后注漿施工技術在提高單樁豎向承載力的試驗研究
——以中海油珠海天然氣發電發電有限公司熱電聯產項目樁基礎工程為例

吳 華

（廣東省地質災害應急搶險技術中心，廣東廣州 510000）

1 工程概況

擬建珠海高欄港經濟區2×390MW級熱電聯產項目位于高欄港經濟區北部，本工程所有建筑物基礎考慮采用沖鉆孔灌注樁，樁徑為?1000mm。為給本工程樁基設計提供合理、準確的設計參數取值，確定合適的成樁工藝和施工機具及施工質量控制標準，并在充分利用樁承載力的情況下，節省工程費用及縮短施工工期，以確保建筑物的安全，對本工程的沖孔灌注樁進行了綜合試樁。本次試驗選取3根?1000mm（樁號分別為：1#、2#、3#，對應鉆孔號分別為：DK05，CS03+1，DK07）普通沖孔灌注樁和2根?1000mm（樁號分別為4#、5#，對應鉆孔號分別為CS03，DK05+1）后注漿沖孔灌注樁，試樁場地選在廠址巖土工程條件具有代表性的地段，且考慮到試樁位置要結合汽機房、鍋爐及煙囪等重要建筑物，并盡量避開建筑物基礎。2種類型的樁預估單樁豎向抗壓承載力特征值為5000kN，單樁水平承載力特征值為200kN。本次試驗采用對比的方式，檢驗了后壓漿灌注樁注漿后對樁基承載力的影響。

2 設計概況

（1）樁點布置：本次試驗共選5根試樁，試樁點分別對應地質鉆孔 S1(DK05)、S2(CS03+1)、S3(DK07)、S4(CS03)和S5(DK05+1)的位置；

（2）試樁設計樁徑?1000mm，全部為端承摩擦樁；

（3）樁端持力層為強風化花崗巖，樁端要求鉆入樁端持力層6～10m（普通沖孔灌注樁進入強風化花崗巖10m，后注漿沖孔灌注樁進入強風化花崗巖6m），單樁長度約50m；

（4）試樁采用商品混凝土，強度等級為C35；

（5）樁底后注漿灌注樁技術要求：

①注漿管采用2根?32mm，壁厚3.5mm，內徑25mm焊接（或無縫）鋼管，對稱布置在鋼筋籠內側，隨鋼筋籠一起下入孔底，每根注漿管下部設400～500mm花管，出漿孔直徑?8mm。

②為避免灌注樁在清孔和混凝土澆筑過程中泥漿、水泥漿等滲入注漿管后固結造成堵塞注漿管，一般在樁身砼澆注后7～24h內用清水對注漿管進行清洗。

③壓漿水泥為普通P.O42.5R水泥，水灰比0.6，進行后壓漿時，注漿流量不應超過50L/min。正常注漿壓力1.5～2MPa，終止壓力2.5MPa。

④注漿量理論計算公式為Gc=(1.5～1.8)d，實際注漿量應由施工單位根據工程經驗自行確定。

⑤以上后注漿技術要求僅供參考，施工單位應根據本工程的地質情況、樁長、樁徑及工程實踐經驗自行確定施工技術參數。

3 地質條件

根據鉆孔資料揭露，場地第四系覆蓋土層主要有人工填土、海積淤泥、淤泥質土、粉質粘土和砂土層以及殘積砂質粘性土，下伏基巖為燕山期花崗巖。

巖層性質自上而下描述如下：

①填石（地層編號①）：褐黃，灰色，主要成分為花崗巖或砂巖碎、塊石，粒徑一般10～20cm，次棱角狀，粒徑大小不均，個別塊石塊徑大于50cm，局部含少量粘性土，密實度均勻性差，為新近推填，呈濕，松散狀，人工成因。

②淤泥質土（地層編號③）：深灰色，含有機質，含少量粉砂顆粒，粘性好，局部混貝殼碎片或夾粉砂薄層，味微臭，呈飽和，流塑狀，海積成因。

③粘土（地層編號④）：褐黃，灰黃色，含少量粉細砂顆粒，干強度較高，粘性較好，呈濕，可塑狀，局部軟塑、硬塑狀，海積成因。

④淤泥質土（地層編號⑤）：深灰色，含少量粉細砂顆粒，粘性好，局部混貝殼碎片，部分地段夾粉細砂薄層或腐木，含有機質，味微臭，呈飽和，流塑狀，海積成因。

⑤粘土（地層編號⑥）：棕紅色，灰色，含粉細砂顆粒，粘性好，部分地段夾粉細砂薄層或腐木，呈很濕—濕，軟塑—可塑，局部地段硬塑狀，海積成因。本層中夾有細砂（地層編號⑥1）及粗砂（地層編號⑥2）等亞層，分述如下：

細砂（地層編號⑥1）：灰白，灰色，主要礦物成分為石英，含少量粘性土，顆粒較均勻，級配不良，局部夾粘土薄層，呈飽和，稍密—中密，局部密實狀，海積成因。

粗砂（地層編號⑥2）：灰、灰白色，主要礦物成分為石英，含少量粘性土，顆粒較均勻，級配不良，呈飽和，中密，局部地段密實狀，海積成因。

⑥砂質粘性土（地層編號⑩）：棕紅色，褐黃色，含多量石英砂顆粒，粘性較差，遇水易軟化，崩解，呈稍濕，硬塑狀，殘積成因。

⑦花崗巖（地層編號?）：場地下伏基巖主要為燕山期花崗巖，根據鉆孔的勘探深度內，按其風化程度分為全風化、強風化2個等級：

全風化花崗巖（地層編號?1）：灰白、褐黃色，原巖礦物成分除石英外已全部風化為粘土礦物，略顯原巖組織結構，巖芯多呈土柱狀，遇水易軟化、崩解。

強風化花崗巖（地層編號?2）：灰白、褐黃色，原巖礦物成分除石英外已大部分風化為次生礦物，可見原巖組織結構，巖芯多呈土柱狀，局部呈半巖半土狀，遇水易軟化、崩解，本層在場地大部分鉆孔中均有揭露，水平連續性較好，層厚較厚，本次勘測未揭穿此層，層頂標高-46.62～-34.70m，標準貫入試驗擊數均大于50擊。

