注漿成型擴底樁施工質量的控制

紀添成

上海市工程建設咨詢監理有限公司 上海 200433

擴底樁是一種承載效率極高的樁型，它通過樁底擴大頭增加了有效承載面積，提高了樁基承載力，進而顯著提高了材料利用效率。

因此，自1909年比利時工程師艾德·福蘭克諾拉（Edgard Frankignoul）發明了擴底樁及其夯擴成型工藝以來，擴底樁的施工工藝研究一直是樁基工程技術的重要研究方向，并取得了豐碩成果[1-4]。

目前，按照擴底成型方法分，擴底樁施工工藝主要分為人工挖掘成型、沉管夯擴成型和機械切削成型3種。

人工挖掘成型工藝安全風險大，已經進入淘汰階段；沉管夯擴成型環境影響大，應用范圍受到限制；機械切削成型工藝環境影響小，機械化程度高，應用最為廣泛。但是機械切削成型工藝也存在一定缺陷：一是工藝環節多，鉆孔完成以后還需采用專用機具擴底，施工時間長；二是擴底所需設備功能復雜，性能要求高，投入大；三是施工質量控制難，混凝土澆搗時，沉渣極易淤積在擴底部位，形成虛土，降低樁基承載力。

胡玉銀等[5]針對傳統擴底樁施工工藝的不足，發明了擴底樁注漿成型施工工藝，通過大量工藝試驗和工程驗證了該工藝的技術可行性。工程應用結果表明，注漿成型擴底樁具有地層適應性強、工藝簡單、設備簡易、質量可靠、環境友好和成本低廉等優點，具有良好的推廣應用前景。本文結合工程實踐，重點從質量管控角度談談注漿成型擴底樁的質量控制要點。

1 應用工程概況

本工程為上海浦江鎮125-2號二期地塊商辦綜合用地項目，位于上海閔行區浦江鎮陳行路以北，江梔路以南，浦秀路以東，浦錦路以西。

本工程總建筑面積65 116.29 m2（地上＋地下），其中地上總建筑面積45 615.27 m2，地下總建筑面積19 501.02 m2，包含地下2層1 224 m2六級二等人員掩蔽所，平時作為汽車庫使用。擬建項目由3幢12層小高層、14幢5層多層、16幢3層別墅、1幢3層幼兒園、2幢6層商辦樓及地下車庫構成（圖1）。

圖1 上海浦江鎮125-2號地塊建設模型

本工程地質勘探情況如下：擬建場地55.45 m深度范圍內的地基土屬第四紀全新世及上更新世沉積物，主要由飽和黏性土、粉性土及砂土組成。

擬建場地潛水受大氣降水及地表徑流補給影響，地下水靜止水位埋深為0.40～1.60 m，其絕對高程在3.26～4.50 m。上海市年平均地下水位埋深為0.50～0.70 m，建議低水位埋深為1.50 m，高水位0.50 m。

本工程勘察期間經在G4號取土孔內采取地下水進行水質分析，按Ⅲ類場地環境類型評價，場地內地下水對混凝土結構具有微腐蝕性；在長期浸水環境中，地下水對鋼筋混凝土結構中的鋼筋具有微腐蝕性；在干濕交替環境中，地下水對鋼筋混凝土結構中的鋼筋亦具有微腐蝕性；對鋼結構有弱腐蝕性。

本工程地基與結構安全等級均為二級，場地抗震設防烈度為7度，設計基本地震加速度值為0.10g，所屬的設計地震分組為第一組，場地土類別為軟弱場地土，建筑場地類別為Ⅳ類。本場地20.00 m深度范圍內分布的③2層飽和砂質粉土屬不液化土層，場地屬不液化場地。

