大直徑鉆孔灌注樁樁底后注漿施工技術
【摘 要】針對某辦公樓裙樓工程實踐，闡述了大直徑鉆孔灌注樁后注漿技術原理，詳細介紹了樁底注漿工藝流程、注漿參數選擇、注漿注意事項及效果，得出一些有借鑒意義的結論。
【關鍵詞】大直徑鉆孔灌注樁；后注漿技術；樁端承載力
鉆孔灌注樁以其單樁承載力變化范圍大、對地層適應性強、施工噪音低、對周圍環境影響小等特點，廣泛應用于多層及高層建筑工程，特別是應用在建筑密度較大的老城區改造工程中效果最為明顯。樁底后注漿是在樁身混凝土灌注前預埋注漿管，在混凝土灌注初凝后通過預埋的注漿管用高壓注漿泵將水泥漿壓入樁端，使水泥漿液對樁底沉渣及樁端土層起到滲透、填充、固結等作用，從而提高樁端承載力，減小變形的一項技術措施。
1 工程概況
某辦公樓主樓長50 m，寬18 m，裙樓長80 m，寬18 m。主樓采用筏板基礎，裙樓采用鉆孔灌注樁基礎，共38 根，樁徑為800 mm，有效樁長為10 m，以中粗砂作為樁端持力層，其承載力不能滿足設計要求，結合該工程的具體特點和場地地質條件，本工程采用了后注漿技術對灌注樁樁端進行壓力注漿，通過后注漿使樁端持力層的受力面積增大，擴底直徑為2.3 m ～2.6 m，通過計算及工程樁試樁，其承載力和變形滿足上部結構對地基的要求。
2 大直徑鉆孔灌注樁后注漿技術原理
后注漿技術是在灌注樁施工過程中通過在樁側和樁端預先設置高壓注漿管，并在樁體強度達到預定要求后對灌注樁進行高壓注漿，從而提高灌注樁承載力的一種輔助工法。采用后注漿技術，成樁前首先在鋼筋籠的兩側將注漿管與鋼筋籠主筋綁扎牢固，樁側注漿管要保持一定的豎向間距，確保注漿過程中豎向注漿點之間不相互串通; 樁端注漿出口宜伸入樁端持力層或孔底沉渣一定深度，以達到對樁端持力層加固的目的。
后注漿施工采用高壓注漿泵將一定水灰比的水泥漿通過注漿管壓入預先在樁體內埋置的注漿鋼管，水泥漿通過特制的注漿閥注入樁周和樁端土體。注漿壓力根據注漿管的埋置深度、場地地質條件及灌注樁承載力提高幅度而定。注漿時間一般控制在樁體混凝土初凝后，且保證預定注漿壓力能夠將注漿閥打開。
后注漿技術通過以下方面對樁豎向承載力進行增強:
1) 孔底沉渣與樁周泥皮的固化。后注漿后，通過對樁端孔底沉渣的固化膠結，使樁端土的端阻得到提高; 通過使樁周圍泥皮的固化，使樁周土的軟弱泥皮強度得到提高，從而提高樁的側摩阻力。
2) 樁端持力層的加強。對于粗粒土，如粗砂、礫砂和卵石等，樁端后注漿后，樁端持力層一定范圍內的地基土由于水泥漿的滲入膠結，使樁端持力層地基強度顯著提高，從而提高樁承力。
3) 漿體的劈裂加筋效應。對于樁周土為軟弱地基土的情況，后壓漿技術可以使樁周與樁端附近一定范圍內的地基土發生劈裂，在土體內形成一定程度的水泥漿膠結塊或水泥漿加筋體，由于水泥膠結塊和加筋體的存在，提高了樁周和樁端土體的側摩阻和端阻，使樁體承載力得到提高。
4) 樁體尺寸擴大效應。樁體注漿后，在高壓作用下，水泥漿體在注漿閥周圍形成一定范圍的外凸，使樁體外形變為“糖葫蘆”或“鈁錘”形。樁體外形的改變，提高了樁體的側摩阻和端阻，增加了樁體承載力。
3 樁底注漿工藝
3.1 樁底注漿工藝流程
埋設注漿管→高壓水疏通注漿管道→制漿→注漿。
3.2 注漿參數的選擇
3.2.1 埋設注漿管
在鋼筋籠的兩側對稱安放2 根直徑20 mm 的注漿管，注漿管采用管箍連接。注漿管下端埋入樁端持力層中粗砂500 mm，且注漿管的端部用直徑5 mm ～ 10 mm 的碎石包裹，以利于高壓注漿時注漿閥能夠順利打開。
