灌注樁后注漿技術在工程中的應用

竇 濤

中冶地勘巖土工程有限責任公司

1 灌注樁后注漿簡述

時至今日，樁的應用已經(jīng)具有一萬多年的歷史了。1981年1月，在太平洋東南沿岸智利的蒙特韋爾德周圍的森林中被美國肯塔基大學考古學家發(fā)現(xiàn)了一棟承載木樁的木屋，利用放射性碳的測定之后及時作出判斷。隨著國內(nèi)外土木工程建筑工程的未來發(fā)展趨勢，越來越多的工程都采用審計處的形式。鉆孔灌注樁是深基礎的一類形式，并在二十世紀中期在美國首次出現(xiàn)，尤其是到七八十年代，鉆孔灌注樁在世界范圍中充分呈現(xiàn)欣欣向榮的現(xiàn)狀。因為其承載力很大、噪聲很小、震動較弱、樁長、樁徑可進行自由選擇、具有較強的穩(wěn)定性、較快速的進尺、較少的泥漿排放量、簡單的施工設備、沉降速度較緩和沉降量較小、均勻等特征受到廣泛運用。不僅如此，最近一些年，施工技術與機械設備不斷地完善及優(yōu)化，有效控制了灌注樁中出現(xiàn)的斷樁、縮頸、露筋、塌孔等各種問題。所以，使用量與日俱增，經(jīng)年居高不下。

二十世紀中期，我國對于鉆孔灌注樁提高了重視并投入應用，其初期是在我國南方等各大城市的項目中進行應用，如高層建筑工程、港口、水利工程、道路橋梁工程等。伴隨改革開放腳步的不斷加快，灌注樁的應用量不斷提高，近些年來，已在全國各個省市、自治區(qū)的大中城市和開發(fā)區(qū)進行廣泛運用，還可以運用在黃土、膨脹土、軟土等特殊土包含在內(nèi)的各類地基。根據(jù)相關調(diào)查結(jié)果顯示，近年來我國灌注樁的使用量的日益增加，在世界上位于首位，我國對于灌注樁的應用較晚，但發(fā)展卻十分迅速。鉆孔灌注樁在工程實踐過程中獲得高速運用，除此之外，因施工方法本身的問題為混凝土灌注樁造成不容忽視的缺陷和問題。大多數(shù)鉆孔灌注樁的建設都是采用泥漿護壁成孔，泥漿護壁鉆孔灌注樁在施工方式、施工工藝、現(xiàn)場管理、施工操作、地層圖紙等各種因素的影響之下，通常會發(fā)生孔底沉渣無法有效清理、樁測產(chǎn)生泥皮等狀況，導致成樁質(zhì)量缺少穩(wěn)定性、承載力無法滿足要求。現(xiàn)如今，怎樣在樁徑、樁長受到限制的狀況下充分滿足承載力的需求，這類問題為灌注樁的施工工藝提出新的課題和更高的要求。

2 影響鉆孔灌注樁單樁承載力的因素

（1）在具體的成孔中，為了維系孔壁的穩(wěn)定性，防止發(fā)生坍塌與縮頸的狀況，通常選用優(yōu)質(zhì)的泥漿護壁。泥漿中的黏土顆粒在具體的循環(huán)中吸附在孔壁，產(chǎn)生泥皮，進而最大限度地發(fā)揮孔壁的作用。泥皮的存在為樁身混凝土與樁周土的黏結(jié)造成嚴重影響，就要在樁土之間涂抹潤滑劑，可有效減少樁測之間的摩阻力。摩阻力的減少和泥皮的質(zhì)量、厚度等關聯(lián)密切。

（2）在成孔結(jié)束后，地層中就會出現(xiàn)很大的自由面，直接影響了地層初始應力狀態(tài)，使其發(fā)生變化，樁周土體向著孔中心出現(xiàn)不同程度的位移，降低地層之間存在的側(cè)壓力，減少樁間土的法向應力，進而最大限度地控制樁測之間的摩擦力。

（3）在具體的施工中，因為采用泥漿當作沖洗介質(zhì)，不管是采用怎樣先進的二次清孔工藝，都無法將孔中沉渣都帶到地表。尤其是在土質(zhì)較為松散的地層中開展施工，即便對孔進行深入清理，清孔之后到混凝土澆筑之前這段時間還是會出現(xiàn)沉淀的沉渣。孔底的沉渣厚度通常為10cm～50cm，最厚的時候可達100cm 之多，除此之外，孔中泥漿比重以及黏度很大時，還是會導致清孔缺少徹底性，沉渣的厚度太大。孔底存有沉渣讓樁端巖土持力層性質(zhì)出現(xiàn)變化，產(chǎn)生能夠壓縮的“軟墊”，是對鉆孔灌注樁單樁承載力造成影響的關鍵因素。

