鉆孔灌注樁后注漿技術在某總部基地建設項目的應用

胡亮，蔣興笠，宋勇，錢解煌 （深圳市建筑設計研究總院有限公司合肥分院，安徽 合肥 230088）

0 前言

伴隨著我國經濟建設的不斷發展，高層、超高層建筑猶如雨后春筍般拔地而起。就安徽省合肥地區而言，中國銀行辦公樓（178.2m）、華潤中心（282.6m）、安徽廣電新中心（301.7m）、恒大中心（在建518m），建筑高度不斷刷新，相應的對基礎承載力要求越來越高。灌注樁具有大直徑、長樁長、單樁承載力高、沉降變形小等優點，是目前橋梁樁基、超高層建筑基礎的首選。作為灌注樁的一種，泥漿護壁鉆孔灌注樁應用較為廣泛，但該類樁的缺陷是泥皮和沉渣過厚，影響單樁承載力的發揮。而后注漿技術不僅能解決上述泥漿護壁灌注樁的缺陷（固化樁底沉渣、膠結泥皮），又能改良基樁的承載性能、減少樁基沉降。灌注樁后注漿一般分為樁側、樁端、聯合注漿三種施工工藝。隨著施工工藝發展與理論研究的不斷深入，灌注樁后注漿技術擁有更為廣闊的應用前景。

1 工程實例

1.1 工程概況

徽商銀行總部基地建設項目（圖1）位于合肥市濱湖新區云谷路與廬州大道交口西南側。其中，總部辦公主塔樓（A區）采用了帶局部高位斜撐轉換的鋼筋混凝土框架-核心筒結構體系[1]，建筑標準層形狀為矩形，外輪廓尺寸為52.80m×36.40m，地下2層，地上42層，總高度為179.1 m，本工程地面粗糙度為B類，特征周期0.38s，基本風壓0.35kN/m2，設計時主塔樓風荷載體型系數取1.4，其他設計數據詳見表。

圖1 建筑鳥瞰圖

基本設計數據

1.2 基礎設計

對于框架-核心筒結構的高層建筑樁基，依據變剛度調平的設計理念，對核心筒范圍內樁基剛度適當強化（如加大樁長樁徑、加密基樁布置、以及采用后注漿等方式），而對內筒外圍區域樁基剛度相對弱化，以減小內筒和外框間的差異沉降及樁基筏板內力[2]。本工程核心筒內、外筏板厚度分別為2800mm、2400mm，核心筒內、外分別采用直徑1100mm（ZH2）、1000mm（ZH1）鉆孔灌注樁，樁頂相對標高分別為-14.00m、-14.40m，樁的有效長度約為42m，樁身混凝土采用C40，樁尖進入第⑤2層中風化砂質泥巖。核心筒內采用樁側與樁端聯合注漿、核心筒外圍采用樁底注漿工藝，單樁豎向承載力特征值分別由7600kN、8500kN 提 高 至 8500kN、10000KN，單樁承載能力分別提高了12%、18%。通過采用灌注樁后注漿施工技術，在滿足樁間距≦3d控制要求下，基本可以實現核心筒內墻下布樁，既能有效減小筏板板厚及配筋、又能減少框架-核心筒內外差異沉降，取得了較好的經濟效益。根據合肥市測繪設計研究院提供的沉降觀測報告，在2016年11月（主樓六層結構澆筑）至2018年2月（主體完工，內隔墻砌筑基本完成）期間對主樓共進行了26次沉降觀測。核心筒內累計平均沉降量為26.7mm，核心筒外累計平均沉降量為19.7mm，最大不均勻沉降率均小于規范允許值0.2%。圖2為采用后注漿工藝樁平面布置圖。

圖2 主塔樓樁平面布置圖

2 灌注樁后注漿施工工藝及加固機理

2.1 預埋后注漿裝置

后注漿裝置由注漿管、注漿器和注漿閥組成。注漿管應采用38×3.5mm無縫鋼管。樁底注漿管底部連接單向閥式注漿器，且注漿器下部應伸出樁底端以下0.2～0.5m。樁側后注漿管采用環向樁側花管注漿器（圖3），沿樁長設置2道注漿斷面，每道后注漿斷面均勻分布出漿孔4個。后注漿管、各土層斷面如圖4所示。

