灌注樁后注漿技術(shù)對(duì)提升單樁承載力的作用分析

王 鵬，劉晟源

（中航建設(shè)集團(tuán)有限公司，北京 101407）

0 引言

灌注樁后注漿技術(shù)近年來(lái)在建筑施工等領(lǐng)域得到廣泛醫(yī)用，特別是應(yīng)用于各類(lèi)混凝土灌注樁施工過(guò)程中，對(duì)各類(lèi)地質(zhì)條件的土體加固均有顯著效果，對(duì)于提升摩擦樁單樁的承載力效果更突出。

1 工程概況

中國(guó)科學(xué)院自動(dòng)化研究所某在建研究平臺(tái)工程位于北京市懷柔區(qū)，總建筑面積32 379.21m2，其中地上建筑面積27 096.11m2，地下建筑面積5 283.9m2，地上7層，地下1層，計(jì)劃建設(shè)高度35.7m，防火建筑高度31.6m，鋼筋混凝土框架-剪力墻結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)合理使用年限50年，地上部分分為東樓、西樓、南樓、北樓，局部地下1層，地上6～7層（見(jiàn)圖1）。該項(xiàng)目是國(guó)家“十三五”科教基礎(chǔ)設(shè)施項(xiàng)目之一，在全球吸引頂級(jí)人才入駐，為助力懷柔科學(xué)城發(fā)展起推動(dòng)作用。

圖1 工程整體效果

西樓地下基礎(chǔ)為后注漿鉆孔灌注樁，基礎(chǔ)樁共計(jì)50根，設(shè)計(jì)有效樁身長(zhǎng)度為20m，樁身直徑800mm，樁頂相對(duì)標(biāo)高為-2.800m，樁端持力層為③卵石層，樁端持力層以樁身進(jìn)入卵石層實(shí)際長(zhǎng)度≥6m，要求單樁豎向承載力標(biāo)準(zhǔn)值為1 600kN。樁身鋼筋籠采取主筋為1218，通長(zhǎng)安插，加強(qiáng)筋采取14@2 000，螺旋箍筋樁頂以下4m范圍內(nèi)為8@100，4m 以下為8@150。后注漿管選用25mm普通焊接鋼管，壁厚3.25mm（見(jiàn)圖2）。

圖2 灌注樁鋼筋及注漿管布置

2 擬建場(chǎng)地巖土地質(zhì)條件

2.1 地質(zhì)條件

1）場(chǎng)地現(xiàn)狀地形、地物 本工程勘察期間，擬建場(chǎng)地主要為空地，整體地勢(shì)平坦，局部略有起伏。場(chǎng)地內(nèi)主要分布有雜草，在場(chǎng)地西側(cè)有一條溝渠呈南北走向貫穿場(chǎng)區(qū)，溝渠西側(cè)分布有樹(shù)木，本工程勘察鉆孔孔口處地面標(biāo)高為54.880～56.000m。

2）地層土質(zhì) 本工程勘察深度（最大深度20.00m）范圍內(nèi)的地層，現(xiàn)分述以下：①層表層為厚度0.5～1.8m的人工堆積黏質(zhì)粉土素填土、砂質(zhì)粉土素填土；①1卵石素填土層及①2房渣土層；人工堆積層以下為新近沉積的②卵石層及細(xì)砂、②1中砂層；新近沉積層以下為第四紀(jì)沖洪積的③卵石層。

2.2 水文條件

本次工程勘察時(shí)間為2018年10月下旬，鉆孔（最深20.00m）未揭露到地下水。擬建場(chǎng)地內(nèi)分布的地表水主要為場(chǎng)地西側(cè)的溝渠水，溝渠兩側(cè)及溝底設(shè)有襯砌，現(xiàn)場(chǎng)勘察期間測(cè)得溝渠內(nèi)水面標(biāo)高為54.820m，溝渠水水質(zhì)較差，溝底沉積有厚度不等的淤泥，水深0.2～0.8m。

3 后注漿施工技術(shù)

3.1 工作機(jī)理

灌注樁后注漿技術(shù)是指在通過(guò)注漿管分別對(duì)樁側(cè)、樁端土體進(jìn)行注漿，從而起到加固土體的作用，使灌注樁的承載力得到提高，改善樁身四周土體質(zhì)量，是一種地基加固措施。