3.2.2 高壓水疏通注漿管道
當鉆孔灌注樁成樁后48 h ～ 72 h，向注漿管注入高壓清水，以清除射漿管逆止閥周圍混凝土中水泥漿液，打通注漿通道。其壓力約2.0 MPa，穩定壓力0.8 MPa ～ 1.2 MPa。整個高壓水疏通注漿管道工作大約持續2 min ～ 3 min 即可終止。
3.2.3 注漿齡期
樁體后壓漿時由于水泥漿體具有很高的壓力，為避免注漿過程中樁體混凝土破壞，注漿前樁體混凝土要達到一定強度。本工程中樁身混凝土強度等級為C20，注漿時間在成樁后3 d 開始。根據施工經驗并經試驗確定，當樁身混凝土強度達到設計強度的80%并大于20MPa之后方可開始壓漿。由于主橋基礎處于高溫地熱層，高溫條件使混凝土的早期強度提高很快，因此注漿在混凝土灌注兩周（現場混凝土試件的強度已超過20MPa）后進行。
3.2.4 漿液水灰比
水泥漿液的水灰比要根據具體的工程條件進行確定。對于粗粒土，宜選取水灰比稍小的漿液，而對于細粒土，則選用水灰比稍大的漿液更為有利。一般水灰比較小時，為使漿液流動更方便，常常在漿液中加入一定比例的減水劑，從而避免注漿過程中因注漿管道堵塞而導致注漿失敗。本工程注漿材料選用P. S32. 5礦渣硅酸鹽水泥，水灰比為0.6。
3.2.5 注漿量
樁端注漿量依據樁端持力層的物理力學性能、孔底沉渣量、樁豎向承載力提高幅度等因素綜合確定，注漿量可按下式進行估算:
Q = απR2Hβn。
其中，Q 為每根樁漿液注入量，m3 ; α為漿液損耗系數，取1.1 ～ 1.3; R 為漿液有效擴散半徑，m; H 為注漿段的高度，一般為0.5 m ～ 1 m; n 為空隙率; β為漿液充填系數，取0.4 ～ 0.9。
本工程中，每根樁漿液注入量為1.6 m3 左右。前兩級各注400 L，后一級注800 L。每根樁注入水泥量為890 kg。
3.2.6 注漿壓力
注漿壓力一般以不使樁體產生整體上移或樁周土體產生整體剪切破壞為前提，且注漿過程中樁體混凝土不得出現因注漿而發生破壞的現象。注漿壓力初始階段壓力一般較大，注漿管打開后注漿壓力多控制在0.5 MPa～1MPa。本工程注漿壓力為0.8 MPa。
3.2.7 注漿結束標準
當注漿量達到預定漿液注入量或注漿壓力大于預定注漿壓力時，即可終止注漿。
3.3 注漿注意事項
1) 注漿過程中出現注漿壓力突然下降或注漿量突然增大時，應立即檢查原因，如有漿液跑、冒現象應立即停止注漿，并采取封堵、減小注漿壓力、加大漿液濃度等措施，或采用間歇注漿的方法。
2) 注漿順序采用先樁側注漿、后樁端注漿，先群樁外側注漿，后群樁內部注漿的方式。
3) 注漿結束后，注漿管端部應采取封堵閉漿，以免出現冒漿現象，影響注漿效果。
3.4 注漿效果
注漿結束后，隨機選取了3 根樁進行了樁身承載力豎向靜載荷試驗，同時選取了樁總數量的20% 進行了樁身低應變動力測試，檢測結果表明，樁承載力值比注漿前樁設計承載力值提高20%，且注漿后樁身完整，樁頂沉降量滿足設計要求。
4 結論及建議
后注漿技術具有工期短、造價低及施工方便的優點，能夠大幅度地提高單樁豎向承載力。本文結合具體的后注漿工程，得到以下結論:
1)對于大直徑灌注樁，采用后注漿技術實施樁端和樁側注漿，能夠大幅度地提高樁豎向承載力;
2)合理的注漿參數能夠保證注漿效果，注漿時間、注漿壓力、漿液水灰比及注漿量對樁豎向承載力的提高均有影響;
3)后注漿技術的影響因素較多，采用后注漿技術時，建議樁豎向承載力的提高幅度不宜過大，以保證工程安全。