（4）在初灌混凝土的施工中，因為導管具有細及長的特點，落差很大，混凝土出現(xiàn)互相背離的狀況，在樁底部出現(xiàn)“虛尖”“干碴石”的狀況，導致樁底混凝土的強度造成嚴重影響。

（5）孔壁在遭受水的浸泡之后，致使樁周土抗剪強度降低以及樁身的混凝土收縮等將會不同程度的降低樁測摩阻力。主要是因為樁身混凝土的固結(jié)發(fā)生體積收縮狀況，嚴重影響樁身混凝土與孔壁之間的銜接，致其產(chǎn)生縫隙，不斷減少樁測摩阻力。并且在成孔時，均普遍存有對孔壁與孔底土層的擾動，這些作用對鉆孔灌注樁單樁承載力作用的充分發(fā)揮造成影響。與此同時，靜載試驗結(jié)果顯示，樁側(cè)摩阻力和樁端阻力之間起到了不同步的現(xiàn)象。

灌注樁的后注漿一般是在灌注樁成樁以后的一定時間之中，通過預設于樁身內(nèi)部的注漿導管與其相互連接的樁端、樁測注漿閥注入水泥漿，有助于增強加固樁端和樁測的土體，最大限度地提高承載力，嚴禁沉降現(xiàn)象的發(fā)生。

灌注樁后注漿的技術優(yōu)勢可讓其良好的應用于各種地質(zhì)條件中，屬于非常先進的施工技術，然而，對于灌注樁后注漿技術的作用機理、注漿的各種參數(shù)而言，我國對此的認知都缺少有效的理論依據(jù)，所涉及的學術性研究也非常少。

在《建筑樁基技術的規(guī)范》（JGJ 94—2008）中，針對后注漿灌注樁單樁極限承載力進行的估算式如下式：

式中：

Qsk——后注漿非豎向增強段的總極限側(cè)阻力標準值；

Qgsk——后注漿豎向增強段的總極限側(cè)阻力標準值；

Qgpk——后注漿總極限端阻力標準值；

u——樁身周長；

lj——后注漿非豎向增強段第j層土厚度；

lgi——后注漿豎向增強段內(nèi)第i層土厚度；

qsjk——后注漿豎向增強段第i土層初始極限側(cè)阻力標準值；

qsik——非豎向增強段第j土層初始極限側(cè)阻力標準值；

qpk——初始極限端阻力標準值；

βsi——分別為后注漿側(cè)阻力；

βp——端阻力增強系數(shù)。

按照不同的施工場地，樁徑、樁端土、樁長的不同條件過程中，單樁承載力的提高幅度20%～200%不等。為了保證工程項目的安全性，在進行樁基的設計時，一般會預留較大的安全儲備，避免出現(xiàn)沒有必要的浪費。并且對注漿的水灰比、注漿壓力、注漿持續(xù)的時間、注漿量等各類參數(shù)的選擇存有更多不同的看法。漿液滲透范圍與擴散規(guī)律等方面的認知也各不相同，樁測與樁底土的不同性質(zhì)為承載力帶來嚴重影響，進而需要在理論方面進行詳細闡述。

3 灌注樁后注漿技術在攀西釩鈦資源綜合利用項目中的應用

3.1 工程概況

本工程位于四川省西昌市經(jīng)久鄉(xiāng)攀鋼二基地。施工內(nèi)容包括：旋挖成孔、灌注成樁、后注漿、樁基檢測。

3.2 施工技術要求

（1）測量放點。根據(jù)樁位平面布置圖及甲方提供的測量放線基準點并確認無誤后方可進行下一步的施工工作。

（2）鉆機就位。在鉆機就位之后，勢必要確保平穩(wěn)性，嚴禁出現(xiàn)傾斜、位移，為了確保鉆孔深度的精準控制，應該在機架上面或者機管上面做出有效控制的標尺，有助于在具體的施工中實施有效觀測和詳細記錄。

（3）鉆孔。鉆探過程中采用泥漿護壁，保證孔壁穩(wěn)定，孔口設置2m護筒內(nèi)徑大于鉆孔直徑200mm，護筒中心與樁中心偏差不得大于50mm，每鉆進4m～5m驗孔一次。

（4）孔底清渣。達到設計孔深后，澆筑混凝土前，采用換漿的方法，反復掏孔清理孔底殘渣，達到設計及規(guī)范要求后進入下一道工序。

（5）鋼筋籠制作安裝。根據(jù)設計要求下料，注意合理的搭配。起吊鋼筋籠采用起吊點在鋼筋籠上部加強筋與主筋焊連接處，且吊點對稱，以保證鋼筋籠起吊時不變形。樁端采用后注漿工藝：后注漿需要樁端利用兩根（Φ25×2焊管）注漿管，注漿管的標高要比鋼筋籠底端的300mm～500mm低；注漿管上面和注漿管下面應進行管箍與絲堵的配置，實現(xiàn)其良好的密封性，注漿管的連接應選用管箍或者焊接的模式，之間的連接應確保牢固密封，利用12#～14#鐵絲和鋼筋籠的主筋和加勁箍筋進行牢固的綁扎，鋼筋籠下放前應綁好砂漿墊塊，吊放鋼筋籠入孔時應對準孔位，保證垂直、輕放、慢放入孔，嚴禁高提猛落。