3.2 注漿工藝選擇

灌注樁后注漿施工前注漿導(dǎo)管的設(shè)置形式及其工藝選擇非常重要，關(guān)乎后注漿施工質(zhì)量及對(duì)灌注樁承載力的提高效果，同時(shí)對(duì)施工成本有直接影響。目前后注漿技術(shù)大可分為如下3種：①灌注樁成孔后，在樁底設(shè)置注漿室；②灌注樁在成孔后，在孔內(nèi)設(shè)置注漿導(dǎo)管，導(dǎo)管端部設(shè)置出漿口，并用膠帶包裹，灌注混凝土施工前向樁底部倒入石塊，使出漿口埋入石塊內(nèi)；③將注漿管通過(guò)綁扎或焊接方式固定在鋼筋籠上，并采用具備逆止作用的單向截流閥作為出漿口，樁底注漿時(shí)出漿口要壓入樁底土中。

通過(guò)對(duì)以上3種方法的對(duì)比分析；由于第1種施工較復(fù)雜且不經(jīng)濟(jì)，第2種主要適用于樁端的注漿加固，易發(fā)生堵塞現(xiàn)象，綜合考慮后本項(xiàng)目在現(xiàn)場(chǎng)施工時(shí)采用第3種方法，采用單向節(jié)流閥作出漿口，注漿成功率高，且注漿效果相較第2種更優(yōu)且工藝相對(duì)容易。

3.3 施工流程

施工準(zhǔn)備、注漿方案設(shè)計(jì)→鉆孔施工、注漿管制作→在鋼筋籠上安裝注漿管→下鋼筋籠→二次清孔→澆筑混凝土→安裝注漿裝置→達(dá)到齡期要求后進(jìn)行水壓試驗(yàn)→初注→按設(shè)計(jì)注漿參數(shù)、壓注水泥漿液→監(jiān)測(cè)并形成記錄→養(yǎng)護(hù)→檢測(cè)→驗(yàn)收。

3.4 施工準(zhǔn)備

在灌注樁施工前應(yīng)提前做好相應(yīng)的技術(shù)準(zhǔn)備，確定注漿方案，方案設(shè)計(jì)中應(yīng)計(jì)算泥漿用量、選用符合要求的設(shè)備、機(jī)械、材料，方案需經(jīng)公司技術(shù)負(fù)責(zé)人審批后實(shí)施。施工前對(duì)專(zhuān)業(yè)施工隊(duì)伍進(jìn)行方案交底，確保施工過(guò)程按照既定方案實(shí)施。

設(shè)備選擇應(yīng)符合相關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)的要求，以免在施工時(shí)出現(xiàn)漏漿或壓力不足、堵塞等現(xiàn)象。注漿泵采用高壓注漿泵，最大注漿壓力不應(yīng)小于8MPa，流量滿足施工要求；漿液攪拌機(jī)與注漿泵要配套，其容量應(yīng)要滿足注漿估算工作量的需求；注漿管采取高壓液體泵送注漿導(dǎo)管，額定壓力應(yīng)滿足注漿要求；注漿水泥漿采用不低于P·O42.5水泥。

3.5 注漿管制作

注漿閥選用單向節(jié)流閥，節(jié)流閥要求可承受1MPa以上靜水壓力；節(jié)流閥外部要有保護(hù)層，以防止在下鋼筋籠時(shí)破壞節(jié)流閥；注漿導(dǎo)管埋設(shè)要順直，鋼筋籠綁扎時(shí)設(shè)置加勁筋，導(dǎo)管與加勁筋綁扎牢固或采用焊接連接；在鋼筋籠下孔時(shí)，每下一節(jié)鋼筋籠前應(yīng)往注漿管內(nèi)灌水并檢查接頭的嚴(yán)密性，避免注漿管發(fā)生堵塞。

3.6 壓水試驗(yàn)

在灌注樁混凝土達(dá)到養(yǎng)護(hù)齡期后立即進(jìn)行壓水試驗(yàn)，目的是為檢測(cè)管路的暢通性，壓水試驗(yàn)要控制水壓時(shí)間與壓水量。壓水量一般控制在0.6～0.8m3，水壓≤8MPa。在樁側(cè)注漿時(shí)主要通過(guò)利用水的劈裂性沖破注漿導(dǎo)管與混凝土樁壁（注漿管混凝土保護(hù)層要求控制在10mm之內(nèi)），樁端壓水時(shí)可使四周土體產(chǎn)生裂隙，有利于提高注漿效果。在壓水試驗(yàn)后方可進(jìn)行初注漿。

