注漿擠擴(kuò)灌注樁在工程應(yīng)用中的關(guān)鍵施工技術(shù)

羅永成 吳克威 章志偉

中建三局第三建設(shè)工程有限責(zé)任公司 上海 200333

鉆孔灌注樁應(yīng)用非常廣泛，但樁身材料利用效率低。現(xiàn)有的提高鉆孔灌注樁承載效率的方法主要有變截面法和后注漿法。變截面樁對機(jī)械設(shè)備和土層的要求比較高，而后注漿法存在跑漿問題，可靠性比較差[1-6]。

為此，研究開發(fā)了注漿擠擴(kuò)灌注樁，在鉆孔灌注樁的鋼筋籠底部設(shè)置束漿袋，進(jìn)行有約束注漿，在樁底部形成擴(kuò)大頭。一方面，注入的水泥漿體將對鉆孔灌注樁周圍土體形成較大壓力，將其壓密強(qiáng)化，顯著提高土體強(qiáng)度；另一方面，束漿袋中水泥漿體固化以后將在鉆孔灌注樁周圍形成凸出物，顯著提高樁-土咬合力。這樣做既可以提高后注漿工法的可靠性，又可以大幅度提高鉆孔灌注樁的承載性能，優(yōu)化了樁數(shù)和樁長，具有不錯(cuò)的經(jīng)濟(jì)效益。

1 工程概況

常熟2004A-G057號地塊商住用房項(xiàng)目世茂世紀(jì)中心3#地塊D樓總承包工程由商業(yè)、物業(yè)用房、地下車庫、配電間、排煙機(jī)房等配套建筑構(gòu)成，地上4層，地下2層，局部夾層。主樓基礎(chǔ)為筏板-樁基礎(chǔ)，總建筑面積約85 723 m2，其中地上建筑面積約31 333 m2，地下建筑面積54 390 m2，人防建筑面積18 537 m2，基坑單層面積27 076 m2，周長705 m。

2 地勘分析

2.1 地質(zhì)概況

擬建場地地形整體起伏不大，地面標(biāo)高為2.36～3.78 m。擬建場地地貌屬長江三角洲沖積平原。

擬建場地40.5 m深度范圍內(nèi)地層為第四系全新統(tǒng)、更新統(tǒng)沉積物，主要由黏性土、粉土及粉砂等組成，按其沉積年代、成因類型及物理力學(xué)性質(zhì)的差異，可劃分成9個(gè)主要層次，如表1所示。

2.2 水文概況

地表水：根據(jù)本次勘察，擬建場地未見明河發(fā)育。

表1 土體分層信息

地下水：擬建場地與地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)、施工有關(guān)的主要含水層為①層雜填土中的潛水；③層粉土、④層粉質(zhì)黏土夾粉土中的微承壓水。

勘察時(shí)采用挖坑法，8 h后測得擬建場地①層土中的潛水地下水穩(wěn)定水位埋深及標(biāo)高。根據(jù)區(qū)域資料，擬建場地近3～5年中最高地下水位為2.40 m。

3 方案優(yōu)化

原設(shè)計(jì)為傳統(tǒng)鉆孔灌注樁，設(shè)計(jì)樁徑為550 mm，樁長為22 m，設(shè)計(jì)根數(shù)為1 153根。工程樁數(shù)較多，工期較為緊張且鉆孔灌注樁樁身材料利用效率低。因而對方案進(jìn)行優(yōu)化，采用新型注漿擠擴(kuò)灌注樁。

3.1 試樁

根據(jù)GB 50007—2011《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》分別對鉆孔灌注樁與注漿擠擴(kuò)灌注樁做3組抗拔試驗(yàn)樁，然后進(jìn)行基礎(chǔ)承載力試驗(yàn)。

注漿擠擴(kuò)灌注樁試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表2所示。

表2 注漿擠擴(kuò)灌注樁單樁豎向靜載試驗(yàn)結(jié)果

對照J(rèn)GJ 106—2014《建筑樁基檢測技術(shù)規(guī)范》第5.4.2條，綜合考慮后可知，試樁1—3的單樁豎向抗拔極限承載力均為3 800 kN。鉆孔灌注樁試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表3所示。

由表3可知，試樁1—3的單樁豎向抗拔極限承載力均為2 200 kN。

3.2 優(yōu)化

由試驗(yàn)可知，注漿擠擴(kuò)灌注樁相較于鉆孔灌注樁大幅提高了承載性能，進(jìn)而可以減少樁的數(shù)量和長度，具體優(yōu)化方案如表4所示。

表3 鉆孔灌注樁單樁豎向靜載試驗(yàn)結(jié)果

表4 樁基優(yōu)化方案

4 工藝原理及流程

4.1 注漿擠擴(kuò)灌注樁工藝原理

利用傳統(tǒng)鉆孔灌注樁工藝施工鉆孔灌注樁，然后將高壓水泥漿注入預(yù)先布置在鋼筋籠底部的束漿袋內(nèi)，使束漿袋擴(kuò)張擠壓鉆孔灌注樁底部周圍土體，最終在鉆孔灌注樁底部周圍形成水泥擴(kuò)大頭，如圖1所示。

圖1 注漿擠擴(kuò)灌注樁原理

4.2 施工工藝流程

注漿擠擴(kuò)灌注樁施工工藝流程為：

1）利用鉆孔工藝成孔、一次清孔。

2）在鋼筋籠底部安裝雙層束漿袋，然后將注漿管插入束漿袋中。

3）將安裝好束漿袋和注漿管的鋼筋籠下放到鉆孔中。

4）下放導(dǎo)管，二次清孔后灌注混凝土。

5）混凝土灌注完成，養(yǎng)護(hù)24 h后對束漿袋注漿，使束漿袋擴(kuò)張擠壓鉆孔。

5 施工關(guān)鍵技術(shù)