2 注漿成型擴底樁工藝原理

2.1 注漿成型工藝原理

擴底樁注漿成型工藝基于土體可塑性和壓縮性比較大的力學特性，將高流動、低泌水、低收縮水泥砂漿注入預先布置在樁底的束漿袋中，束漿袋在高壓水泥砂漿的作用下不斷擠擴樁周土體，水泥砂漿硬化后即在樁底周圍形成水泥砂漿擴大頭（圖2）。

圖2 工藝原理

2.2 注漿成型力學機理

擴底樁注漿成型的過程是土體在注漿壓力作用下受到圓柱孔擴張的過程，可以采用彈塑性力學的圓柱孔擴張理論來予以解釋。擴底樁的注漿成型力學機理為：在注漿壓力作用下，束漿袋周圍的土體先是發生彈性變形，束漿袋隨之擴張；當注漿壓力達到一臨界值時，束漿袋周圍的土體由彈性變形狀態轉入塑性變形狀態；隨著注漿壓力的進一步升高，塑性區逐步擴大，束漿袋也同時相應擴張；注漿停止以后，注漿壓力不再升高，束漿袋不再擴張；束漿袋中水泥砂漿固化以后就在樁周形成突出物——擴大頭，原來的等截面樁也就演變為擴底樁。

3 管控要點

本工程原樁基設計采用φ600 mm鉆孔灌注樁作為辦公樓樁基，樁長27 m，樁端進入⑦1灰綠-草綠色砂質粉土，單樁抗壓承載力設計值為1 000 kN；采用φ600 mm鉆孔灌注樁作為地下車庫樁基，樁長27 m，樁端進入⑦1灰綠-草綠色砂質粉土，單樁抗拔承載力設計值為700 kN。后在業主、設計和審圖單位，以及上海市城鄉建設和管理委員會科學技術委員會的支持下，采用注漿成型擴底鋼管樁和注漿成型擴底PHC管樁分別作為本工程的抗拔樁和抗壓樁，樁長均為22 m，束漿袋長約8 m。

注漿成型擴底管樁的施工流程如下：利用鉆進工藝成孔；在管樁底端安裝注漿擴底裝置；鉆孔完成后，將安裝有注漿擴底裝置的管樁放入鉆孔中；采用水泥砂漿通過管樁一側的注漿管置換鉆孔中泥漿；水泥漿養護完成后，將高壓水泥砂漿注入擴底裝置中；擴底裝置在高壓水泥漿作用下不斷擴張，擠壓強化周圍土體，最終在管樁底端形成水泥漿體擴大頭。

針對新樁型的工程應用[6-8]，施工過程中的質量管控，重點從以下幾方面加強。

3.1 試成孔施工管理

1）樁基施工之前應試成孔，數量不少于2根。

2）成孔質量：任意斷面孔徑不得小于設計樁徑，垂直度允許偏差不應大于1/100，孔深不小于設計孔深。

3）充盈系數：充盈系數不應小于1.0，不宜大于1.2。

4）樁位偏差：平面偏差x向和y向都不應超過50 mm，樁頂標高偏差為5 mm之內。

3.2 擴底裝置安裝控制

安裝PVC防水布袋的目的是要實現在注漿以后形成一個擴大頭，從而達到提高抗拔承載力的作用，所以PVC防水布袋的安裝質量直接影響到試樁的承載力。具體施工中應注意以下問題：

1）與鋼管樁和PHC管樁連接可靠：PVC防水布袋位于鋼管樁和PHC管樁的底部，必須與鋼管樁和PHC管樁固定牢固，避免下放時脫落，從而影響注漿質量。

2）對成品的保護：在現場操作過程中，務必保證PVC防水布袋的完整性，防止在堆放或下放過程中造成布袋的損壞，一旦損壞，必須更換。

3.3 注漿裝置安裝控制

為保證注漿壓力，在注漿裝置的出漿口處設置調壓裝置（即溢流閥），當注漿壓力超過規定壓力時，自動下調注漿壓力。

同時，在管樁頂部與底部設置封板，并在頂部封板安裝單向的注漿閥以及排氣閥，這樣能保證后續注漿時，之前的孔內水泥漿沉淀后，孔內上部的地下水能夠排出（圖3）。

由于試樁的樁頂標高與地面標高一致，注漿閥和排氣閥可以直接與管樁封板連接，而工程樁的標高低于地面標高，所以注漿閥與溢流閥要通過鍍鋅鋼管與管樁頂部的封板相連接，所以在工程樁的施工過程中，于下放管樁之前應當安裝相應的注漿管，以便保證注漿閥和排氣閥處于地面以上，方便后期注漿的施工。

