大直徑鉆孔灌注樁樁底后注漿技術(shù)探究

李文秀，董 毅

（1.蘭州工商學(xué)院，甘肅 蘭州 730100；2.榆中盛世建投房地產(chǎn)開發(fā)有限公司，甘肅 蘭州 730100）

引言

由于市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展, 各個(gè)類型建筑已經(jīng)遍布全國(guó)各地，但是在西北有些地區(qū)地質(zhì)條件較為惡劣，且持力層較深，因此較多建筑只能夠選擇樁基礎(chǔ)，但是樁基的持力層大多都是角礫層，甚至有些建筑樁基沒有持力層，只能依靠側(cè)阻力承擔(dān)荷載。由于持力層較差，導(dǎo)致經(jīng)濟(jì)效果也較差。樁底后注漿施工技術(shù)在保持樁直徑和樁長(zhǎng)度不變的情況下, 能有效增加樁基礎(chǔ)施工的承載力特征值。而該項(xiàng)技術(shù)比較適用于樁底的持力層為角礫、卵石土壤、細(xì)沙土壤等的特殊地質(zhì)要求。本文通過建投·阡陌院二期項(xiàng)目地下車庫(kù)樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)及施工，研究當(dāng)樁底持力層為角礫時(shí)，采用樁底后注漿技術(shù)大直徑鉆孔灌注樁時(shí)，其實(shí)驗(yàn)承載力相對(duì)計(jì)算值提高的可觀性及對(duì)項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)效益的提高。

1 工程概況及樁基計(jì)算參數(shù)

1.1 工程概況

該項(xiàng)目位于甘肅省蘭州市榆中縣金家圈村，南鄰興隆山大道，建設(shè)場(chǎng)地呈矩形，占地面積為125 256.15 m2（約187.88 畝），總建筑面積為382 197.67 m2，住宅總建筑面積為257 281.73 m2，地下車庫(kù)總建筑面積為91 269.78 m2，主要由地下一層大底盤車庫(kù)，20 棟8F-32F 住宅樓、1 棟幼兒園及臨街商業(yè)組成。

本項(xiàng)目?jī)?yōu)化方案的實(shí)施僅為該項(xiàng)目地下車庫(kù)，地下車庫(kù)為負(fù)一層，面積為91 269.78 m2，基礎(chǔ)形式為樁- 承臺(tái)，樁徑800 mm，樁身長(zhǎng)約13 m，混凝土強(qiáng)度等級(jí)采用C35，樁數(shù)為4 703 根。

1.2 場(chǎng)地地層巖性

①層素填土(Q4ml）：淺黃色,主要以耕植土居多,其中在耕植土內(nèi)常夾雜少許過篩細(xì)土、角礫等,而且在耕植土中還可見到零星植物根部,且土壤稍濕,疏松。層厚0.50～1.90 m。

②層粉土（Q4al+pl)：黃褐色，該層土土質(zhì)不均，粉土中局部夾有薄層細(xì)砂，搖振反應(yīng)迅速，無光澤反應(yīng)；土質(zhì)稍濕，稍密。層頂埋深0.50～1.90 m，層面標(biāo)高1 914.84～1 933.32 m，層厚4.30～20.30 m。

③層角礫（Q4al+pl)：場(chǎng)地內(nèi)均有分布。土質(zhì)呈現(xiàn)青灰色，其一般粒徑2～20 mm，最大粒徑為180 mm，粒徑大于2 mm 顆粒含量占55%～65%，顆粒分選性較好、級(jí)配良好，骨架顆粒間充填物以中粗砂為主，局部夾有薄層細(xì)砂及粉土，土質(zhì)稍濕、中密。層頂埋深4.80～35.00 m，層面標(biāo)高1 891.04～1 922.20 m，本次最大揭露厚度16.50 m（未揭穿）。

③-1 層粉土（Q4al+pl)：黃褐色，土質(zhì)不均。層頂埋深7.50～18.4 m，層面標(biāo)高1 902.04～1 919.74 m，層厚0.50～9.20 m。

③-2 層粉土（Q4al+pl)：黃褐色，本層土質(zhì)不均。層頂埋深11.50～34.50 m，層面標(biāo)高1 891.54～1 914.65 m，層厚0.40～4.50 m。

1.3 樁基參數(shù)及樁基承載力計(jì)算值

依據(jù)建設(shè)方提供的本項(xiàng)目巖土工程勘察報(bào)告，各個(gè)土層的極限摩擦力標(biāo)準(zhǔn)值及極限端阻力標(biāo)準(zhǔn)值詳見表1。