【關鍵詞】大直徑鉆孔灌注樁；后注漿技術；樁端承載力
鉆孔灌注樁以其單樁承載力變化范圍大、對地層適應性強、施工噪音低、對周圍環境影響小等特點，廣泛應用于多層及高層建筑工程，特別是應用在建筑密度較大的老城區改造工程中效果最為明顯。樁底后注漿是在樁身混凝土灌注前預埋注漿管，在混凝土灌注初凝后通過預埋的注漿管用高壓注漿泵將水泥漿壓入樁端，使水泥漿液對樁底沉渣及樁端土層起到滲透、填充、固結等作用，從而提高樁端承載力，減小變形的一項技術措施。
1 工程概況
某辦公樓主樓長50 m，寬18 m，裙樓長80 m，寬18 m。主樓采用筏板基礎，裙樓采用鉆孔灌注樁基礎，共38 根，樁徑為800 mm，有效樁長為10 m，以中粗砂作為樁端持力層，其承載力不能滿足設計要求，結合該工程的具體特點和場地地質條件，本工程采用了后注漿技術對灌注樁樁端進行壓力注漿，通過后注漿使樁端持力層的受力面積增大，擴底直徑為2.3 m ～2.6 m，通過計算及工程樁試樁，其承載力和變形滿足上部結構對地基的要求。
2 大直徑鉆孔灌注樁后注漿技術原理
后注漿技術是在灌注樁施工過程中通過在樁側和樁端預先設置高壓注漿管，并在樁體強度達到預定要求后對灌注樁進行高壓注漿，從而提高灌注樁承載力的一種輔助工法。采用后注漿技術，成樁前首先在鋼筋籠的兩側將注漿管與鋼筋籠主筋綁扎牢固，樁側注漿管要保持一定的豎向間距，確保注漿過程中豎向注漿點之間不相互串通; 樁端注漿出口宜伸入樁端持力層或孔底沉渣一定深度，以達到對樁端持力層加固的目的。
后注漿施工采用高壓注漿泵將一定水灰比的水泥漿通過注漿管壓入預先在樁體內埋置的注漿鋼管，水泥漿通過特制的注漿閥注入樁周和樁端土體。注漿壓力根據注漿管的埋置深度、場地地質條件及灌注樁承載力提高幅度而定。注漿時間一般控制在樁體混凝土初凝后，且保證預定注漿壓力能夠將注漿閥打開。
后注漿技術通過以下方面對樁豎向承載力進行增強:
1) 孔底沉渣與樁周泥皮的固化。后注漿后，通過對樁端孔底沉渣的固化膠結，使樁端土的端阻得到提高; 通過使樁周圍泥皮的固化，使樁周土的軟弱泥皮強度得到提高，從而提高樁的側摩阻力。
2) 樁端持力層的加強。對于粗粒土，如粗砂、礫砂和卵石等，樁端后注漿后，樁端持力層一定范圍內的地基土由于水泥漿的滲入膠結，使樁端持力層地基強度顯著提高，從而提高樁承力。
3) 漿體的劈裂加筋效應。對于樁周土為軟弱地基土的情況，后壓漿技術可以使樁周與樁端附近一定范圍內的地基土發生劈裂，在土體內形成一定程度的水泥漿膠結塊或水泥漿加筋體，由于水泥膠結塊和加筋體的存在，提高了樁周和樁端土體的側摩阻和端阻，使樁體承載力得到提高。
4) 樁體尺寸擴大效應。樁體注漿后，在高壓作用下，水泥漿體在注漿閥周圍形成一定范圍的外凸，使樁體外形變為“糖葫蘆”或“鈁錘”形。樁體外形的改變，提高了樁體的側摩阻和端阻，增加了樁體承載力。
3 樁底注漿工藝
3.1 樁底注漿工藝流程
埋設注漿管→高壓水疏通注漿管道→制漿→注漿。
3.2 注漿參數的選擇
3.2.1 埋設注漿管
在鋼筋籠的兩側對稱安放2 根直徑20 mm 的注漿管，注漿管采用管箍連接。注漿管下端埋入樁端持力層中粗砂500 mm，且注漿管的端部用直徑5 mm ～ 10 mm 的碎石包裹，以利于高壓注漿時注漿閥能夠順利打開。
3.2.2 高壓水疏通注漿管道
