鉆孔灌注樁后注漿技術(shù)對單樁承載力的影響分析

摘要：隨著我國建筑行業(yè)的發(fā)展，近年來，高層、超高層建筑物的數(shù)量不斷增加，建筑物對地基土承載力要求越來越高。本文以鉑悅·興隆府項(xiàng)目為例，利用單樁豎向靜荷載試驗(yàn)，研究鉆孔灌注樁后注漿技術(shù)對地基土承載力、樁端沉降的影響。實(shí)踐表明，在鉆孔灌注樁中采用后注漿技術(shù)，可顯著提高地基土承載力，減少樁端沉降變形，優(yōu)化樁身性能，增強(qiáng)樁身穩(wěn)定性，降低工程造價(jià)，此技術(shù)可廣泛應(yīng)用于工程建設(shè)中，為工程實(shí)體的設(shè)計(jì)和施工提供理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞：鉆孔灌注樁；后注漿技術(shù)；單樁豎向靜荷載試驗(yàn)；承載力

中圖分類號：TU753.3" "文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A" "文章編號：２０９６-2118（2024）04-0091-05

Analysis of the Influence of Post-Grouting Technology of Bored Piles on the Bearing Capacity of Single Piles

WANG Haixiang

（Lanzhou Coal Mine Design amp; Research Institute Co.，Ltd.，Lanzhou Gansu 730030，China）

Abstract：With the development of China’s construction industry，in recent years，the number of high-rise and super high-rise buildings has been increasing，and the requirements for the bearing capacity of foundation soil are getting higher and higher.In this paper，taking the Boyue·Xinglongfu project as an example，the influence of post-grouting technology on the bearing capacity of foundation soil and pile end settlement is studied by using the vertical static load test of single pile.The practice shows that the use of post-grouting technology in bored piles can significantly improve the bearing capacity of foundation soil，reduce the settlement deformation of pile ends，optimize the performance of piles，enhance the stability of piles，and reduce the project cost，this technology can be widely used in engineering construction，and provides a theoretical basis for the design and construction of engineering entities．

Keywords：bored pile；post-grouting technique；vertical static load test of single pile；bearing capacity

1 鉆孔灌注樁后注漿技術(shù)施工工藝

鉆孔灌注樁具有適用于不同地質(zhì)條件、樁徑樁長變幅大、受力相對較穩(wěn)、抗壓且抗拔、振動小、噪音小等優(yōu)點(diǎn)，但傳統(tǒng)的施工工藝由于樁底沉渣、樁側(cè)泥皮、樁側(cè)土松弛及樁端土層回彈等因素的影響，成樁質(zhì)量離散性大[1]，單樁承載力較不穩(wěn)定且樁基費(fèi)用較高，因而制約了其承載能力和工程質(zhì)量的穩(wěn)定性。為提高單樁承載力、節(jié)約工程造價(jià)并減小成樁質(zhì)量的離散性[2]，鉆孔灌注樁后注漿技術(shù)逐步得到應(yīng)用和推廣，其在提高鉆孔灌注樁承載力、減小樁基沉降等方面的優(yōu)勢獲得了廣泛的認(rèn)可。

鉆孔灌注樁后注漿是指在成樁過程中，在樁底或樁側(cè)預(yù)置壓漿管道，待樁身混凝土達(dá)到一定強(qiáng)度后，通過壓漿管道，采用高壓注漿泵，注入特殊配方的水泥漿液（或其他化學(xué)漿液，如硅酸鹽），使樁底沉渣及樁周土間的泥皮隱患得到解決，樁端阻力及樁側(cè)阻力相應(yīng)提高，從而提高鉆孔灌注樁的單樁承載力[3]。該技術(shù)通過漿液滲透到疏松的樁端土層中，再沿著樁周上返，使樁周被干擾的土體與注漿液形成一種特殊的水泥-土網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。隨著注漿量的增加，水泥漿液不斷向樁端土層中滲透，增加了樁端的承壓面積，同時(shí)相當(dāng)于對鉆孔樁進(jìn)行擴(kuò)底。當(dāng)水泥漿液滲透能力受到周圍土層的限制，壓力不斷升高[4]，對樁端土層進(jìn)行擠壓、充填、擠密、固結(jié)，通過樁底和樁側(cè)后注漿加固樁底沉渣（虛土）和樁身泥皮，對樁底和樁側(cè)一定范圍的土體通過滲入（粗顆粒土）、劈裂（細(xì)粒土）和壓密（非飽和松散土）注漿起到加固作用，從而提高樁端土的密實(shí)度和承載力，提高單樁承載力，減小基礎(chǔ)沉降和不均勻沉降。

