淺談后壓漿鉆孔灌注樁在工程中的應(yīng)用

郭培成

【摘要】文章結(jié)合工程實(shí)例，采用后壓漿鉆孔灌注樁基礎(chǔ)，通過樁側(cè)阻力及樁端阻力的不同發(fā)揮，使后壓漿在應(yīng)用過程中明顯提高灌注樁承載力，滿足工程需要和質(zhì)量可靠性，從而保證工程結(jié)構(gòu)的安全性和經(jīng)濟(jì)性，為今后工程提供參考經(jīng)驗。

【關(guān)鍵詞】樁基礎(chǔ); 鉆孔灌注樁; 后壓漿; 承載力

【中國分類號】TU473.1+4【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】B

隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展，高層建筑數(shù)量和高度急劇增加，建筑主體結(jié)構(gòu)重量越來越大，這樣由地震和風(fēng)荷載作用下，結(jié)構(gòu)整體產(chǎn)生的作用效應(yīng)（包括軸壓力、彎矩、剪力，在進(jìn)行基礎(chǔ)設(shè)計時主要取決于軸壓力）也越來越大，基礎(chǔ)頂部由上部傳下來的荷載主要隨著層數(shù)線性增加，因此建筑物對地基承載力的要求就越來越高，為了滿足承載力和經(jīng)濟(jì)效果的要求，需要選擇承載力具有較好的持力層。鉆孔灌注樁具有應(yīng)用范圍廣、承載力大、振動小等優(yōu)點(diǎn)得到工程界的廣泛應(yīng)用。后壓漿鉆孔灌注樁處理（該類型樁基礎(chǔ)適合于樁長受到限制）與一般鉆孔灌注樁成樁對比，后壓漿施工難度較大，但其可以縮小樁長和樁徑，降低地基處理工程造價。國外在20世紀(jì)60年代就開始大量研究后壓漿鉆孔灌注樁基礎(chǔ)，大量用在民用建筑和橋梁工程中;國內(nèi)20世紀(jì)80年代樁端后壓漿技術(shù)開始進(jìn)入便用，最早是北京市建筑工程研究院，對崇文門7號樓的樁長7.90～18 m，樁徑0.4 m，近800根樁，試驗分析樁端壓力注漿，通過實(shí)驗和現(xiàn)場數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)后壓漿樁基極限承載力提高至3倍左右。

1 工程概況

1.1 工程規(guī)模

本工程坐落于北方某城市，建筑功能為一大型綜合美術(shù)館。抗震設(shè)防烈度為7度，設(shè)計基本地震加速度值為0.15g，地震分組第一組，基本風(fēng)壓0.65，基本雪壓0.50，建筑物抗震設(shè)防類別為乙類，場地類別Ⅱ類，設(shè)計基準(zhǔn)期50 a，使用年限70 a，建筑結(jié)構(gòu)安全等級二級，地基基礎(chǔ)安全等級二級，地基基礎(chǔ)等甲級。占地面積1.2×104 m2，總建筑面積5.6×104 m2，建筑層數(shù)4層，局部五層，地下室一層，地上樓層從下至上高度依次為4.5 m、4.2 m、4.2 m、4.2 m、3.6 m、建筑高度24.2 m，結(jié)構(gòu)高度21.3 m。該建筑物采用框架結(jié)構(gòu)體系，為了保證建筑功能，柱與柱間距14 m。柱截面形式采用圓形，一方面為了建筑美觀需求，另一方面圓形截面較矩形在受力和延性方面發(fā)揮更好。柱截面尺寸底部一層采用1 000 mm×1 000 mm，二、三層采用850 mm×850 mm、四層和局部五層采用700 mm×700 mm。四周框架梁截面為400 mm×1 200 mm，內(nèi)部框架梁截面為350 mm×1 000 mm，非框架梁截面尺寸300 mm×800 mm?？蚣芙Y(jié)構(gòu)抗震等級為二級，抗震措施對應(yīng)的抗震等級也為二級。本工程采用后壓漿鉆孔灌注樁。樁的有關(guān)參數(shù)：樁長18.2 m，有效樁長17.3 m，樁徑為0.5 m，樁周長1.57 m，樁底面積0.196 m2。

1.2 工程地質(zhì)情況介紹

各土層相關(guān)信息見表1。

整體土層分布不均勻，厚度變化較大，為了便于分析計算，將土層厚度結(jié)合地質(zhì)勘察報告進(jìn)行了簡化處理。雜填土承載力較低，分布厚度差異性較大，在計算過程中不考慮該項的承擔(dān)力。樁身混凝土等級采用C30，保護(hù)層厚度35 mm，正截面配筋率為0.8 %，縱向鋼筋直徑14 mm;箍筋采用直徑8 mm，間距200 mm。承臺厚度分別取值500 mm、600 mm，采用矩形布置，樁的最外邊緣至承臺邊緣取值200 mm，承臺混凝土等級C30，承臺梁截面尺寸350 mm×900 mm，滿足承臺連系梁寬度不宜小于250 mm，高度為承臺間距的1/10至1/15。樁基布置采用三樁、五樁、九樁，各個樁距均相等。

