復(fù)式注漿技術(shù)在寧波軟土地區(qū)鉆孔灌注樁中的應(yīng)用

江 東，徐 洋

（寧波市建筑設(shè)計研究院有限公司，浙江 寧波 315012）

隨著國內(nèi)經(jīng)濟發(fā)展和技術(shù)進步，作為現(xiàn)代城市中的地標，超高層建筑不斷涌現(xiàn)。超高層建筑高度高、體量龐大、豎向荷載極大，對基礎(chǔ)的安全性要求高。若能提高單樁承載力、減少布樁密度，使樁基能在框柱或核心筒體范圍內(nèi)布置得下，則對減少底板厚度、節(jié)約樁基造價有現(xiàn)實意義。

寧波位于我國東部沿海寧紹平原南區(qū)濱海相海積平原地區(qū)，從第四紀中期開始，多次海陸變遷，形成了分布廣泛的從陸相到海陸交互相沉積的深厚淤泥質(zhì)粘土，因此嚴重制約了單樁承載力的提高。為有效解決這一矛盾，鉆孔灌注樁樁底和樁側(cè)同時注漿的復(fù)式后注漿技術(shù)得到了廣泛應(yīng)用。該技術(shù)一方面可以加固孔底沉渣，起著擠密、滲透作用，改變孔底沉渣性狀；另一方面，可以加固樁周土體，改善泥皮性狀，提高樁側(cè)摩阻力。

很多學(xué)者對復(fù)式注漿技術(shù)進行了研究。周杰剛[1]等通過研究樁基靜載試驗發(fā)現(xiàn)復(fù)式注漿在粉質(zhì)粘土、粉砂和礫砂土層中效果明顯。張武[2]等通過試驗表明復(fù)式注漿要優(yōu)于單一樁端注漿效果。郭院成[3]等研究發(fā)現(xiàn)復(fù)式注漿作用使樁土界面塑性位移減小，樁頂沉降變緩，灌注樁承載能力得到明顯提高。鄧祥輝[4]等提出了針對某工程的后壓漿鉆孔灌注樁承載力計算公式。曾慶輝[5]分別從施工工藝、注漿量的控制、提高后壓漿注效果的措施等方面進行了研究。王艷[6]等通過對樁端后注漿漿液擴散機理的研究，對常用的后注漿注漿量計算方法提出了改進。田化[7]等通過某高層辦公樓單樁抗壓靜載荷試驗，分析得到了后注漿側(cè)阻力增強系數(shù)。李永輝[8]等研究了大直徑灌注樁在復(fù)式注漿后，樁側(cè)和樁端的承載力分布特點。張慧[9]在天津某超高層建筑樁基工程中通過采用后壓漿技術(shù)，有效提高了樁基承載力、節(jié)約了工程造價。彭仕奇[10]采用鉆探取樣方法，對滲透性地層中樁底后注漿漿液擴散及固結(jié)狀態(tài)進行檢驗，得到了漿液的擴散規(guī)律。楊子民[11]等通過統(tǒng)計分析若干后注漿工程實例，分析了注漿前后單樁極限承載力變化情況及部分影響因素，為普及應(yīng)用積累了一些素材。黃玉輝[12]等更是將國內(nèi)后壓漿技術(shù)推廣到了“一帶一路”國家。

雖然我國現(xiàn)行的《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》（JGJ94-2008）[13]給出了復(fù)式注漿樁基承載力計算公式，并對注漿量和施工時注漿壓力提出了范圍要求，但實際應(yīng)用中卻受到樁端持力層情況、清渣效果、樁側(cè)土層分布、注漿量、注漿壓力等眾多參數(shù)影響，加固效果差異性較大。對于超高層建筑單樁承載力大，若參數(shù)取值不當則會造成難以預(yù)計的后果。本文即通過寧波軟土地基某一超高層建筑鉆孔灌注樁復(fù)式注漿工程的應(yīng)用，分析研究了樁基靜載荷試驗結(jié)果，并得到一些實際經(jīng)驗供類似工程參考。

1 工程概況

寧波市某超高層建筑，塔樓結(jié)構(gòu)地上56層，辦公標準層層高4.2m，公寓式辦公層高為3.9m。結(jié)構(gòu)總高度為245m。建筑高度比約為6.39，核心筒高寬比為21.7。地下室四層，底板頂面黃海標高-13.500m。是一個集辦公、公寓、商業(yè)、會議于一體的多功能綜合體，單柱柱下最大荷載(設(shè)計值）約80000kN，結(jié)合上部荷載、核芯筒體布置、基礎(chǔ)筏板厚度等情況，要求單樁承載力特征值13000kN以上。