（6）下混凝土導管。在鋼筋籠內(nèi)插入混凝土導管，導管直徑Ф300，導管間連接一定要嚴密，導管的第一節(jié)底管長度≥4m；導管下入深度距孔底0.3m～0.5m。

（7）澆筑混凝土。混凝土采用C30 商品混凝土，控制落度180mm～220mm，澆筑混凝土應連續(xù)進行不能間斷，隨著混凝土面在孔內(nèi)不斷增高，孔內(nèi)剩余沉渣將浮在混凝土上面，一同排至孔外。

（8）拔出導管。導管拔出過程中要緩慢進行，導管底端應始終埋入混凝土中2m～6m。

3.3 后注漿施工工藝

（1）漿液。漿液采用P.O32.5 的普通硅酸鹽水泥與清水拌制成水泥漿液，水灰比為0.55。初凝時間不得早于45min，終凝時間不得遲于10h。

（2）開環(huán)。在注漿之前，為了確保整體注漿線路的通暢，應該先用壓力清水進行開塞處理，開塞的時機應嚴格控制在3天～7天，利用高壓水沖開出漿口的管閥密封裝置。而開塞處理需選擇逐步升壓法，如果壓力呈現(xiàn)出聚降，就會突然增多流量，表示已經(jīng)開通了通道，應立即進行停機處理，避免地下無法控制的進入更多的水。

（3）注漿。成樁7天后，開始注漿。注漿應連續(xù)進行，壓力采用由小到大逐級增加的原則。

（4）施工要點及要求。①注漿管埋設。本次工程選擇了樁端注漿。注漿管利用Φ25mm管壁厚度的焊接鋼管，實現(xiàn)管閥與注漿管焊接的連接性。注漿管伴隨鋼筋籠共同沉入到鉆孔中，一邊下放鋼筋籠，一邊進行注漿管的加長，注漿管和鋼筋籠內(nèi)側(cè)緊密相連，應該采用鋼絲在適當?shù)奈恢脤嵤├喂痰墓潭ǎ{管需要沿著鋼筋籠圓周實現(xiàn)對稱設置，本次工程的注漿管數(shù)量應該控制在2根。為了確保管閥順利進入樁底的持力層內(nèi)部，管閥需要比引領壓漿管鋼筋籠底端高出300mm，為了確保管閥進入土層的長度滿足標準要求。在實際的安裝中，應嚴格控制鋼筋的安裝，禁止其出現(xiàn)彎曲，注漿管與鋼筋籠加勁箍、螺栓箍焊接或者綁扎固定。注漿管通過鋼套管的利用實現(xiàn)良好的連接，而在具體的連接中應保障密封性和牢固性，避免漏水問題的出現(xiàn)，上端通過絲堵的利用進行口的封堵，避免雜物進入管中，導致注漿管發(fā)生堵塞。在進行鋼筋籠的吊放操作中，應加強鋼筋籠的緩慢放低，防止其出現(xiàn)墩籠、扭籠、撞籠等相關情況，在其和樁底互相接近時，嚴禁鋼筋籠發(fā)生扭動的現(xiàn)象，避免管閥入土層過程中遭受嚴重破壞。②水泥漿配置。水泥漿根據(jù)配比進行攪拌，攪拌的時間應高于3min，禁止?jié){液中包含水泥結(jié)石、水泥等各種雜物。在順利攪拌完成水泥漿之后，利用過濾放入儲漿桶，而儲漿桶中的水泥漿還要不停地進行攪拌處理。③注漿。在注漿作業(yè)開展以前，需重視注漿試驗的順利進行，提高漿液水灰比、注漿壓力、注漿量等各類工藝參數(shù)實現(xiàn)優(yōu)化調(diào)整，確保工藝參數(shù)的精準性。在進行注漿操作的過程中，在單位時間內(nèi)需嚴格控制水泥漿的注入量和注漿壓力。

4 結(jié)束語

通過實際的施工以及經(jīng)檢測得到的數(shù)據(jù)對比，我們可以看到：灌注樁后注漿技術能夠消除樁端軟弱層，并在樁端形成擴大頭，增強了樁端阻力；同時，有一部分漿液沿著樁-土接觸面上升到一定范圍，樁與樁周土的黏結(jié)力得到提高，即樁側(cè)摩阻力得到提高，從而使鉆孔灌注樁單樁承載力得以提高、沉降量減少。同時灌注樁的承載狀態(tài)也由摩擦樁向摩擦端承樁轉(zhuǎn)化。