圖3 環向樁側花管注漿器

圖4 注漿管、各土層斷面圖

樁側及樁端壓漿管底部安裝可靠有效的、具有單向逆止功能的注漿閥，其能承受的靜水壓力應不低于1MPa。注漿管閥外部應設置防砂石等硬質物，防止刮擦碰撞而致使其自身受損。注漿閥需待鋼筋籠起吊至樁孔邊垂直豎起后方可安裝，并與鋼筋籠形成整體。樁端與樁側注漿閥在鋼筋籠吊起入孔過程與注漿導管牢固可靠連接。下放鋼筋籠必須緩慢，嚴禁強力沖擊。每連接好一段壓漿管，須使用10～12#鐵絲，每間隔2～3m 與鋼筋籠主筋牢固的綁扎在一起嚴防壓漿管折斷。對露在孔口的壓漿管必須封堵保護，防止雜物及泥漿掉入壓漿管內，確保管路暢通。待樁身混凝土澆筑完7～8h后，應采用清水對注漿裝置進行開塞，壓通注漿管路。開塞壓力一般為0.8～2.0MPa，開塞后應立即停止注水[3]。

2.2 后注漿參數與壓漿施工

2.2.1 后注漿參數的確定

注漿參數主要包括注漿量、注漿壓力、漿液稠度等參數。在后注漿開始作業前，宜進行試注漿，優化并最終確定注漿參數。設計應符合下列要求：

①對于注漿量而言，需要根據樁徑、樁長以及樁側附近土層特點等多種因素進行確定，研究人員劉金礪等[4]通過相應分析得出以下計算公式：

式中，αp、αs表示樁端及樁側注漿量的經驗系數，αp=1.5～1.8，αs=0.5～0.7；n為樁側注漿斷面數；d為基樁設計直徑；Gc為注漿用量；

②所謂的注漿壓力，是在不致使地表出現隆起以及基樁上抬量較大的基礎上，在注漿過程中可以采取的最大壓力。其壓力值需要通過分析土層性質、注漿點位置、注漿施工次序等因素綜合確定。樁側注漿終止壓力宜為樁側注漿的1/2。

③漿液的特性與其濃度密切相關，其水灰比可由土的滲透性以及飽和度綜合確定。其中稀漿（水灰比0.8）具有比較強的流動性，適用于粗砂、礫石層等松散土體的加固。中漿（水灰比0.6）具有著一定的填充和擠密壓實作用，而濃漿（水灰比0.4）能起到對已灌入水泥漿液的一種脫水作用[5]。所以按照水灰比由稀到稠逐級注入、多次注漿（一次及二次進行注漿）的方式，可以對整體的注漿效果進行提升。通過大量的工程實踐可知，飽和土、非飽和土分別采用 0.5～0.7、0.7～0.9的水灰比注漿效果較為理想。

2.2.2 后注漿施工要點[6，7]

按照本工程鉆孔灌注樁設計要求，在成樁后的7～8h內，應采用壓力為0.8～2.0MPa清水對注漿裝置進行開塞，開塞后應停止注水。在正式大面積的樁側、樁底壓漿前，施工方先進行試注漿，并將試驗資料反饋給設計方。設計方根據現場試驗資料，綜合判斷、修改、調整設計參數。然后施工方根據修正后的設計參數，確定注漿量、漿液配比、流量、終止注漿壓力等施工參數，從而進行現場工程樁后注漿施工。

后注漿宜在鉆孔灌注樁成樁48h后實施，注漿作業與成孔作業點的距離不宜小于8～10m。樁端樁側聯合注漿順序，對于飽和土宜先樁側后樁端，非飽和土則反之。對于樁側多斷面注漿應由上而下，對于樁端樁側聯合注漿方式，其壓漿間隔時間宜≧2h。為了使樁端水泥漿液均勻擴散分布，樁端的兩個注漿導管應交替等量壓漿，對于本工程樁筏基礎注漿宜采用先外框、后內筒施工次序。

當發生下列某一狀況時需調整為間歇（時間為30～60min）注漿、或者調整漿液水灰比：①注漿壓力小于正常值較長時間；②相鄰樁孔間串漿或地面產生冒漿現象。當符合下述條件之一時可終止壓漿：注漿總量、注漿壓力均達到根據現場注漿試驗資料反饋后修改、調整的設計要求；注漿總量已達到本條以上第1點設計值的75%、且注漿壓力超過設計值并持續3min以上。

本工程注漿用水泥采用42.5級普通硅酸鹽水泥，1000mm（ZH1）、1100mm（ZH2）樁徑的鉆孔灌注樁樁底注漿量分別為2.5t、2.7t，漿液的水灰比為0.60，注漿流量≤75L/min，終止注漿壓力值為 3～6MPa。1100mm(ZH2)樁徑的鉆孔灌注樁樁側注漿量2.0t，漿液的水灰比為0.60，終止注漿壓力值為2～4MPa，注漿流量≤60L/min。