成孔、清空、鋼筋籠制作、下放，以及混凝土澆搗等工序操作要點(diǎn)與傳統(tǒng)鉆孔灌注樁相同，注漿擠擴(kuò)灌注樁特殊工序操作要點(diǎn)如下。

5.1 束漿袋的安裝

1）安裝之前，應(yīng)檢查束漿袋的完好性。

2）束漿袋的上下端采用鐵絲與鋼筋籠主筋綁扎固定，在下放鋼筋籠之前應(yīng)檢查束漿袋與鋼筋籠的連接，必須保證固定牢固。

3）在現(xiàn)場操作過程中，務(wù)必保證束漿袋完好無損，防止在施工過程中造成布袋損壞，影響注漿擴(kuò)底的施工質(zhì)量。

5.2 注漿管路的安裝

注漿擠擴(kuò)灌注樁注漿管的安裝應(yīng)符合下列規(guī)定：

1）注漿管可采用黑鐵管，采用鐵絲與鋼筋籠的加強(qiáng)箍筋綁扎牢固（圖2）。

圖2 注漿擠擴(kuò)灌注樁的擴(kuò)底裝置安裝

2）擴(kuò)底注漿管應(yīng)隨鋼筋籠下放逐節(jié)采用直螺紋對接安裝，安裝時(shí)接頭處需纏裹生膠帶，接頭應(yīng)用管鉗擰緊，保證注漿管的密封性，防止脫落。

3）鋼筋籠下放受阻時(shí)不得撞籠、墩籠、扭籠。

5.3 注漿擠擴(kuò)

1）注漿時(shí)間：樁身澆筑完混凝土后，等養(yǎng)護(hù)到混凝土終凝時(shí)，大約24 h后，開始進(jìn)行樁底注漿。

2）注漿壓力及注漿量：注漿壓力不宜大于2.0 MPa，注漿量根據(jù)樁徑大小和擴(kuò)底段長度而定，可參見表5。

表5 不同樁徑土工織物袋的水泥用量

3）注漿擠擴(kuò)過程中應(yīng)嚴(yán)格按照注漿壓力和注漿量雙控標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行，對注漿過程嚴(yán)格控制。按照分步注漿原則進(jìn)行注漿，便于水泥漿逐步擴(kuò)散，防止注漿壓力過大而損壞束漿袋。

6 工程實(shí)際應(yīng)用效果

1）施工工藝簡單。注漿擠擴(kuò)灌注樁是一種采用全新工藝施工的鉆孔灌注樁。在不根本改變傳統(tǒng)鉆孔灌注樁施工工藝的情況下，穿插進(jìn)行注漿擴(kuò)底系統(tǒng)加工、安裝以及注漿成形，施工工藝簡單。

2）施工設(shè)備簡易。傳統(tǒng)擴(kuò)底鉆孔灌注樁施工需要專用機(jī)械——擴(kuò)底樁樁機(jī)，設(shè)備投入比較大。而注漿擠擴(kuò)灌注樁采用傳統(tǒng)鉆孔灌注樁施工機(jī)械施工鉆孔灌注樁，常規(guī)注漿設(shè)備注漿成形即可，設(shè)備投入少。

3）土層適應(yīng)性強(qiáng)。傳統(tǒng)擴(kuò)底鉆孔灌注樁因?yàn)椴捎脵C(jī)械形成擴(kuò)底凹槽，一般僅適應(yīng)自立性比較好、強(qiáng)度比較高的土層，否則難以成形。而注漿擠擴(kuò)灌注樁是采用注漿擠擴(kuò)形成樁底擴(kuò)大頭，對土層的自立性和強(qiáng)度要求不高，因此土層適應(yīng)性強(qiáng)。

4）施工質(zhì)量可靠。注漿擠擴(kuò)灌注樁施工工藝簡單，只要控制注漿系統(tǒng)加工、安裝質(zhì)量，施工質(zhì)量也就完全可以得到保證。

5）施工成本低廉。施工設(shè)備簡易，投入少，施工材料為帆布、注漿管和水泥等常規(guī)建筑材料，消耗量少，成本較傳統(tǒng)鉆孔灌注樁可降低20%～30%。

6）施工工期可控。注漿擴(kuò)底裝置的制作和現(xiàn)場安裝不占用注漿擠擴(kuò)灌注樁的絕對施工工期，因此施工工期可控。因承載效率提高，樁徑或樁長較傳統(tǒng)鉆孔灌注樁小，故施工工期較傳統(tǒng)鉆孔灌注樁短。

7 結(jié)語

本文結(jié)合常熟世茂工程項(xiàng)目，對注漿擠擴(kuò)灌注樁的工藝原理、流程以及施工技術(shù)要點(diǎn)進(jìn)行了詳細(xì)的闡述。通過進(jìn)行基礎(chǔ)承載力試驗(yàn)以及方案比選，最終將原設(shè)計(jì)的鉆孔灌注樁優(yōu)化為注漿擠擴(kuò)灌注樁。實(shí)踐證明，采用注漿擠擴(kuò)灌注樁，既可以提高后注漿工法的可靠性，又可以大幅度提高鉆孔灌注樁的承載性能，減少樁長和樁徑，同時(shí)縮短了工期，創(chuàng)造了經(jīng)濟(jì)效益，可為今后類似工程的施工提供參考依據(jù)。