當鉆孔灌注樁成樁后48 h ～ 72 h，向注漿管注入高壓清水，以清除射漿管逆止閥周圍混凝土中水泥漿液，打通注漿通道。其壓力約2.0 MPa，穩定壓力0.8 MPa ～ 1.2 MPa。整個高壓水疏通注漿管道工作大約持續2 min ～ 3 min 即可終止。
3.2.3 注漿齡期
樁體后壓漿時由于水泥漿體具有很高的壓力，為避免注漿過程中樁體混凝土破壞，注漿前樁體混凝土要達到一定強度。本工程中樁身混凝土強度等級為C20，注漿時間在成樁后3 d 開始。根據施工經驗并經試驗確定，當樁身混凝土強度達到設計強度的80%并大于20MPa之后方可開始壓漿。由于主橋基礎處于高溫地熱層，高溫條件使混凝土的早期強度提高很快，因此注漿在混凝土灌注兩周（現場混凝土試件的強度已超過20MPa）后進行。
3.2.4 漿液水灰比
水泥漿液的水灰比要根據具體的工程條件進行確定。對于粗粒土，宜選取水灰比稍小的漿液，而對于細粒土，則選用水灰比稍大的漿液更為有利。一般水灰比較小時，為使漿液流動更方便，常常在漿液中加入一定比例的減水劑，從而避免注漿過程中因注漿管道堵塞而導致注漿失敗。本工程注漿材料選用P. S32. 5礦渣硅酸鹽水泥，水灰比為0.6。
3.2.5 注漿量
樁端注漿量依據樁端持力層的物理力學性能、孔底沉渣量、樁豎向承載力提高幅度等因素綜合確定，注漿量可按下式進行估算:
Q = απR2Hβn。
其中，Q 為每根樁漿液注入量，m3 ; α為漿液損耗系數，取1.1 ～ 1.3; R 為漿液有效擴散半徑，m; H 為注漿段的高度，一般為0.5 m ～ 1 m; n 為空隙率; β為漿液充填系數，取0.4 ～ 0.9。
本工程中，每根樁漿液注入量為1.6 m3 左右。前兩級各注400 L，后一級注800 L。每根樁注入水泥量為890 kg。
3.2.6 注漿壓力
注漿壓力一般以不使樁體產生整體上移或樁周土體產生整體剪切破壞為前提，且注漿過程中樁體混凝土不得出現因注漿而發生破壞的現象。注漿壓力初始階段壓力一般較大，注漿管打開后注漿壓力多控制在0.5 MPa～1MPa。本工程注漿壓力為0.8 MPa。
3.2.7 注漿結束標準
當注漿量達到預定漿液注入量或注漿壓力大于預定注漿壓力時，即可終止注漿。
3.3 注漿注意事項
1) 注漿過程中出現注漿壓力突然下降或注漿量突然增大時，應立即檢查原因，如有漿液跑、冒現象應立即停止注漿，并采取封堵、減小注漿壓力、加大漿液濃度等措施，或采用間歇注漿的方法。
2) 注漿順序采用先樁側注漿、后樁端注漿，先群樁外側注漿，后群樁內部注漿的方式。
3) 注漿結束后，注漿管端部應采取封堵閉漿，以免出現冒漿現象，影響注漿效果。
3.4 注漿效果
注漿結束后，隨機選取了3 根樁進行了樁身承載力豎向靜載荷試驗，同時選取了樁總數量的20% 進行了樁身低應變動力測試，檢測結果表明，樁承載力值比注漿前樁設計承載力值提高20%，且注漿后樁身完整，樁頂沉降量滿足設計要求。
4 結論及建議
后注漿技術具有工期短、造價低及施工方便的優點，能夠大幅度地提高單樁豎向承載力。本文結合具體的后注漿工程，得到以下結論:
1)對于大直徑灌注樁，采用后注漿技術實施樁端和樁側注漿，能夠大幅度地提高樁豎向承載力;
2)合理的注漿參數能夠保證注漿效果，注漿時間、注漿壓力、漿液水灰比及注漿量對樁豎向承載力的提高均有影響;
3)后注漿技術的影響因素較多，采用后注漿技術時，建議樁豎向承載力的提高幅度不宜過大，以保證工程安全。
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