項目典型地質(zhì)土層分層及參數(shù)取值如表1所列。

表1 地質(zhì)分層及土層參數(shù)表

2 樁基設(shè)計

2.1 樁基設(shè)計

設(shè)計采用直徑1.1m 鉆孔灌注樁，樁端、樁側(cè)復(fù)式后注漿，樁側(cè)全長注漿。樁端持力層為⑩3層中等風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖，樁端全截面進入持力層深度不小于1.5m。施工以樁端入持力層深度控制為主，并結(jié)合最小樁長?，F(xiàn)有場地標高3.00m，樁頂標高-15.50m，樁長不小于57m。根據(jù)參數(shù)表1，經(jīng)過計算普通鉆孔灌注樁的單樁承載力特征值為8650kN，遠小于13000kN 承載力特要求。

2.2 復(fù)式注漿設(shè)計

2.2.1 注漿參數(shù)

根據(jù)地層特點和分布深度，設(shè)計C1到C7共7個樁側(cè)注漿面和D8 樁端注漿面，注漿孔豎向布置如圖1所示。

圖1 注漿層面布置圖

根據(jù)《建筑樁基技術(shù)規(guī)范JGJ94-2008》(后文簡稱樁基規(guī)范)第6.7.4條，單樁注漿量估算公式如下：

式中：αp——樁端注漿量經(jīng)驗系數(shù)，取值1.5～1.8；

αs——樁側(cè)注漿量經(jīng)驗系數(shù)，取值0.5～0.7；

d、n——樁基直徑和樁側(cè)注漿斷面數(shù)量。

通過上式計算的水泥注入量偏小。在本工程設(shè)計期間，有寧波本地類似超高層建筑，鉆孔灌注樁樁端后注漿，采用規(guī)范規(guī)定的注漿量，靜載荷試驗失敗。結(jié)合設(shè)計試樁、注漿施工單位工程經(jīng)驗及其它項目試樁失敗等情況，本工程實際注漿量取值有所加大，如表2所列。

表2 注漿工藝參數(shù)表

2.2.2 注漿后單樁承載力計算

表3為樁基規(guī)范給出的復(fù)式后注漿端阻、側(cè)阻增強系數(shù)的取值范圍，括號內(nèi)為本工程實際取用的增強系數(shù)，約為規(guī)范最低限再打0.9折。

表3 后注漿端阻、側(cè)阻增強系數(shù)

2.2.3 注漿管的工藝

樁端注漿管共采用3根，均勻布置鋼筋籠內(nèi)側(cè)。注漿管在現(xiàn)場加工制作,注漿管選用內(nèi)徑為25mm 的DN25 鋼管焊接而成，加工前應(yīng)檢查鋼管有無裂縫、孔洞、堵塞等缺陷。注漿管沿樁鋼筋籠通長布置，隨鋼筋籠下放，注漿管端部焊接成品注漿閥，放置深度與鋼筋籠底平。

樁側(cè)注漿管每個層面均設(shè)置環(huán)形注漿器，分別連接內(nèi)徑20mm 的DN20 鋼管引至地面。環(huán)形注漿器由鋼絲加強塑料管制作，設(shè)六組噴口，每組噴口設(shè)朝外、斜上、斜下3個8mm小孔。

成樁后24h 內(nèi)采用清水開塞。樁混凝土澆筑2d后、不宜遲于30d內(nèi)，對樁側(cè)、樁端后注漿施工。注漿順序按以下順序進行：C1→D8→C7→C6→C5→C4→C3→C2。注漿作業(yè)時，流量宜控制在30～50L/min，且不宜超過75L/min。

2.2.4 施工問題及補救措施

施工過程中出現(xiàn)過注漿中斷、注漿壓力達不到結(jié)束標準、冒漿等問題，但最棘手的問題是注漿管路堵塞。有部分樁端注漿管3根均打不開。原因是注漿管長度小于實際樁長或者鋼筋籠上浮，引起注漿口深埋在混凝土中，無法開塞。樁側(cè)環(huán)管注漿部分層面也有堵塞現(xiàn)象。

對于樁端注漿管通堵1根或2根的，通過未堵塞注漿管加大樁端注漿量，按原設(shè)計1.2～1.5 倍量加量灌注。對于樁端注漿管全部堵塞的，或者環(huán)管堵塞的，采用在樁體外側(cè)另外均勻設(shè)置3根注漿管，對樁底、樁側(cè)補漿。具體如下：

（1）采用地質(zhì)鉆機離樁邊220mm 處開鉆注漿孔，采用146mm鉆頭鉆進至樁端以下500mm，取出孔底巖芯。

（2）成孔后注入摻量10%水泥的澎潤土漿液置換成孔泥漿。

（3）孔內(nèi)安置?50mm 鋼制袖閥管，樁底樁側(cè)在堵管層面設(shè)置注漿口，等待水泥澎潤土強度達到0.3MPa后開塞注漿。

（4）孔底注漿量按原設(shè)計1.5 倍量注入，樁側(cè)按原設(shè)計1.2倍量注入。

3 靜載荷試驗結(jié)果及分析

3.1 樁基Q-S曲線及分析

本工程設(shè)計前做了2 根設(shè)計試樁，如圖2中的P1100-1 和P1100-2，樁端樁側(cè)全注漿。由于設(shè)計方、總包方變更，未能找到注漿參數(shù)，全注漿總量在13000～14000kg左右。