1.3 設(shè)計要求

主要采用人工膨潤土造漿，正循環(huán)回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)成孔，吊車下放鋼筋籠，井口綁扎連接，用商品混凝土灌注成樁，樁端、樁側(cè)壓力注漿的成樁施工工藝。通過靜荷載試驗，設(shè)計試樁數(shù)量為3根，直徑500 mm，樁長分別為17.5 m、18.0 m、18.3 m。采用后壓漿工藝，要求單樁極限承載力分別達(dá)到3 200 kN 、3 350 kN、3 420 kN（分2次施工，第1根先保證達(dá)到3 700 kN，再施工第2根試樁、第3根試樁）。整體施工工藝順序依次為施工準(zhǔn)備、地基土方開挖至設(shè)計標(biāo)高、測量放線定位、工程試樁施工、樁后壓漿施工、開挖樁頭、樁基檢測、后續(xù)施工，每道工序嚴(yán)格把關(guān)。施工過程中墊層必須保持水平，誤差控制在20 mm之內(nèi)，現(xiàn)場砂漿相對密度為1.07～1.12，及時清孔確?？椎准八闹艿臐崈舳?，保證孔深度達(dá)到設(shè)計要求，沉渣厚度控制在100 mm以內(nèi)。

1.4 后壓漿施工

在施工過程中，加強(qiáng)鉆機(jī)施工工藝管理，確保施工質(zhì)量。具體為：結(jié)合后壓漿施工的現(xiàn)場要求，確定其注漿部位及注漿順序;按工藝流程進(jìn)行注漿，滿足后壓漿施工要求;在注漿管及專用注漿閥預(yù)埋過程中，處理好構(gòu)件之間的細(xì)節(jié)問題，保證后壓漿施工達(dá)到設(shè)計要求，施工人員應(yīng)規(guī)范操作，避免施工中各種問題的發(fā)生。

1.5 樁基豎向抗壓靜荷載試驗要求

工程樁施工完成28 d后開始試驗，設(shè)備試驗場地10 m×10 m，場地面干凈平整，起重機(jī)起吊重量不小于30 t。試驗采用聲波透射法、低應(yīng)變法進(jìn)行檢測。

2 樁基計算分析

2.1 預(yù)制樁和灌注樁承載力計算

根據(jù)土的物理指標(biāo)與承載力之間的經(jīng)驗關(guān)系，確定單樁豎向極限承載力，沒有考慮后壓漿處理，計算結(jié)果為2 736 kN，不滿足樁基承載力。

2.2 后注漿樁基承載力

Qsk為后注漿非豎向增強(qiáng)段的總極限側(cè)阻力標(biāo)準(zhǔn)值;Qgsk為后注漿豎向增強(qiáng)段的總極限側(cè)阻力標(biāo)準(zhǔn)值;Qgpk為后注漿總極限端阻力標(biāo)準(zhǔn)值;u為樁身周長;lj為后注漿非豎向增強(qiáng)段第層土厚度;lgi為后注漿豎向增強(qiáng)段內(nèi)第層土厚度;qsik、qsjk、qpk分別為后注漿豎向增強(qiáng)段第土層初始極限側(cè)阻力標(biāo)準(zhǔn)值、非豎向增強(qiáng)段第土層初始極限側(cè)阻力標(biāo)準(zhǔn)值、初始極限端阻力標(biāo)準(zhǔn)值;取地質(zhì)勘察報告提供的參考值;βsi、βp分別為后注漿側(cè)阻力、端阻力增強(qiáng)系數(shù)，按照J(rèn)GJ 94-2008《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》以及結(jié)合地質(zhì)勘察結(jié)果數(shù)據(jù)表1進(jìn)行確定。試樁穿過的土層情況見表1，其中第6層礫石為持力層。后壓漿深度分別取1.5 m、2.0 m、2.5 m經(jīng)計算，注漿后試樁單樁極限端阻力值后注漿的樁基極限承載力分別為2 960 kN、3 170 kN、3 360 kN，為了滿足工程需要同時結(jié)合經(jīng)濟(jì)效果、施工復(fù)雜難度，最后深度確定為2.0 m，極限承載力為3 170 kN。

2.3 基于側(cè)阻、端阻分項增強(qiáng)系數(shù)法的后壓漿樁基極限承載力

采用式（3），后壓漿深度分別取1.5 m、2.0 m、2.5 m經(jīng)計算，后注漿樁基極限承載力3 140 kN、3 280 kN、3 410 kN，較之前式（2）數(shù)據(jù)有所增大，變化差異主要是側(cè)阻全部為增強(qiáng)體導(dǎo)致。

2.4 基于極限承載力增強(qiáng)系數(shù)法的后注漿樁基極限承載力

注漿后單樁豎向抗壓極限承載力也可以為總極限承載力乘以增強(qiáng)系數(shù)的方法計算。

βu為后注漿承載力增強(qiáng)系數(shù)，對于本工程地質(zhì)情況，取1.15;qsik、qpk分別為鉆孔灌注樁的單位側(cè)阻和單位端阻，后注漿的樁基極限承載力3 320 kN。

通過分析比較，采用后三種方法確定樁基極限承載力比較接近現(xiàn)場實(shí)驗數(shù)據(jù)，最后采用樁基技術(shù)規(guī)范后注漿樁基承載力作為設(shè)計依據(jù)，進(jìn)行布樁設(shè)計。

3 結(jié)束語

（1）樁端后壓漿有效提高了樁端承載力和樁側(cè)摩阻力，使樁基承載力得到了提高。

（2）在外部相同的荷載作用下，樁端壓漿后隨時間的延長其樁基沉降減小并慢慢趨于穩(wěn)定值。

（3）后壓漿灌注樁的穩(wěn)定承載性能，滿足安全性、適用性、經(jīng)濟(jì)性效果。

后壓漿樁、單樁極限承載、樁側(cè)阻力、樁端承載力均得到了提高，有效地減少了樁的長度，節(jié)約成本。

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