鉆孔灌注樁后注漿技術及其工程應用研究

阮惠強 張武盛

（比亞迪勘察設計有限公司， 廣東 深圳 518001）

0 引言

近年來國內經濟的快速發展，對公共交通設施的建設提出了更高的要求。樁基礎以其施工簡易、尺寸選擇靈活、適用范圍廣等優點，越來越受到設計者及工程師的青睞。而傳統施工工藝下的灌注樁在成樁過程中會出現樁側泥皮、樁底沉渣等現象，灌注樁技術的充分應用和長期發展也受限于這些缺陷。后注漿工藝的應用，對鉆孔灌注樁的固有缺陷進行了改善，大大提高其結構性能，承載力也得到了明顯的提升。目前國內對后注漿灌注樁的研究和發展比較充足，該技術的工程應用常見于建筑結構領域。而隨著技術的逐漸成熟，后注漿技術在橋梁結構領域中的應用也越來越受到關注[1～3]。

1 后注漿灌注樁機理

后注漿技術主要的工作機理主要來源于物理效應和化學效應兩部分，兩種效應分別在不同階段起主要的控制作用。物理效應主要指注漿對樁基周圍以及底端土體或沉渣的壓密作用，而化學效應主要指漿液中的化學物質與土中水之間的化學反應。由此可知，物理效應主要在開始注漿的階段起控制作用，而化學效應主要在漿液與樁周、樁端土體充分接觸后起控制作用[3]。

在整個后注漿工法過程中，主要在以下三個方面對灌注樁周圍土體起到加固作用：1）灌注樁樁端處漿液的擴散、壓密帶來的樁端土體加固作用；2）灌注樁樁側漿液的擴散、壓密帶來的樁端土體加固作用；3）漿液沿著樁土交界面自樁端上返帶來的樁側土體加固作用。

對應普通灌注樁基礎，后注漿技術對樁承載力的提高也可分為側阻力提高和端阻力提高兩部分。后注漿工藝改善樁側土體承載力從而提高樁身單位側阻力；同時由于底樁的擴大作用效應，使樁端作用面積增大，也能改善樁端土體承載力從而提高樁基端阻力。

2 后注漿灌注樁承載力計算方法

根據《公路橋涵地基與基礎設計規范》（JTG D63-2007）第5.3.6 條的規定，在符合技術規定的情況下，樁端后壓漿灌注樁單樁軸向受壓承載力容許值，單樁軸向受壓承載力容許值可按下式計算[4]:

橋梁規范中僅對樁端后注漿工法提供了承載力計算參考公式，且只考慮樁端以上一定范圍內的增強效應。由于后注漿豎向增強段的長度以及各土層的后注漿增強系數很難準確把握，比較常見的處理方式是根據規范所提供的參考值結合現場取樣試驗結果，綜合考慮后給定一個綜合提高系數。但這種系數提高法的方式過于粗略，計算結果可能會與實際情況產生較大誤差，因此在現場條件允許的情況下，對后注漿灌注樁進行靜載試驗，直接得出工法處理后的樁基承載力才是比較合理的處理方式。下面將以鄭州市西三環路工程為例，結合實際工程現狀以及對后注漿灌注樁承載力試驗數據，深入分析后注漿技術對灌注樁樁基承載力的提高作用。

3 鄭州市西三環路工程實例分析

3.1 工程概況

航海路互通立交位于鄭州市城市三環西南隅，為鄭州市西南方向放射形道路的一個重要節點部位，工程主要由航海路與西三環兩條主線組成。項目全線新建立交1 處，為航海路互通立交，共設主線橋2 座，匝道橋及輔道橋7 座；改擴建現況西三環及航海路2.87km。

3.2 工程地質條件

場區地表均為第四系地層所覆蓋，場區內地層自上而下可分為新近人工填筑土（Q4ml）、種植土（Q4pd）、全新世沖積粉土（Q4al）及上更新世沖積粉土和粉質黏土（Q3al），根據工程地質特性，分層描述如下：