2.3 后注漿加固機理

2.3.1 樁底注漿的加固作用機理

樁端后注漿是指灌注樁在下放鋼筋籠時預埋注漿導管，并在成樁后通過該導管向灌注樁底部逐步注入水泥漿液，通過物理化學作用（如滲透填充、劈裂加筋等）對樁底的沉渣以及土體的內部結構與力學特性進行改良，從而提高樁端阻力并減小樁基的沉降量。通過樁端后壓漿，水泥漿液充填擠密樁端土體孔隙、固化樁底沉渣，且水泥漿液向樁端四周擴散形成了強度高、結構性能好的擴大頭，使得樁端支撐面積增大，有效提高灌注樁承載力。此外，部分漿液在注漿壓力下沿著樁身以及孔壁之間較為薄弱部位逐漸上行，能起到膠結泥皮、間接增大樁身截面的作用，且樁端壓力注漿使樁上抬而產生反向摩阻力，相當于“預應力”的作用，提高了樁側摩阻力[8，9]。通過高文生等進行實測[10]，樁端后注漿能使土體的抗壓強度、變形特性等物理力學參數明顯改良。

2.3.2 樁側注漿的加固作用機理

樁側壓力注漿是指灌注樁成樁后，在注漿壓力作用下將水泥漿液通過樁身預埋裝置（如環向樁側花管注漿器）強行壓入樁側周圍土層中。若樁側為粗粒土層時，后壓漿經過部分擠密、滲透填充及固化等作用，能有效降低樁側土孔隙率，顯示出一種“滲透填充膠結”效應；若樁側為細粒土層時，且當后注漿壓力超過劈裂壓力，會產生“劈裂加筋”效應[11]。以上兩種效應均能改善樁周土的強度與剛度。在樁側（環向樁側花管注漿器）注漿點處，由于水泥漿液的擠壓作用，形成“漿土結石體擴大頭”。在樁側各注漿點之間處形成一層漿殼，且與泥漿護壁法成孔中生成的泥膜發生物理化學反應而固化，形成漿土結石體的復合樁身，增大剪切滑動面，改變樁與側壁土之間的邊界條件。水泥漿液充填擠密樁身混凝土與樁側土體的空隙，增加了樁土間的粘聚力，故能提高樁的承載力以及減小樁基的沉降量。

3 樁基檢測與分析

試樁采用錨樁反力裝置進行加載（圖5），試驗共分9級，首級荷載為4000kN，以后每級加載量為2000kN。以核 心 筒 內 GH118#、GH166#、GH178#試樁為例，樁長均為42m，經對靜載試驗數據分析，該三根樁最大加載值達20000kN時，樁頂總沉降量分別為6.91mm、8.14mm、6.56mm。樁頂沉降量較小，分析原因是由于樁端嵌入中風化巖層、采用了樁底樁側聯合后注漿技術。單樁抗壓承載力Q～s曲線（圖6）未出現明顯陡降，最大回彈量分別為4.15mm、6.95mm、3.81mm，回彈率分別為60.1%、85.4%、58.1%，說明該樁未達到極限破壞狀態，取最大試驗荷載20000kN為該試樁的單樁豎向抗壓極限承載力值，其單樁豎向抗壓承載力特征值取極限值的50%，即10000kN，各項指標均能滿足設計要求。

4 結論

圖5 錨樁反力裝置

圖6 單樁承載力試驗Q-s曲線

結合徽商銀行總部基地建設項目主塔樓基礎設計，工程采用后注漿技術提高了單樁承載力、優化了基礎樁基布置方案、減少了框架-核心筒內外的差異沉降，實現了變剛度調平設計。介紹了灌注樁后注漿的主要施工工藝：后注漿裝置的預埋，后注漿參數的確定以及后壓漿的施工要點（列舉了主塔樓大直徑灌注樁后注漿的相關技術參數，可為同類工程提供參考）；闡述了樁端、樁側后注漿技術的加固作用機理：通過“滲透填充”、“劈裂加筋”等物理化學作用，改變了土體的內部結構與力學特性，從而提高了單樁的承載力并減小樁基的沉降量。通過對項目現場3根試驗樁靜載檢測，結果表明各項指標均滿足設計要求，取得了較好的經濟效益。