深厚粉質(zhì)地層鉆孔灌注樁樁端后壓漿技術(shù)

陳翠麗，魏 成，李宇凡

（1.東南大學(xué) 建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司，江蘇 南京 210096；2.南京東土建設(shè)科技有限公司，江蘇 南京 211164）

引言

目前，我國(guó)橋梁工程中普遍采用鉆孔灌注樁基礎(chǔ)。鉆孔灌注樁的施工機(jī)械和施工工藝多樣，可滿足不同項(xiàng)目對(duì)樁長(zhǎng)、樁徑、承載力、持力層等方面的要求[1]。但是，采用泥漿護(hù)壁工藝的鉆孔灌注樁，也會(huì)存在樁端沉渣、樁側(cè)泥皮等影響承載力的不利因素[2-4]。為彌補(bǔ)此方面的不足，在鉆孔灌注樁中采用后壓漿技術(shù)，可有效提高樁端、樁側(cè)承載力，降低承載力的離散性，減小樁基沉降，進(jìn)一步優(yōu)化樁基設(shè)計(jì)[2-5]。已有工程經(jīng)驗(yàn)表明，在粉質(zhì)地層中采用后壓漿工藝，也可取得良好效果[6]。

1 地層情況

依托項(xiàng)目位于南通市通州區(qū)，該區(qū)域以深厚粉質(zhì)土地層為主。根據(jù)地勘資料，沿深度方向可將其劃分為三個(gè)大層，見圖1。

圖1 地層分布概況

（1）第一大層以粉土～粉砂為主。從地表至埋深35 m范圍內(nèi)，主要地層包括粉質(zhì)黏土夾砂質(zhì)粉土、砂質(zhì)粉土、砂質(zhì)粉土夾粉砂、粉砂、粉砂夾砂質(zhì)粉土等，物理力學(xué)性質(zhì)較為一般，樁側(cè)土摩阻力標(biāo)準(zhǔn)值qik=40～50 kPa。（2）第二大層以粉土為主。埋深在35～65 m范圍內(nèi)，主要地層包括砂質(zhì)粉土夾粉砂、粉質(zhì)黏土夾砂質(zhì)粉土、砂質(zhì)粉土夾粉質(zhì)黏土、粉砂夾砂質(zhì)粉土等，物理力學(xué)性質(zhì)相對(duì)較好，樁側(cè)土摩阻力標(biāo)準(zhǔn)值qik=50～60 kPa，樁端土承載力特征值qr=450～650 kPa。（3）第三大層以砂土為主。埋深在65 m以下，主要地層包括粉砂、粉砂夾細(xì)砂、細(xì)砂夾中砂等，物理力學(xué)性質(zhì)較好，樁側(cè)土摩阻力標(biāo)準(zhǔn)值qik=65～75 kPa，樁端土承載力特征值qr=750～1 150 kPa。

2 樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

2.1 上部土層液化判別

建設(shè)場(chǎng)地20 m深度范圍內(nèi)有飽和粉土、粉砂層，且均為全新世沉積地層。在勘察過程中，根據(jù)項(xiàng)目的抗震要求，結(jié)合《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50011—2010）、《城市橋梁抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（GJJ 166—2011），進(jìn)行了13個(gè)鉆孔的液化判定計(jì)算，結(jié)果均未發(fā)現(xiàn)液化點(diǎn)，地基土不液化[7-8]。

2.2 樁端持力層選擇

2.2.1 承載力發(fā)揮特性

當(dāng)樁端位于性質(zhì)良好的持力層時(shí)，不僅可以提供較高的樁端承載力，還有利于樁側(cè)承載力的發(fā)揮，從而獲得較高的整樁承載力，因此，具備條件時(shí)，應(yīng)優(yōu)先考慮硬土層作為持力層[1,5]。結(jié)合項(xiàng)目地層分布條件來看，第三大層的砂土層是較為合適的樁端持力層；但該層的埋深較大，若再計(jì)入樁端全面斷面進(jìn)入持力層的深度（砂土中不宜＜1.5d，d為樁徑[5]），則自地面起算的樁長(zhǎng)將接近70 m。

2.2.2 施工角度

在深厚粉土、粉砂層施打70 m超長(zhǎng)灌注樁存在一定的塌孔風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)清底也較為困難；該地區(qū)的施工經(jīng)驗(yàn)表明，鉆孔灌注樁采用正循環(huán)工藝較為適合，但正循環(huán)的成孔時(shí)間較長(zhǎng)，成樁效率較低，泥漿護(hù)壁產(chǎn)生的泥皮也不利于承載力發(fā)揮，故樁長(zhǎng)不宜過長(zhǎng)[3]。綜合考慮這兩方面因素，持力層選為第二大層粉土層，鉆深控制在60 m左右（有效樁長(zhǎng)在55 m左右），以降低施工風(fēng)險(xiǎn)；同時(shí)采用樁端后壓漿工藝，消除樁端沉渣及一定高度范圍內(nèi)的樁側(cè)泥皮，達(dá)到提高承載力、減小沉降的目的。

2.3 抗壓承載力比較

根據(jù)圖1土層分布情況，對(duì)1.2 m、1.5 m兩種常見樁徑的抗壓承載力進(jìn)行比較。其中，不壓漿樁按樁端進(jìn)度持力層2 m控制，有效樁長(zhǎng)62 m；壓漿樁有效樁長(zhǎng)55 m。

樁基抗壓承載力按《公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG 3363—2019）計(jì)算：

式中：Ra—承載力特征值，kN；u—樁身周長(zhǎng)，m；li—土層厚度，m；βsi—側(cè)阻力增強(qiáng)系數(shù)；βp—端阻力增強(qiáng)系數(shù)[9]。