表1 樁的極限摩擦力標(biāo)準(zhǔn)值及極限端阻力標(biāo)準(zhǔn)值建議表

樁基承載力特征值計(jì)算值詳見下列計(jì)算：

根據(jù)上述承載力特征值，計(jì)算單柱基礎(chǔ)為四樁一承臺(tái)（局部為六樁一承臺(tái)），建設(shè)成本較大。因此建設(shè)方提出采用新工藝（樁底后注漿工藝），并通過專家論證會(huì)論證，該項(xiàng)工藝可以大幅度提升樁基礎(chǔ)豎向承載力，對(duì)基礎(chǔ)造價(jià)有指導(dǎo)意義。建設(shè)方委托甘肅省土木工程科學(xué)研究院有限公司進(jìn)行試驗(yàn)，并提供試驗(yàn)報(bào)告。

2 試驗(yàn)樁施工概述及實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2.1 試驗(yàn)區(qū)樁基參數(shù)

試驗(yàn)樁直徑800 mm，無擴(kuò)底，采用干作業(yè)機(jī)械成孔灌注樁，混凝土強(qiáng)度等級(jí)采用C35，樁端需穿透3-1層粉土和3-2 層粉土進(jìn)入角礫層深度不小于3.0 m。試驗(yàn)樁地層結(jié)構(gòu)見表2。

表2 試驗(yàn)樁地層結(jié)構(gòu)

2.2 樁底后注漿參數(shù)[1]

試驗(yàn)樁采用樁底后注漿工藝，注漿作業(yè)時(shí)間應(yīng)在樁澆筑完成后2 d 后開始，且在成樁30 d 之前，水灰比0.7～1.0，注漿壓力在2.0～4.0 Mpa。

樁底后注漿參數(shù)如下：

（1） 注漿用水泥采用PO42.5，水灰比1:0.6～1:0.7：

（2） 3 根試驗(yàn)樁終止注漿壓力為3.5～4.0 MPa；

（3） 平均單根樁注漿用水泥1.33 t。

2.3 樁底后注漿施工方法

樁底后注漿施工流程詳見下列步驟：

（1） 漿管制作：本工程試樁采用的注漿管為2根直徑32 mm，壁厚為2.75 mm 的鋼管；注漿管底部應(yīng)伸入鋼筋籠以下200～500 mm，注漿管頂部應(yīng)高出地面200 mm，注漿管各段之間應(yīng)采用套絲相互連接；注漿管下側(cè)端部應(yīng)采止回閥將其封死，其下側(cè)端部200 mm 范圍內(nèi)，布置數(shù)量不少于12 個(gè)直徑為5～8 mm 的鉆孔，布置方式采用梅花形，鉆孔外用防水膠帶多層密封；注漿管上側(cè)端部應(yīng)用堵頭封死，并做好標(biāo)記；注漿管安放之前應(yīng)清除管內(nèi)雜物，以防止注漿孔被堵塞[5]。

（2） 安放注漿管：在鋼筋籠未下放之前安放注漿管；安防注漿管方法為采用對(duì)稱方式將2 根鋼管布置在鋼筋籠外兩側(cè)，鋼管與鋼筋籠之間用鐵絲綁扎固定；注漿管隨鋼筋籠一同下放至樁底。

（3） 注漿管開塞：混凝土完成終凝前完成。

（4） 安裝孔口裝置和輸漿管。

（5） 高壓注漿：本次試驗(yàn)樁注漿方式采用用高壓注漿泵壓注水泥漿；注漿時(shí)間應(yīng)在混凝土樁養(yǎng)護(hù)期7 d 以后，即樁身混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度70%以上；注漿水灰比應(yīng)由稀逐漸變濃。若第一個(gè)注漿管注漿量可以滿足設(shè)計(jì)要求，則不需要啟用另一個(gè)注漿管[4]。

（6） 注漿順序：為了避免相鄰柱注漿失敗，同一承臺(tái)的樁或者距離較近的的樁，應(yīng)在同一時(shí)間注漿。

（7） 注漿記錄：施工人員應(yīng)該記錄注漿全過程。注漿管做法詳見圖1。

圖1 注漿管做法

2.4 單樁豎向靜載實(shí)驗(yàn)裝置及方法

本次試驗(yàn)樁單樁豎向靜載試驗(yàn)選用慢速維持荷載法[3]。實(shí)驗(yàn)選用的施加荷載系統(tǒng)為錨樁鋼梁反力系統(tǒng)，錨樁鋼梁反力系統(tǒng)分別由加載裝置、基準(zhǔn)樁、基準(zhǔn)梁構(gòu)成。加載裝置選用液壓千斤頂加載，該液壓千斤頂由被校驗(yàn)合格的4 臺(tái)6 300 kN 電動(dòng)油泵驅(qū)動(dòng)；基準(zhǔn)樁上的基準(zhǔn)梁選用Φ50 鋼管；基準(zhǔn)樁選用Φ50 鋼管，長(zhǎng)度為1.5 m，將全部打入地下，從而形成#型結(jié)構(gòu)[6]。