圖2 設(shè)計試樁Q-S曲線

項目抽取3 根工程樁做了工程試樁，如圖3所示。其注漿參數(shù)同2.2.1節(jié)所述。

圖3 工程試樁Q-S曲線

由于注漿管堵塞，在兩根工程樁樁體外側(cè)補鉆孔，補救注漿，注漿方式同2.2.4 節(jié)所述，其靜載荷試驗曲線如圖4所示。采用樁體外側(cè)補救注漿效果良好，與正常全注漿工程樁相比，差別不大。

圖4 補救注漿試樁Q-S曲線

對比試樁2 根如圖5所示，其中G-12 樁不注漿，G-11只做樁端注漿。

圖5 對比試樁Q-S曲線

從圖6對比曲線上，可以看出復(fù)式注漿產(chǎn)生的效果：

圖6 樁基lgQ-S曲線

（1）未注漿的或只做樁端注漿的回彈率低，27.48%～33.80%，平均30.6%。而全注漿的樁，回彈率較高，50.0%～78.4%，平均63.1%。

（2）加載初期階段，注漿顯著減小了樁身沉降變形的發(fā)生。

由于此次不是破壞性試樁，根據(jù)回彈率較高的情況，樁塑性變形還較小，未能充分體現(xiàn)復(fù)式注漿對樁基極限承載力的提升，該工作可在以后的工程中進一步開展研究。

3.2 疑問及分析

從此次樁基靜載荷試驗中，出乎設(shè)計人員意料的是，未注漿的樁和只做樁端注漿的樁也達到很高的承載力。筆者將原因分析如下。

（1）鉆孔灌注樁因施工工藝原因，樁端后灌注水下混凝土與樁端土間常存在沉渣、夾泥或疏松混凝土。無論規(guī)范、勘察報告對鉆孔灌注樁的樁端阻力打了很大的折扣。本工程⑩3中等風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖的巖石飽和單軸抗壓強度標準值為18310kPa?？辈靾蟾娼o出的樁端阻力特征值為2800kPa，折扣為0.15。規(guī)范表5.3.5-2給出的值最大值為2800kPa,折扣也是0.15。

（2）規(guī)范是基于編寫之前的工程經(jīng)驗總結(jié)，隨著施工工藝的改進，在中風(fēng)化巖層中成孔并反循環(huán)清孔能力的提高，樁端后灌注水下混凝土與樁端巖層結(jié)合強度提高，存在軟弱夾層、疏松混凝土可能性降低。若可以提高到干作業(yè)嵌巖樁的樁端阻力，不注漿的鉆孔灌注樁按樁基規(guī)范5.3.9 計算的單樁承載力特征值也可接近注漿的效果：

式中：Qa、Qpa、Qsa——樁基承載力特征值、樁端承載力特征值和樁側(cè)承載力特征值。

其余參數(shù)詳見樁基規(guī)范，其中ζr=0.84，frk=18310kPa。

（3）鉆孔灌注樁嵌巖時，首要是提高樁端的承載力，樁端清孔清得好，沉渣少，灌注混凝土密實，可有效提升樁基承載能力?？蓪⑻岣邩抖朔囱h(huán)清孔能力作為主要手段，樁端后注漿可作為補救手段。

4 結(jié)語

（1）樁基復(fù)式注漿在深厚軟土地區(qū)中應(yīng)用，能有效提高承載力，綜合提高系數(shù)1.50。其技術(shù)影響因素眾多，不同地質(zhì)條件、持力層特性、樁長、注漿工藝、注漿量等均可能影響最終單樁承載力，設(shè)計人員在參數(shù)選用過程中要結(jié)合現(xiàn)場實際條件，并通過對靜載荷試驗的科學(xué)分析合理選定，不可經(jīng)驗主義。

（2）鉆孔灌注樁因施工工藝原因，樁端阻力折減較多，通過反循環(huán)工藝加強清孔等施工工藝可以較大幅度提高樁端承載力，樁端后注漿可作為提高樁端承載力的第二手段，兩者結(jié)合，樁端承載力可靠性提高。

（3）樁側(cè)后注漿工藝復(fù)雜，注漿面多，施工質(zhì)量管控難度大。樁側(cè)后注漿宜在粉土、中砂、圓礫等好土層設(shè)注漿面，加大注漿量。總體注漿量宜比規(guī)范取值高，最優(yōu)用量有待后續(xù)研究。

（4）鉆孔灌注樁樁體外注漿，與正常后注漿相比，在提高承載力方面差別不大。