圖3 管樁封板及注漿管連接示意

3.4 泥漿置換及置換水泥漿養護措施

待成孔深度達到設計標高后，將安裝有注漿擴底裝置的管樁放入鉆孔中，利用管樁內的注漿管進行泥漿置換（表1）。水泥漿通過注漿管注入孔內，用以置換泥漿的水泥漿量應考慮超灌系數1.1。泥漿置換完成后，開始水泥漿養護，在養護24 h后，方可進行擴底注漿。

表1 泥漿置換量

3.5 注漿壓力及流量控制

注漿裝置采用常規SVB-50-452II型壓力注漿泵。將形成擴大頭的水泥砂漿水灰比控制在0.55～0.60，注漿時將流量控制在5 m3/h左右。注漿速度過低，注漿時間就長，施工效率勢必不高；但是注漿速度過高，水泥砂漿進入束漿袋以后來不及擴散，就容易造成束漿袋因壓力迅速升高而被破壞。注漿壓力一般控制在1.0～1.8 MPa，終止注漿應以注漿量和注漿壓力雙控原則進行控制。

3.6 樁基檢測要求

3.6.1 ?成孔質量檢測

1）工程樁成孔質量檢測應隨機、均勻抽檢，數量不少于總樁數的10%。

2）試樁成孔質量應全部檢測。

3.6.2 ?單樁抗拔靜載試驗

1）先試樁后設計：注漿成型擴底樁為一種新型樁基，每種樁型必須先進行3組靜載試驗，并做到地基土破壞，方可根據樁基承載力進行工程樁設計和施工。

2）施工后檢測：注漿成型擴底樁為一種新型樁基，工程樁施工后，應進行不少于3組單樁靜載試驗進行檢驗，總樁數小于50根，可為2根。

3）單樁抗拔靜載試驗需在樁基施工完畢后28 d方可進行。

4）單樁抗拔靜載試驗應采用慢速維持荷載法。

3.6.3 ?樁身質量檢測

所有PHC試樁在單樁靜載試驗前，且在基坑開挖至基底標高后，均應做低應變檢測，以確定樁身的完整性。抽檢數量不應少于總樁數的50%，且不得少于20根。

柱下三樁或三樁以下的承臺抽檢樁數應不得少于1根。除以上檢測外，還應采用鉆芯法或聲波透射法對部分受檢樁進行樁身完整性檢測。抽檢數量應不少于總樁數的20%，檢測應在基坑開挖前進行。

4 結語

本文針對注漿成型擴底樁這種新樁型，從成孔、擴底裝置和注漿裝置安裝、泥漿置換、置換后的水泥漿養護時間、注漿壓力和注漿流量控制等方面提出了質量管控要點，最后給出了注漿成型擴底樁的樁基檢測要求。通過一系列有效的質量管控，注漿成型擴底樁新技術成功應用于浦江鎮125-2地塊，并按規定進行了工程試樁。靜載試驗表明，抗壓樁的極限承載力達到2 200 kN，抗拔樁的極限承載力達到1 500 kN，試樁結果完全滿足設計要求。注漿成型擴底樁樁基施工進展順利，一個臺班可以施工4～5根工程樁，較鉆孔灌注樁施工工效提高了一倍。同時，通過經濟分析發現，本工程采用注漿成型擴底樁后，樁基工程造價較傳統鉆孔灌注樁降低逾30%。