場地基巖面埋深很深，個別鉆孔在鉆進深度達83m處仍未遇到基巖，本次勘測未揭露中等風化及微風化花崗巖。

4 施工工藝

4.1 作用機理

灌注樁成樁后一定時間，通過預設于樁身內的注漿管及與之相連的樁端、樁側注漿閥注入水泥漿，使樁端、樁側土體（包括沉渣和泥皮）得到一定程度的加固，從而提高單樁承載力，減小沉降。

作用機理如下：

①固化沉渣，使水泥土的強度大幅提高；

②由于高壓作用，樁底、樁側土體得到密實；

③滲透和劈裂作用提高了樁底、樁側土體強度；

④形成一個擴大頭，提高承載力，減少沉降；

⑤消除泥皮，提高樁側摩阻力。

4.2 工藝流程

后注漿施工工藝流程圖詳見圖1。

圖1 后注漿施工工藝流程圖

5 現場施工情況

S1#(DK05)試驗樁：4月25日開孔，4月30日終孔，5月2日完成水下砼澆灌，鉆孔深度49.1m，混凝土理論用量 37.9m3，實際用量51m3。

S2#(CS03+1)試驗樁：4月24日開孔，4月30日終孔，5月1日完成水下砼澆灌，鉆孔深度48.25m，混凝土理論用量37.2m3，實際用量49m3。

S3#(DK07)試驗樁：4月27日開孔，5月2日終孔，5月2日完成水下砼澆灌，鉆孔深度50.36m，混凝土理論用量38.9m3，實際用量 48m3。

S4#(CS03)試驗樁：5月5日開孔，5月7日終孔，5月8日完成水下砼澆灌，鉆孔深度48.42m，混凝土理論用量37.2m3，實際用量48m3，5月10日完成后壓漿施工，注漿水泥用量1.9t。

S5#(DK05+1)試驗樁：5月5日開孔，5月7日終孔，5月8日完成水下砼澆灌鉆孔深度45.64m，混凝土理論用量35.1m3，實際用量49m3。5月10日完成后壓漿施工，注漿水泥用量2.1t。

6 試驗結果匯總及分析

6.1 單樁豎向抗壓靜載荷試驗

單樁豎向抗壓靜載荷試驗采用慢速維持荷載法，根據Q-s曲線和s-lgt曲線分析計算，5根試驗樁的試驗結果匯總見表1。

表1 單樁抗壓試驗結果匯總表

根據試驗結果匯總表分析可知，在進入強風化花崗巖地層減少4m的情況下，后注漿沖孔灌注樁（S4#、S5#）比普通沖孔灌注樁（S1#、S2#、S3#）單樁豎向承載力得到了大幅度地提高，在同樣的試驗加載量下，后注漿沖孔灌注樁的沉降量比普通沖孔灌注樁明顯減少。

6.2 樁身內力測試

本次試驗共進行了5根樁的應力應變測試，測試的儀器是瑞士Solexperts公司生產的滑動測微計，測試的原理是線法原理。根據各級荷載下的樁頂應變或回歸處理后的零點應變可計算彈性模量隨應變量級的變化規律，計算軸向力和摩阻力時采用不同的彈模值，如下式所示：

樁身軸向力：

Qi=A·Ei·ξi

單位摩阻力：

fi=（Qi-Qi+1）л/D

式中：Qi——任意斷面處的軸向力，kN；

ξi——任意斷面處回歸應變；

Ei——相應應變時的彈性模量，GPa；

A——平均樁身面積，m2；

D——平均樁徑，m。

根據試驗數據結果及地區經驗分析綜合得出5根試驗樁極限側摩阻力、側摩阻力及端阻力特征值建議值，普通沖孔灌注樁匯總詳見表2，后注漿沖孔灌注樁匯總詳見表3。

7 經濟效果評價及結論

7.1 經濟效果評價

根據本工程設計要求及現場實際施工情況，后注漿沖孔灌注樁比普通沖孔灌注樁有效樁長至少短4m，因此暫按照每根樁有效樁長平均減少4m來進行成本對比分析，成本分析結果詳見表4。

表2 普通沖孔灌注樁極限側摩阻力、側摩阻力及端阻力特征值建議值

表3 后注漿沖孔灌注樁極限側摩阻力、側摩阻力及端阻力特征值建議值

表4 后注漿沖孔灌注樁與普通沖孔灌注樁成本對比分析表

由表4數據分析可知，在單樁豎向承載力設計值相同的情況下，如采用后注漿沖孔灌注樁比采用普通沖孔灌注樁單根樁成本至少節約2900元，產生較大的經濟效益，同時因減少4m有效樁長，施工進度也得到大幅度提高。

7.2 結論

該場區試驗樁采用沖孔灌注漿后注漿施工技術，強風化巖層樁側阻力和樁端持力層端阻力均得到加強，后注漿灌注樁端阻力比普通灌注樁增強系數為1600/1100=1.45，樁側阻力在強風化巖增強系數為110/50=2.2。