要求樁端進(jìn)入此層深度不小于2m。

根據(jù)勘察資料，鉆孔深度范圍內(nèi)場(chǎng)地地層主要為人工填土、第四系海相沉積層砂層、粘性土等，其中生物碎屑巖為第⑨層，其性質(zhì)描述如下：褐黃、灰黃、灰白色，主要由貝殼、珊瑚碎屑等水生生物遺骸夾少量砂及粘性土組成，呈鈣質(zhì)弱膠結(jié)，膠結(jié)不均勻，局部為松散狀葉狀粘土，巖芯呈塊狀、土夾塊狀及少量短柱狀，孔洞發(fā)育且分布不均勻，呈蜂窩麻面狀，孔洞一般介于0.2～0.8m之間，巖芯采取率低，鉆探時(shí)漏水較嚴(yán)重。

該工程樁總數(shù)為348根，在施工121根樁后，施工單位對(duì)試樁進(jìn)行靜載試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)單樁極限承載力值僅為7600～9200kN（對(duì)應(yīng)沉降量達(dá)28～34mm），不能滿足設(shè)計(jì)要求。經(jīng)多方討論及方案反復(fù)對(duì)比之后，最終敲定了樁端后壓漿的處理方案。

3 樁端后壓漿施工過(guò)程

由于在確定本次加固措施之前，場(chǎng)地內(nèi)已施工了部分樁，故加固方法采取兩種方法：①針對(duì)尚未施工的樁，采用在樁籠內(nèi)預(yù)埋管以便后成孔旋噴后壓漿；②針對(duì)已完成的樁，在樁兩側(cè)地面成孔至樁端面一定深度后旋噴后壓漿。

3.1 對(duì)未施工的樁注漿加固

施工流程如下：注漿管制作安放→樁成孔→注漿管固定在鋼筋籠上一并制安→灌注樁身混凝土→沿注漿管樁端下鉆孔→水泥漿制備→高噴（清水、漿噴）→壓漿閉管→檢查管內(nèi)水泥漿高度后用細(xì)石混凝土灌至樁頂標(biāo)高。

3.1.1 漿管制作

因樁徑較小，漿管只采用1根無(wú)縫鋼管，滿足大于φ50鉆頭下入的需要，一般外徑φ75、內(nèi)徑φ65，上下兩端封堵。安放之前清除管內(nèi)雜物，以防堵塞注漿孔。

3.1.2 安放注漿管

安放時(shí)將鋼管布置在鋼筋籠內(nèi)側(cè)，并用鐵絲固定，隨鋼筋籠同步安放，注漿管底必須下到樁底。管頂端與樁頂鋼筋齊平或略低5～10cm。

3.1.3 鉆孔

沿漿管鉆進(jìn)，鉆孔直徑φ50mm，垂直度偏差應(yīng)小于1%，鉆至樁底標(biāo)高以下3m。

3.1.4 安裝孔口裝置和輸漿管

圖1 灌注樁后壓漿工藝示意圖

3.1.5 水泥漿制備

灰漿水灰比為 0.5：1～0.6：1。

3.1.6 高噴（旋噴）

先清水后漿噴，待孔口返漿后停噴，旋噴時(shí)漿液上返，損失量控制在20%以?xún)?nèi)，接后壓漿裝置。高噴嘴壓力6～15MPa，至上而下提高速度0.15m/min。

3.1.7 壓漿

用高壓注漿泵壓注水泥漿，注漿時(shí)間為2～30min內(nèi)，漿液水灰比在注漿過(guò)程中可由稀逐漸變濃，以保證注漿效果。壓力控制在2～4MPa，一般在2MPa左右，壓漿時(shí)間15～30min，或滿足壓漿量1m3左右，或如注漿量特大，最長(zhǎng)時(shí)間也不超過(guò)2h。

3.2 對(duì)已施工的樁注漿加固

沿樁兩側(cè)30～60cm處各施工一個(gè)鉆孔，鉆孔深度至樁端下3m。其余步驟與3.1中5、6、7步驟相同，其示意圖如圖2。

圖2 已施工灌注樁鉆孔壓漿工藝流程示意圖

3.3 施工注意事項(xiàng)及特殊說(shuō)明

（1）制漿用P.O32.5水泥，水灰比按0.5～0.6控制，可添加適量速凝劑。

（2）對(duì)泵的選擇，采用BW-150泵。當(dāng)采用高噴高壓泵旋噴時(shí)，雖然噴嘴壓力大，形成切割，但當(dāng)采用壓力泵壓漿時(shí)，孔內(nèi)壓力為壓力泵提供的漿壓和漿液重力之和。