3.7 初注

在正式注漿前應(yīng)先初注，初注時(shí)注漿開(kāi)始時(shí)壓力要小。本工程注漿材料為水泥漿液，水泥采用P·O42.5水泥，水灰比0.6，注漿流量控制在55L/min。單樁注漿量應(yīng)參照施工方案預(yù)先計(jì)算的設(shè)計(jì)值。

3.8 正式注漿

通過(guò)注漿試驗(yàn)確定最終注漿參數(shù)后開(kāi)始正式注漿，根據(jù)樁基施工平面圖確定注漿順序，后注漿應(yīng)進(jìn)行樁側(cè)注漿，后進(jìn)行樁端注漿，先從四周樁開(kāi)始注漿向中間依次推進(jìn)；樁側(cè)樁端注漿間隔時(shí)間需控制在2h之內(nèi)；注漿終止的確定以水泥漿壓入量的多少為主，注漿量參照估算計(jì)算值，同時(shí)參考注漿壓力值，終止注漿時(shí)壓力控制在2～3MPa。注漿時(shí)要做好具體注漿記錄。當(dāng)發(fā)生下列情況時(shí)也可終止注漿：①當(dāng)注漿量已達(dá)到設(shè)計(jì)估算值的80%以上且注漿壓力已超過(guò)設(shè)計(jì)計(jì)算值時(shí)應(yīng)停止注漿；②當(dāng)注漿壓力長(zhǎng)期低于估算設(shè)計(jì)值、地面有冒漿或四周樁孔串漿時(shí)應(yīng)停止注漿；③當(dāng)有水泥漿從樁側(cè)溢出時(shí)終止注漿。以上出現(xiàn)第2種或第3種時(shí)應(yīng)終止注漿且采取相應(yīng)補(bǔ)救措施。

3.9 后注漿施工質(zhì)量檢查和驗(yàn)收

1）水泥出場(chǎng)時(shí)必須有質(zhì)量證明書(shū)、出廠試驗(yàn)報(bào)告單與證明文件。

2）通過(guò)靜載試驗(yàn)檢查單樁承載力。

4 有關(guān)問(wèn)題處理

4.1 注漿管堵塞

原因分析：工藝選擇時(shí)由于注漿頭設(shè)置不合理或施工過(guò)程中其他原因造成管路堵塞等。

處理措施：①當(dāng)樁側(cè)一根注漿管不能注漿時(shí)，應(yīng)加增下根樁側(cè)注漿管的注漿量實(shí)現(xiàn)加固周?chē)馏w的作用，注漿量應(yīng)增加至原計(jì)算設(shè)計(jì)值的1.5倍。②當(dāng)樁端注漿時(shí)其中1根管不能注漿時(shí)，壓漿量應(yīng)由其他注漿管壓入；當(dāng)全部注漿管均不能注漿時(shí)，可沿樁側(cè)壁鉆孔至樁底、樁側(cè)標(biāo)高置注漿管閥進(jìn)行注漿。

4.2 冒漿

原因分析：因?yàn)闃渡碓O(shè)計(jì)長(zhǎng)度短或樁側(cè)注漿管設(shè)置過(guò)淺，在后注漿時(shí)容易出現(xiàn)冒漿現(xiàn)象。

處理措施：采用間隙式注漿法可有效控制冒漿。

4.3 樁體上抬和地面隆起

原因分析：灌注樁成樁時(shí)間短、樁身較短或注漿壓力過(guò)大均可能出現(xiàn)上述現(xiàn)象。

處理措施：在進(jìn)行后注漿時(shí)提前設(shè)置監(jiān)測(cè)點(diǎn)，利用水準(zhǔn)儀等設(shè)備進(jìn)行監(jiān)測(cè)，若發(fā)生上抬或隆起現(xiàn)象時(shí)及時(shí)降低壓力或停止注漿，分析原因，采取有效措施。

4.4 后注漿施工時(shí)因故中斷

當(dāng)發(fā)生中斷時(shí)盡可能迅速發(fā)現(xiàn)及處理問(wèn)題，盡可能縮短中斷時(shí)間，避免管理發(fā)生堵塞，當(dāng)中斷時(shí)間過(guò)長(zhǎng)時(shí)應(yīng)采取沖洗措施對(duì)管路進(jìn)行沖洗。