2 影響后注漿單樁承載力的主要因素

2.1 地質(zhì)條件

地質(zhì)條件對后注漿單樁承載力有著很大的影響。樁端土為粗粒土?xí)r，漿液滲透率高，通過滲透、填充、擠密和固結(jié)等作用，使樁端、樁側(cè)土體得到加固，從而提高單樁承載力，減小沉降。當(dāng)樁端為細(xì)粒土?xí)r，漿液滲透率低，通過劈裂注漿，樁端土與漿液形成水泥復(fù)合土，可有效傳遞和分擔(dān)荷載。通過工程實(shí)例對比分析，注漿后單樁承載力提高的幅度與樁端持力層巖土的物理力學(xué)性質(zhì)密切相關(guān)，樁端土的孔隙率越大、結(jié)構(gòu)越松散，漿液的滲透效果越好，單樁承載力提高幅度越大[5]。

2.2 注漿量及樁徑

在其他條件相同且不存在溶洞、采空區(qū)等不良地質(zhì)作用的情況下，注漿量越多，樁徑越大，樁端承載力提高的幅度越大。依據(jù)《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》（JGJ 94—2008），單樁注漿量的設(shè)計(jì)應(yīng)依據(jù)樁徑、樁端樁側(cè)土層性質(zhì)、單樁承載力增幅及是否復(fù)試注漿等因素確定，可按如下公式估算[6]：

Gc=αpd+αsnd（1）

式 （1）中：αp，αs分別為樁端、樁側(cè)注漿量經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，αp取1.5～1.8，αs取0.5～0.7，對于卵石、礫石、中粗砂取較高值；n為樁側(cè)注漿斷面數(shù)；d為樁基設(shè)計(jì)直徑，m；Gc為注漿量，t，以水泥質(zhì)量計(jì)算。

上述計(jì)算公式表明，土顆粒越大、樁徑越大、注漿量越多，其樁端承載力提高幅度越大。在實(shí)際工程中，在滿足單樁承載力的前提下，應(yīng)控制好樁徑和注漿量，使其達(dá)到經(jīng)濟(jì)、合理的目的。

3 工程實(shí)例

本文以鉑悅·興隆府項(xiàng)目為例，對比分析注漿和未注漿條件下單樁極限承載力的變化、單樁豎向荷載-沉降曲線變化，闡述后注漿在提高樁端承載力、減小樁端沉降方面的重要性。

3.1 工程概況

該工程位于蘭州市榆中縣城關(guān)鎮(zhèn)，擬建26～28層住宅樓，地下2層，結(jié)構(gòu)形式為框架-剪力墻結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)形式為樁基礎(chǔ)，持力層為角礫層。場地整體起伏較大，西高東低，所處地貌單元為山前洪積坡地，場地土主要由第四紀(jì)沖洪積相雜填土、黃土狀粉土、角礫及角礫層中的粉土夾層組成，自上而下分層如下。

1） ①層雜填土（Q4ml）：雜色，土質(zhì)不均勻，以黃土狀粉土為主，含大量植物根系、建筑垃圾等，稍濕，松散，為近期人工回填土。場地內(nèi)普遍分布，厚度0.50 m～1.00 m。

2） ②層黃土狀粉土（Q4pl）：黃褐色，土質(zhì)不均勻，含礫砂和細(xì)砂薄層，無光澤，搖振反應(yīng)迅速，干強(qiáng)度低，韌性低，稍濕，稍密，其為基巖的風(fēng)化產(chǎn)物，由于山區(qū)暫時(shí)性洪流的作用，被攜帶到山谷出口處而形成的沉積物。場地內(nèi)分布連續(xù)，厚度7.00 m～14.80 m。