土層側(cè)阻、端阻按地層承載力的中間值取值；壓漿增強(qiáng)系數(shù)按粉土的中間值取值，即βsi=1.45，βp=1.95；返漿高度按12.0 m計(jì)，計(jì)算結(jié)果見表1。

表1 抗壓承載力比較

由表1可見，不壓漿樁與樁端壓漿樁的抗壓承載力，樁徑1.2 m時(shí)分別為13 979 kN、13 812 kN，比值為1.01；樁徑1.5 m時(shí)分別為18 145 kN、18 022 kN，比值為1.01，即兩種樁型的抗壓承載力大體相當(dāng)。采用樁端壓漿工藝可將有效樁長(zhǎng)由62 m減至55 m，而樁長(zhǎng)減短后可降低塌孔風(fēng)險(xiǎn)，提高成樁效率，保證樁基質(zhì)量和工程進(jìn)度。

3 樁端后壓漿工藝

3.1 后壓漿關(guān)鍵參數(shù)

樁端后壓漿的壓漿量：

式中：Gc—單樁壓漿量，t；ap—樁端壓漿量經(jīng)驗(yàn)系數(shù)；d—樁徑[9-10]，m。

壓漿量的大小與持力層土性和承載力提高幅度有關(guān)，現(xiàn)取粉土的上限值ap=2.5，以確保能夠達(dá)到預(yù)期的側(cè)阻、端阻增強(qiáng)系數(shù)值及返漿高度，可得1.2 m 基樁單樁壓漿量為3.0 t，1.5 m基樁單樁壓漿量為3.8 t。

壓漿壓力可由現(xiàn)場(chǎng)工藝試驗(yàn)確定，結(jié)合工程經(jīng)驗(yàn)，現(xiàn)行規(guī)范給出的建議值1.2～4.0 MPa有些偏高，其上限值一般情況下較難達(dá)到[9-10]。結(jié)合樁長(zhǎng) 及地層分布情況，將壓漿壓力控制在1.2 MPa以上即可。

3.2 壓漿管及壓漿頭

樁端壓漿一般要在鋼筋籠上預(yù)先安裝專用壓漿管和壓漿頭。壓漿管單獨(dú)設(shè)置時(shí)，多采用外徑32 mm、壁厚≥2.5 mm的焊接鋼管，上下管節(jié)之間采用絲扣連接；壓漿頭則應(yīng)具有一定強(qiáng)度、剛度，耐刮蹭，且具有單向閥的止逆功能[10-11]。

由于灌注樁需安裝聲測(cè)管進(jìn)行完整性檢測(cè)，數(shù)量與壓漿管相匹配，故也可將聲測(cè)管、壓漿管合二為一，即在聲測(cè)管管底安裝特制壓漿頭，成樁后先做聲測(cè)，再壓漿，但鋼管規(guī)格需同時(shí)滿足聲測(cè)、壓漿的要求[10-11]。在工程實(shí)踐中，壓漿鋼管可采用外徑57 mm、壁厚3.5 mm的焊接鋼管，其長(zhǎng)度通至樁底；在鋼管底部安裝轉(zhuǎn)換接頭（大轉(zhuǎn)?。┖笤侔惭b壓漿頭，見圖2。

圖2 特制樁端壓漿頭

從受力角度來看，壓漿后的鋼管內(nèi)充填水泥漿，可保證與樁身混凝土的變形協(xié)調(diào)、共同受力，故鋼管可等效代替主筋[5,10]。

3.3 后壓漿工藝流程

后壓漿施工與灌注樁的施工有部分交叉，鋼筋籠加工時(shí)，進(jìn)行聲測(cè)管（壓漿管）及壓漿頭的安裝；聲測(cè)管長(zhǎng)度與樁底齊平，滿足樁身完整性的要求；壓漿頭底部應(yīng)超出樁長(zhǎng)并進(jìn)入持力層100～200 mm，以確保漿液的順利注入[10-11]。隨后的鋼筋籠下籠、二次清底、灌注混凝土等環(huán)節(jié)，同常規(guī)灌注樁施工。

當(dāng)灌注樁施工規(guī)范，無超鉆等現(xiàn)象時(shí)，樁端壓漿頭能夠確保進(jìn)入持力層，故可不進(jìn)行壓漿管的清水開塞，待樁身混凝土達(dá)到一定齡期并經(jīng)聲測(cè)檢測(cè)合格后，直接進(jìn)行樁端后壓漿施工。對(duì)于壓漿過程中的樁頂上抬量，大量觀測(cè)數(shù)據(jù)表明，正常壓漿時(shí)樁頂無上抬，故可不進(jìn)行樁頂位移監(jiān)測(cè)。

4 結(jié)語

（1）鉆孔灌注樁中采用后壓漿工藝，可加固樁端沉渣和樁側(cè)泥皮，有效提高承載力。（2）深厚粉質(zhì)地層中的超長(zhǎng)鉆孔灌注樁，存在較大的塌孔風(fēng)險(xiǎn)，采用樁端后壓漿技術(shù)可有效減小樁長(zhǎng)，在保證承載力的前提下提高成孔和成樁質(zhì)量。（3）在聲測(cè)管底部安裝特制樁端壓漿頭，可實(shí)現(xiàn)聲測(cè)管與壓漿管共用，此時(shí)鋼管需同時(shí)滿足聲測(cè)和樁端壓漿的要求。（4）樁端壓漿頭底部應(yīng)超過樁長(zhǎng)，進(jìn)入持力層，以確保漿液順利注入。