（3）漿壓表應(yīng)滿足計(jì)讀的需要和防止高壓時(shí)不沖表的需要。

（4）止塞，一般即可，但對(duì)高壓時(shí)防止沖脫可下錨與之固定。

（5）預(yù)置鋼管，滿足大于φ50鉆頭下入的需要，一般外徑φ75、內(nèi)徑φ65，上下兩端封堵。

（6）成孔，清水鉆至返渣干凈。

（7）壓漿過(guò)程中應(yīng)注意事項(xiàng)：

①注漿順序應(yīng)按跳孔間隔注漿方式進(jìn)行，并宜采用先外圍后內(nèi)部的注漿施工方法。當(dāng)?shù)叵滤魉佥^大時(shí)，應(yīng)從水頭高的一端開(kāi)始注漿。原則上對(duì)同一承臺(tái)或附近的樁，同時(shí)注漿，以防注入的水泥漿包圍鄰樁而使鄰樁不可注。必要時(shí)可跳孔注（壓），其它各管均封堵?tīng)顟B(tài)。

②壓漿管應(yīng)放到近樁底為好，鋼管管內(nèi)儲(chǔ)水量為0.05m3，即50L左右，返出為宜，且可增加0.4MPa左右的漿壓力為宜。

③穩(wěn)壓時(shí)間控制在15～30min，最大不超過(guò)2h。

④壓漿時(shí)間15～30min，終止標(biāo)準(zhǔn)：

a.壓漿壓力達(dá)到要求的終壓，并保持5～10min，終壓為初始灌注壓力的 2～3倍。

b.樁頂上浮。

c.大于設(shè)計(jì)要求的灌注量。

⑤灌注前用清水試壓，看灌注壓力多大，并判定可灌性及串通性如何。

⑥注漿時(shí)機(jī)，待成樁15d后進(jìn)行。

⑦漿速不大于7L/min。

⑧閉漿，如果不進(jìn)行第二次壓注或預(yù)置管做他用，在終壓完成后，即進(jìn)行回灌細(xì)石混凝土進(jìn)行閉漿，防止?jié){液倒流出管口，細(xì)石混凝土要求比樁混凝土C值高一級(jí)，如樁為C30，則，細(xì)石混凝土為C35，塌落度控制在 18～22cm。

⑨記錄，要記錄樁號(hào)、樁徑、成樁時(shí)間、壓漿時(shí)間、壓水壓力、開(kāi)始注漿時(shí)間、注漿壓力、終漿壓力、水灰比、注漿量、終止時(shí)間等。

⑩施工效果檢驗(yàn)，可通過(guò)以下兩種方法進(jìn)行檢驗(yàn)：

a.樁靜載試驗(yàn)。

b.抽芯檢查樁端持力層水泥土芯樣。

3.4 注漿量

合理注漿量（水泥用量）應(yīng)由樁端、樁側(cè)土層類(lèi)別與狀態(tài)、樁徑、樁長(zhǎng)、承載力增幅要求諸因素確定。承載力增幅相同的條件下，單樁注漿量高于群樁。實(shí)踐與試驗(yàn)表明，對(duì)于樁徑0.6m，樁長(zhǎng)20m的基樁，樁底注漿量（水泥）為0.6～2.0t。

對(duì)于常用樁距，每一基樁的注漿量也可按下式估算。

樁底注漿量（水泥，t）：

式中d、z——樁直徑（m）、樁長(zhǎng)（m）。

n0——樁底土的天然孔隙率，n0=e0/（1+e0），e0為天然孔隙比。

ξ——注漿率，取0.3～0.4。

式（1）為經(jīng)驗(yàn)公式，在漿液水灰比為0.5～0.55條件下，所得G即為水泥用量（t）。

4 后壓槳的效果評(píng)價(jià)

在樁端后壓漿施工處理完成后，由建設(shè)單位會(huì)同監(jiān)理單位隨機(jī)抽取了6根樁進(jìn)行靜載試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果表明，單樁極限承載力達(dá)到了11000～16000kN（對(duì)應(yīng)位移15～22mm），完全達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

5 后注槳的經(jīng)濟(jì)效益

對(duì)本工程開(kāi)始處理前已完成的121根樁，如采用兩側(cè)補(bǔ)樁處理措施，則需增加約200根樁，增加費(fèi)用約為160萬(wàn)元，而對(duì)本工程開(kāi)始處理后完成的227根樁，如采用加深樁長(zhǎng)處理措施，則預(yù)計(jì)增加費(fèi)用約為220萬(wàn)元，總計(jì)增加費(fèi)用預(yù)計(jì)為380萬(wàn)元。而通過(guò)本次樁端后壓漿處理，單樁承載力增幅為40～80%，處理總費(fèi)用僅為180萬(wàn)元，節(jié)約造價(jià)50%以上。此外，由于工程量減小，工期相應(yīng)縮短；而且由于注壓漿，建筑物沉降相應(yīng)減小。

6 結(jié)束語(yǔ)

（1）對(duì)樁端后壓漿處理的質(zhì)量控制，關(guān)鍵在于控制注漿壓力與注漿量。

（2）對(duì)以生物碎屑巖為持力層的鉆孔灌注樁采用樁端后壓漿技術(shù)，能大幅度提高樁的豎向承載力，同時(shí)使建筑物沉降相應(yīng)減小。

（3）后壓漿技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果顯著，能大大節(jié)約成本，并縮短工期。