試驗(yàn)中心與基準(zhǔn)樁中心的距離應(yīng)均大于4 倍試樁直徑，試驗(yàn)樁選用精度為0.01 mm 四只位移傳感器測(cè)軸向位移。

本次靜載實(shí)驗(yàn)采用的分析儀為RS-JYD 無線樁基靜載荷測(cè)試分析儀，該分析儀可以全自動(dòng)控制并觀測(cè)試驗(yàn)過程，記錄所有測(cè)試數(shù)據(jù)，現(xiàn)場(chǎng)完成Q-s、s-lgQ、s-lgt 曲線繪制。

單樁豎向靜載荷試驗(yàn)荷載應(yīng)加至設(shè)計(jì)提供的豎向荷載值或加載至極限破壞狀態(tài)，加載分級(jí)共分為10～12 級(jí)，試驗(yàn)區(qū)最大加荷值16 000 kN，每級(jí)加載量詳見樁底后注漿樁Q-S 曲線。

2.5 單樁豎向靜載實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)[2]

在加載過程中，每級(jí)荷載應(yīng)保持兩小時(shí)，每級(jí)荷載沉降量小于0.1 mm/h 時(shí)，認(rèn)定為該級(jí)荷載下沉穩(wěn)定，可允許施加下一級(jí)荷載。

當(dāng)出現(xiàn)下列情況之一時(shí)，可以終止試驗(yàn)，并認(rèn)定上一級(jí)荷載為單樁豎向極限承載力：

（1） 某級(jí)荷載作用下，樁頂沉降量其值較上一級(jí)荷載作用下5 倍的沉降量，且樁頂總沉降量大于40 mm；或者其值大于兩倍前一級(jí)沉降量，并且24 h 沒有達(dá)到穩(wěn)定。

（2） 某級(jí)荷載作用下，最大加載值已達(dá)到設(shè)計(jì)要求，且樁頂沉降滿足規(guī)范要求。

（3） 卸載觀測(cè)：每級(jí)卸載值應(yīng)取兩倍加載值。卸下一級(jí)荷載讀數(shù)要求為先15 min 讀一次，再隔15 min 讀一次，最后隔30 min 讀一次，即可卸載。全部卸載后讀數(shù)要求：每隔3～4 h 讀一次即可。

（4） 試驗(yàn)完成后，卸下試驗(yàn)裝置。

2.6 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，試驗(yàn)區(qū)單樁承載力實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表3。

表3 單樁豎向抗壓承載力實(shí)驗(yàn)結(jié)果

樁底后注漿樁Q-S 試驗(yàn)結(jié)果曲線見圖2。

圖2 樁底后注漿樁Q-S 曲線

如圖2 所示，試驗(yàn)結(jié)果分析[4]：SYZ1#，在（天然狀態(tài)）16 000 kN 豎向壓力下，試驗(yàn)樁變形已經(jīng)達(dá)到極限破壞狀態(tài)，Q～s 曲線呈陡降型，根據(jù)規(guī)范規(guī)定，SYZ1#的單樁豎向抗壓極限承載力應(yīng)取極限破壞的前一級(jí)荷載，即Qu 取值為14 000k N。

SYZ2#及SYZ3#，在（天然狀態(tài)）14 000 kN 豎向壓力下，試驗(yàn)樁變形未達(dá)到極限破壞狀態(tài)，但最大加載值已達(dá)到設(shè)計(jì)要求，且Q～s 曲線呈顯緩變型，根據(jù)規(guī)范定，SYZ2# 及SYZ3# 單樁豎向抗壓極限承載力Qu 取值為14 000 kN。

根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，建投·阡陌院二期項(xiàng)目，機(jī)械成孔灌注試驗(yàn)樁(樁底后注漿工藝)在③以層角礫作為樁端持力層，樁徑Φ800，樁端進(jìn)入持力層深度3.0 m，總樁長(zhǎng)13.0 m 左右，在有效保證樁底沉渣厚度時(shí)，單樁豎向抗壓極限承載力Qu 取值14 000 N，抗壓承載力特征值R 取值為7 000 kN。

總體評(píng)價(jià)：檢測(cè)單位在借鑒本該施工工藝方法成功案例的基礎(chǔ)上，對(duì)本項(xiàng)目選取3 組試樁采用樁底后注漿工藝進(jìn)行試驗(yàn)，工藝成熟，試驗(yàn)結(jié)果可靠，可作為設(shè)計(jì)單位進(jìn)行施工圖設(shè)計(jì)的依據(jù)，并對(duì)該項(xiàng)目的基礎(chǔ)造價(jià)具有指導(dǎo)意義。

3 結(jié)論

本文采用建投·阡陌院二期項(xiàng)目地下車庫(kù)樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)及施工，驗(yàn)證了樁端持力層為角礫時(shí)，可采用樁底后注漿工藝。該工藝在土層承載力較差情況下，選擇合理樁底后注漿參數(shù)，其施工質(zhì)量能夠保證，該工藝可行、可靠，且該工藝能夠?qū)A(chǔ)造價(jià)有指導(dǎo)意義。