大直徑超長灌注樁后注漿工藝在碼頭工程中的應用

◎ 高譚坤 福建省交通規劃設計院有限公司

隨著港口建設的發展，大型高樁碼頭對樁基承載力要求越來越高。灌注樁具有適應能力強、穩定性好、承載力高等優點，在高樁碼頭工程中應用非常普遍。然而樁側泥皮與樁底沉渣對其側摩阻力和樁端承載力影響較大。后注漿工藝可把原來松散土粒和裂隙膠結成具有一定強度的結石體，增強樁側土和樁端土的強度，從而提高樁基承載力。

1.傳統灌注樁施工工藝的缺陷和不足

灌注樁成孔時采用泥漿護壁，在樁側形成了一層較厚的泥皮，改變了樁土相互作用，導致樁側摩阻力下降，從而影響承載力。灌注樁成孔后，樁底沉渣無法100%徹底清除，不僅使樁端承載力無法充分發揮，而且還可能導致沉降量大大增加。

2.后注漿施工工藝的作用機理和優勢

灌注樁后注漿工藝是指灌注樁成樁后，通過預設于樁身內的注漿導管在樁端或樁側注漿，加固樁端或樁側土體的施工作業。壓力注漿根據地質條件、注漿壓力、漿液對土體的作用機理和運動方式，可分為滲透注漿、壓密注漿和劈裂注漿。三種注漿方式可以是單獨的，但絕大多數情況下是三種方式相互作用。

后注漿施工工藝通過固化樁側泥皮和周圍土體，提高了持力層承載力和樁側摩阻力。群樁注漿后漿液擴散連通固化，減少了群樁的不均勻沉降。后注漿施工工藝可有效縮短樁長或減小樁徑，降低施工難度，節省投資。

3.后注漿方式

大直徑灌注樁通常采用的后注漿類型有樁端后注漿和樁端樁側復式后注漿。承受豎向荷載時，在確保后注漿施工可靠的前提下，可僅采用樁端后注漿提高其豎向承載力，若承受較大的水平荷載時，增加樁側注漿可顯著提高其水平承載性能。近年來掌握的數據表明樁底后注漿對承載力的提高幅度在22%～40%，樁端、樁側聯合注漿提高單樁承載力60%～100%。

4.工程實例分析

4.1 工程概況

福州港白馬港區坪崗作業區4#泊位建設規模為5萬噸級散貨泊位1座，結構受力船型為7萬噸級散貨船。碼頭呈離岸式布置，泊位總長273m，碼頭平臺寬26m，碼頭前沿線布置在天然底標高-10.0～-28.0m，方位角為160.6°～19.4°，碼頭頂面高程+9.3m，碼頭前沿設計底高程-13.6m，碼頭平臺通過2座棧橋與后方陸域相連。

4.2 設計條件

（1）設計船型：5萬噸級散貨和7萬噸級散貨船；

（2）設計水位：設計高水位為7.27m（基準面為當地理論最低潮面，低于國家85高程基準面3.607m；

（3）設計波浪：本工程設計波高2.12m，周期3.3s，波長17.0m；

（4）工程地質：根據地質勘察報告，碼頭區泥面較低，一般為-30.7～-16.4m，覆蓋層厚23.5～43.6m，下臥土層主要為淤泥、黏土和殘積土。強風化花崗巖分布穩定、連續，但其巖性較軟，樁端承載力不高，覆蓋層埋深10.3～54.8m之間有大量的孤石，巖芯較完整，呈短柱狀，局部呈碎塊狀，層厚約1.0～3.0m，重型動力觸探擊數一般＞50擊。詳見表1。

表1 土的物理力學性能指標

圖1 碼頭結構斷面圖

（5）設計荷載：均布荷載為20kN/m2。門座起重機起重量40t，軌距12m，輪壓標準值400kN/輪，最大幅度35m。流動機械荷載為引平板車。

4.3 碼頭結構斷面設計

根據地質鉆探資料，本工程碼頭所在區域，灰黃色凝灰質砂礫巖散體狀強風化層標高在-40.1～-57.1m之間，巖面埋藏較深，綜合地質條件、工程造價和對環境的影響等因素，碼頭采用高樁梁板式結構。由于場地覆蓋層存在大量巖芯較完整的孤石，打入樁無法穿透，沉樁難度太大，碼頭結構樁基采用灌注樁。針對本工程地質條件復雜、基巖埋深較大，持力層巖性較軟的特點，樁基結構方案采用傳統灌注樁和后注漿灌注樁進行比選。

方案一：傳統灌注樁方案

碼頭樁基采用Φ2000mm灌注樁，樁頂上現澆混凝土樁帽及橫梁，橫梁上擱置軌道梁及縱梁，其上擱置預制面板，面板上現澆混凝土面層和磨耗層。排架間距為10m，共28榀排架，每榀排架設4根，樁端持力層為砂礫巖散體狀強風化層。

方案二：灌注樁后注漿工藝方案

樁基采用Φ2000mm后注漿工藝的灌注樁，排架間距為10m，共28榀排架，每榀排架設4根直樁，樁端持力層為砂礫巖散體狀強風化層，上部梁板結構型式與方案一相同。

表2 碼頭構件內力匯總

表3 方案綜合比較

4.4 方案比選

方案一：

根據承載力要求，本方案Φ2000mm灌注樁樁長為74.15m，樁端進入持力層應大于10倍樁徑，如此長度的大直徑灌注樁，施工難度非常大。該方案樁基部分工程費用約5900萬元。

方案二：

樁基采用直徑為Φ2000mm的后注漿灌注樁，樁長為63.65m,樁端進入持力層應大于5倍樁徑，即可滿足承載力的要求，樁長縮短14%。本方案樁基部分工程費用約5200萬元，樁基工程費用節約13%。

經綜合比較，后注漿灌注樁從上部結構內力、樁基承載力、施工便捷、工程造價等方面對本工程最有優勢，推薦后注漿灌注樁方案。

4.5 施工技術要求

注漿時間宜在成樁30d以內，且樁身混凝土強度達到設計強度的75%或在樁身的超波檢測結束后進行。后注漿作業開始前，應進行試驗性注漿，以確定并優化最終的注漿參數。樁底注漿宜用注漿量與注漿壓力雙控。灌注樁施工完畢后，均應用超聲波整體檢測法進行檢測和低應變動力檢測。注漿完成20天后應進行承載力檢驗。

5.結論

（1）樁端后注漿灌注樁能夠有效提高樁基承載力20%以上，減小樁長，降低施工難度，縮短施工工期，節約工程投資，具有顯著的經濟效益。

（2）福建沿海地區強風化花崗巖巖性較軟，基巖埋深較大，持力層對灌注樁樁端承載力較低，采用后注漿工藝可有效提高灌注樁樁端承載力。因此，在類似條件的福建海港碼頭工程中大力推廣灌注樁后注漿施工技術有著重要意義和廣闊的前景，本工程實際應用可為類似碼頭工程提供參考價值。