3） ③層角礫（Q4al+pl）：青灰色，主要成分為變質(zhì)巖、石英巖和砂巖，磨圓度較差，呈棱角形，一般粒徑2 mm～30 mm，顆粒＞2 mm約占總重的50%～65%，顆粒直接接觸，局部含有粗砂和粉土薄層，稍濕，中密狀態(tài)，其為巖石風(fēng)化、剝蝕的碎屑，由河流或者洪水的搬運(yùn)，在山前堆積形成的沉積物。勘察期間揭露厚度9.50 m～25.50 m，多處存在厚度變化較大且分布無規(guī)律性的粉土夾層。

4） ③-1層粉土（Q4al+pl）：黃褐色，土質(zhì)不均勻，系角礫層中的夾層，該層厚度變化較大且分布無規(guī)律性。無光澤，搖振反應(yīng)迅速，干強(qiáng)度低，韌性低，稍濕，稍密，其為巖石風(fēng)化、剝蝕的碎屑，由河流或者洪水的搬運(yùn)，在山前堆積形成的沉積物。場地內(nèi)分布不連續(xù)，厚度0.40 m～5.70 m。

土工試驗(yàn)結(jié)果表明，該工程場地土自重濕陷系數(shù)為0.005～0.037，濕陷系數(shù)為0.006～0.059，為Ⅱ級（中等）自重濕陷性黃土場地，濕陷下限最大深度11.00 m。地下水埋藏較深，可不考慮地下水對建筑物的影響，場地土類型為中軟場地土，場地穩(wěn)定性良好，適宜進(jìn)行工程建設(shè)。

3.2 試樁參數(shù)

本次試驗(yàn)采用旋挖成孔灌注樁，根據(jù)場地地層不同，分三處場地進(jìn)行試驗(yàn)。S1～S3號試驗(yàn)樁設(shè)計(jì)樁長均為11.00 m，設(shè)計(jì)樁徑均為800 mm，樁底采用人工清孔；S4～S6號試驗(yàn)樁設(shè)計(jì)樁長均為14.00 m，設(shè)計(jì)樁徑均為800 mm，樁底采用機(jī)械清孔；S7～S9號試驗(yàn)樁設(shè)計(jì)樁長均為16.00 m，設(shè)計(jì)樁徑均為800 mm，樁端采用后注漿處理。設(shè)計(jì)樁身混凝土強(qiáng)度等級均為C35，設(shè)計(jì)單樁最大加載值12 000 kN。試驗(yàn)樁成樁參數(shù)及樁端后注漿參數(shù)見表1～表2。

3.3 試驗(yàn)結(jié)果

3.3.1 低應(yīng)變動力檢測結(jié)果

本項(xiàng)目試驗(yàn)區(qū)采用低應(yīng)變動力檢測的9根試驗(yàn)樁，2根樁身基本完整，樁身類別評定為Ⅰ類。7根樁身在距樁頂6.5 m～9.1 m處有輕微缺陷，不影響樁身結(jié)構(gòu)承載力的正常發(fā)揮，樁身評定為Ⅱ類。

3.3.2 單樁豎向靜載荷試驗(yàn)結(jié)果

9根試驗(yàn)樁在自然含水率下單樁豎向靜載荷試驗(yàn)結(jié)果見表3。

根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，S1～S3號試驗(yàn)樁樁底采用人工清孔，樁端持力層為角礫層，極限承載力的極差未超過平均值的30%，3根試樁在自然含水率狀態(tài)下的單樁豎向承載力極限值取12 000 kN。

S4～S6號試驗(yàn)樁樁底采用機(jī)械清孔，樁端持力層為角礫層，極限承載力的極差超過平均值的30%，3根試樁在自然含水率狀態(tài)下的單樁豎向承載力極限值取7 200 kN。

S7～S9號試驗(yàn)樁采用樁端后注漿處理，樁端持力層為角礫層，極限承載力的極差未超過平均值的30%，3根試樁在自然含水率狀態(tài)下的單樁豎向承載力極限值取12 000 kN。