4.5 當(dāng)后注漿施工時(shí)各項(xiàng)參數(shù)異常

1）當(dāng)注漿壓力值過(guò)高且注漿量小于估算設(shè)計(jì)值時(shí)，應(yīng)停止注漿，對(duì)其他注漿管加大注漿量。

2）當(dāng)出現(xiàn)注漿壓力值低于正常值且四周地面出現(xiàn)冒漿、串漿時(shí)，應(yīng)及時(shí)將注漿方式改為間隙式注漿或調(diào)低泥漿水灰比，當(dāng)采用間隙注漿時(shí)，間隔時(shí)間不能過(guò)長(zhǎng)，長(zhǎng)時(shí)間停止可能會(huì)導(dǎo)致注漿管內(nèi)水泥凝結(jié)。

3）當(dāng)上述措施仍不能滿足要求或因其他原因堵塞導(dǎo)致注漿管破壞或無(wú)法注漿時(shí)，可在樁側(cè)重新打孔，對(duì)樁側(cè)、樁身進(jìn)行注漿。

5 施工質(zhì)量控制要點(diǎn)

1）注漿所選用材料和設(shè)備必須符合規(guī)范和設(shè)計(jì)要求。

2）注漿導(dǎo)管連接采用套管焊接時(shí)，經(jīng)檢查確認(rèn)注漿管不存在漏焊或焊透現(xiàn)象后，方可進(jìn)入下一工序。

3）注漿導(dǎo)管與鋼筋籠固定時(shí)采取綁扎形式，樁端的注漿管應(yīng)綁扎在鋼筋籠內(nèi)側(cè)，并與鋼筋籠加勁筋綁扎牢固；樁側(cè)注漿導(dǎo)管綁扎于箍筋外側(cè)，同樣要求綁扎牢固，避免發(fā)生變形和損壞。應(yīng)特別注意空孔部位靠近注漿閥處的注漿導(dǎo)管與鋼筋籠的綁扎固定（樁側(cè)注漿閥應(yīng)向外側(cè)傾斜，注漿口處與樁側(cè)土體的距離盡可能保持較小距離）。

4）鋼筋籠吊裝過(guò)程中不得沖撞和扭動(dòng)，盡可能減少與孔壁的碰撞，從而避免破壞注漿導(dǎo)管；鋼筋籠安裝應(yīng)保證安裝到孔底，樁端注漿管要插入樁端土體內(nèi)。

5）后注漿施工過(guò)程中應(yīng)提前做好施工策劃，劃分區(qū)域進(jìn)行施工。灌注樁成樁后，應(yīng)在樁孔周?chē)扇鷵醯缺Ｗo(hù)措施，避免施工車(chē)輛對(duì)注漿管產(chǎn)生破壞。在灌注樁灌注完成后首先進(jìn)行回填，然后對(duì)樁周?chē)扇鷵趸驑?biāo)記等措施，禁止車(chē)輛通行，避免破壞，定期檢查圍擋或保護(hù)措施，遭到破壞后及時(shí)修復(fù)。

6）注漿作業(yè)施工人員要具備專(zhuān)業(yè)施工能力，并選用施工經(jīng)驗(yàn)豐富的工人進(jìn)行操作，施工前對(duì)作業(yè)人員進(jìn)行方案及技術(shù)交底。

6 結(jié)語(yǔ)

中國(guó)科學(xué)院自動(dòng)化研究所某在建研究平臺(tái)工程項(xiàng)目在灌注樁后注漿施工過(guò)程中，嚴(yán)格按照施工方案、相關(guān)規(guī)范及設(shè)計(jì)要求進(jìn)行施工，并通過(guò)在施工過(guò)程中的不斷總結(jié)、改進(jìn)，確保后注漿施工注漿成功率，有效提升單樁承載力，節(jié)約工期，保證了施工質(zhì)量。

后注漿施工工藝不足之處在于樁側(cè)注漿時(shí)由于注漿口需設(shè)置在鋼筋籠外側(cè)，當(dāng)混凝土澆筑完成后，需用水壓沖破注漿閥的保護(hù)層，對(duì)混凝土樁身有一定損壞，破損處的樁身鋼筋可能會(huì)遭到腐蝕。建議在施工過(guò)程中改進(jìn)樁側(cè)注漿工藝，或采用新工藝或?qū)＠M(jìn)行施工，確保在不破壞樁身的同時(shí)進(jìn)行后注漿施工。