①1 填筑土（Q4ml）：厚度多小于2m 米。

①2 種植土（Q4pd）：厚度多小于1m。

②層：全新世沖積層，巖性以粉土為主，厚度15～20m，局部達25～28m。

③2 粉質黏土（Q3al）：層厚1.3～19.3m。

3.3 后注漿灌注樁基礎設計概況

3.3.1 基礎尺寸

橋墩基礎采用鉆孔灌注樁，中央分隔帶內每個橋墩柱下布設8 根或6 根Φ1.5m樁基，樁頂承臺厚度2.5m；輔助墩基礎采用2 根Φ1.5m 樁基，承臺厚度2.2m。

3.3.2 樁基復合注漿

（1）后注漿采用注漿壓力和注漿量雙控的措施。當滿足當滿足下列條件之一時可終止注漿：

l 注漿總量和注漿壓力均達到設計要求；

l 對每一道注漿來說，注漿量達到設計值，但注漿壓力沒有達到設計值。此時改為間歇注漿，再注設計值的30%水泥漿為止。

l 對每一道注漿來說，注漿壓力達到設計值，注漿量少于設計值，此時保證注漿量不低于設計值的80%即可。

工藝流程如圖3.1 所示[3]：

圖3.1 灌注樁后注漿施工工藝流程圖（2）材料選用與水灰比：配制注漿漿液采用P.O 42.5 級普通硅酸鹽水泥，漿液水灰比取0.6，攪拌時間不少于2 分鐘，漿液用3×3mm 的濾網進行過濾，漿液采用純水泥漿，水泥漿強度不小于30Mpa。

（3）灌注樁后注漿施工中，采用樁底不填碎石方案、開塞時間提前的措施。開塞在混凝土澆注后12～24 小時進行，開塞后用清水沖洗注漿管道，直至溢出清水，然后用堵頭重新封閉壓漿管。

（4）成樁2 天開始注漿，先側注漿,后樁底注漿，樁側注漿順序為先上后下，樁側注漿和樁底注漿時間間隔3～6 小時。

（5）利用聲測管作底注漿管。

3.4 后注漿灌注樁靜載試驗結果

根據鄭州市市政工程建設中心相關要求，選取部分樁位進行了試樁靜載試驗，并形成試驗報告。試樁參數為：直徑d=1.2m，樁長l=38m，樁身混凝土等級C30。單樁豎向抗壓靜載試驗結果如表4.1 所示。

表3 .1 單樁豎向抗壓靜載試驗結果

由該試驗結果可知：后注漿工法可顯著提高樁基礎的樁側承載力和樁端承載力，對比非注漿樁，5 根后注漿樁的樁側承載力提高系數分別為1.41，1.36，1.30，1.49，1.53；樁端承載力提高系數分別為2.90，1.90，1.68，2.61，4.6。與規范相關條文提供的提高系數相比，樁側承載力提高系數相近，樁端承載力提高系數更高。同時可看出后注漿工法對樁基承載力的提高效應還與注漿齡期、注漿方式、地質條件等多種因素有關。

對靜載實驗進一步分析處理，建議相關設計參數如下。

表3 .2 后注漿灌注樁樁側阻力、樁端阻力設計參數建議值

3.5 后注漿灌注樁與未注漿灌注樁比對設計

下面以實際樁設計進行對比。樁直徑：

1.5 m；樁頂荷載：10000KN。

表3 .3 未注漿與后注漿灌注樁數據對比

由計算結果對比可知：由于后注漿技術使得樁基承載力增加，在相同設計荷載下，結果安全度相同的設計條件下，樁長減小27m，達到49%，效果明顯。

4 結論

通過以上論述和樁基后注漿設計介紹，主要得到以下結論：

（1）鄭州市航海路地區后注漿技術下樁基承載力能得到明顯提高，其中樁側承載力提高系數與規范推薦值相接近，而樁端承載力提高系數比規范推薦值高。

（2）后注漿技術可減小樁基礎設計樁長，在相同設計輸入條件下，可使設計樁長減小49%，極大地減小基礎工程量。