3.4 人工清孔和機(jī)械清孔單樁極限承載力對比

本次試驗(yàn)樁底采用人工清孔和機(jī)械清孔兩種方式。在自然含水率條件下，人工清底和機(jī)械清底單樁極限承載力和樁端沉降變化見表4。

依據(jù)單樁豎向靜載荷試驗(yàn)綜合分析，在相同荷載條件下，人工清孔單樁極限承載力明顯高于機(jī)械清孔單樁極限承載力，且人工清孔試驗(yàn)樁未壓至破壞，單樁極限承載力還有發(fā)揮空間。

3.5 注漿和未注漿單樁極限承載力對比

本次試驗(yàn)樁端采用后注漿處理。在自然含水率條件下，注漿前后單樁極限承載力和樁端沉降變化見表5。

依據(jù)單樁豎向靜載荷試驗(yàn)綜合分析，機(jī)械成孔注漿后單樁極限承載力明顯提高，提高率達(dá)到25%～42.86%，且注漿試驗(yàn)樁未壓至破壞，單樁極限承載力還有發(fā)揮空間。

3.6 注漿和未注漿單樁豎向荷載-沉降對比

為了能夠更直觀地體現(xiàn)單樁豎向荷載和沉降的變化，繪制Q-s曲線圖，對比分析在相同荷載條件下，未注漿試驗(yàn)樁和注漿試驗(yàn)樁的沉降變化。

在自然含水率條件下，S4（未注漿）和S7（注漿）單樁豎向荷載-沉降曲線見圖1。

依據(jù)單樁豎向靜載荷試驗(yàn)結(jié)果，S4（未注漿）最大加載12 000 kN，累計(jì)沉降量15.80 mm；S7（注漿）最大加載12 000 kN，累計(jì)沉降量13.96 mm。兩根試驗(yàn)樁均未壓至破壞，單樁極限承載力還有發(fā)揮空間，注漿后單樁承載力提高不明顯，在相同荷載條件下，累計(jì)沉降量明顯減小。

在自然含水率條件下，S5（未注漿）和S8（注漿）單樁豎向荷載-沉降曲線見圖2。

依據(jù)單樁豎向靜載荷試驗(yàn)結(jié)果，S5（未注漿）最大加載8 400 kN，累計(jì)沉降量104.61 mm；S8（注漿）最大加載12 000 kN，累計(jì)沉降量17.25 mm。注漿后承載力明顯提高，提高率達(dá)42.86%，且注漿試驗(yàn)樁未壓至破壞，單樁極限承載力還有發(fā)揮空間，注漿后累計(jì)沉降量明顯減小。

在自然含水率條件下，S6（未注漿）和S9（注漿）單樁豎向荷載-沉降曲線見圖3。

依據(jù)單樁豎向靜載荷試驗(yàn)結(jié)果，S6（未注漿）最大加載9 600 kN，累計(jì)沉降量54.23 mm；S9（注漿）最大加載12 000 kN，累計(jì)沉降量13.61 mm。注漿后承載力明顯提高，提高率達(dá)25%，且注漿試驗(yàn)樁未壓至破壞，單樁極限承載力還有發(fā)揮空間，注漿后累計(jì)沉降量明顯減小。

綜合分析注漿樁和未注漿樁沉降Q-s曲線，在荷載相同的條件下，注漿后樁端沉降量明顯減小，單樁極限承載力明顯提高。

4 結(jié)語

鉆孔灌注樁因施工簡單、作業(yè)方便、噪音小、施工速度快、工藝成熟、安全可靠等優(yōu)勢，在工程建設(shè)中已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用。傳統(tǒng)的機(jī)械成孔鉆孔灌注樁由于孔底沉渣較厚、單樁承載力較低、樁端沉降較大無法滿足設(shè)計(jì)要求。本文采用單樁豎向靜荷載試驗(yàn)，對比分析在人工清孔、機(jī)械清孔和樁端后注漿三種施工工藝條件下的單樁極限承載力及樁端沉降。試驗(yàn)結(jié)果表明，在鉆孔灌注樁樁端采用后注漿技術(shù)，可有效提高樁端承載力，控制樁端沉降，節(jié)約工程造價(jià)，提高建筑工程綜合效益。

參 考 文 獻(xiàn)

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編輯：楊 洋