樁端后注漿技術在紅樓飯店工程中的應用

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1、概述
    目前高層建筑大多采用鉆孔灌注樁基礎，而鉆孔灌注樁最大的缺點就是：樁底虛土較難清理，樁身泥皮影響側(cè)摩阻力進一步發(fā)揮；或為獲得良好的持力層不得不穿越厚實的飽和性土層而達到堅硬的風化層，但這不利于鉆進、清孔和澆搗等。采用樁端后注漿技術可較好地解決這些難題。杭州紅樓飯店改擴建工程正是由于成功地運用了這一技術，起到了固結(jié)樁底虛土、提高樁端承載力的作用。
    該工程位于城東鐵路新客站廣場西側(cè)，建筑面積35913m2，主樓25層，裙樓5層，地下室2層，總投資近1.4億元，由省級機關事務管理局籌建，省建科院設計所設計，省地礦工程公司施工樁基礎部分，浙江泛華工程監(jiān)理公司監(jiān)理。
                                表1  紅樓飯店靜載荷試驗成果
    樁底注漿 樁號 樁長(m) 樁徑(mm) 成樁天數(shù)(d) 極限承載力(kN) 最終沉降(mm) 
    注漿前   SZ2     44.31   800      37          >8694        26.32 
    注漿后   SZ2     44.31   800      59           >9936       17.15 
                SZ1     44.10   800      44            >8678      21.68 

    樁基為800鉆孔灌注樁，共235根，有效樁長36.4～38.2m。原考慮以10-②中風化泥灰質(zhì) 粉砂巖為持力層，但需穿越厚約15m的中密卵礫石混砂層才能嵌入，且鉆進相當困難。采用樁端后注漿技術，通過對試樁注漿前后靜荷載試驗對比，認為可用9-②卵礫石混砂層作為持力層，樁端進入該層3.2m后，單樁承載力標準值可達4200kN，單樁注漿1.5t(水泥量)。試驗情況見表1。
    2、施工工藝
    (1)先準備直徑25.4mm、長度比孔深長20cm的鋼管兩根，作為注漿管。在其底部長約25cm范圍內(nèi)梅花狀布孔12個，孔徑5mm，并用編織袋將管底口及小孔包扎封牢。在按正常施工工藝施打鉆孔樁(成孔并清孔)后，將注漿管綁扎在鋼筋籠兩側(cè)，同步放入孔內(nèi)，伸至孔底，而頂部露出樁孔口20cm。隨后下導管、清孔、澆灌混凝土，待成樁1d后，以約2MPa壓力的清水沖開管底封口。7d后，壓力注漿約2h。
    (2)注漿漿液由水泥攪拌機(300L)、濾網(wǎng)、儲漿桶(500L)、注漿泵(設最大壓力10MPa的壓力表)、樁孔口壓力表、注漿管而達到樁底。注漿時將水灰比3∶1的水泥量120kg、0.8∶1的360kg及0.5∶1的1020kg依次注入。當注漿壓力達到5MPa并穩(wěn)壓3～5min后或注完設計要求注 漿量后，即可終止注漿；
    (3)施工中考慮到注漿路程遠造成的壓力損失，用樁孔口壓力表測得實際注漿壓力(實際壓力 損失值約1.2～1.5MPa)，從而避免了注漿壓力值失實。
    (4)本工程各樁均達到設計要求的注漿量，平均注漿壓力3MPa(開塞壓力2.2MPa)，注入速度 10～20L／min。
    3、幾個問題討論
    (1)漿液濃度對注漿效果的影響：先灌注稀漿的目的在于稀漿的流動性好，裂隙無論寬窄，均易進漿，先將細縫填灌充實，而后漿液再逐級變濃，使中等或較大的裂隙也得到充實。水利行業(yè)用于防滲的帷幕灌漿分9個級別的水灰比，本工程取其中的3個級別用于鉆孔灌注樁注漿。
    (2)注入壓力對注漿效果的影響：注漿壓力與巖層地質(zhì)的滲透性、漿液濃度有關。目前主要有“一次升壓法”和“分級分壓法”。當正常壓力下注入速度緩慢時，可提高壓力盡量使一些細小的裂隙不致在低壓下提前被封堵，可較多地灌入一些漿液，即所謂“”一次升壓法“。 但較高的壓力也會使?jié){液在較寬的裂隙中流竄過遠，造成浪費。當在正常壓力下就很容易可將漿液較輕松地壓入時，說明巖層吸漿量大，這時可改用較低一級的壓力進行注漿，于吸漿 量逐漸減少時，再加一級壓力，如此反復升高壓力，直至達到規(guī)定的壓力，一般為2～3級( 即0.5P、1.0P或0.4P、0.7P、1.0P)，是“分級分壓法” 。
    (3)容許注漿壓力、注漿量、滲透半徑：一般當壓力升至某一數(shù)值時，注漿量突然增大，表明地層結(jié)構已發(fā)生破壞或空隙已被擴大，此時的壓力即為容許注漿壓力。另兩個重要參數(shù)就 是注漿量Q和滲透半徑r。這些參數(shù)的確定請參見《地基處理手冊 》(中國建筑工業(yè)出版社，1998)。
    4、幾點經(jīng)驗
    (1)串孔現(xiàn)象：由于地層空隙率及持力層裂隙的存在，在A樁進行注漿時可能會有水泥漿從鄰 近B樁已開塞但未注漿的管中噴出，造成注漿管堵塞，致使B樁今后可能注漿失敗。這種串孔擴散現(xiàn)象還可能引起周邊土體固結(jié)，造成鄰近樁機難以鉆進，為避免因串孔而造成注漿失敗 ，本工程采用分片開塞，分片注漿的施工流水作業(yè)。保證成樁1d后開塞，7d后注漿，從場地外圍向內(nèi)共分3～4片完成全場注漿任務。至于何時開始注漿，其實只要樁身混凝土強度大于 巖石強度且不致因高壓注漿而破壞混凝土自身結(jié)構即可。
    (2)注漿管：注漿是通過注漿管來完成的。若注漿管長度不夠，則樁底承載力得不到加強， 影響樁端承載力。若注漿管焊接質(zhì)量不高，則在高壓力下，漿液會在接縫處逸出，壓力驟變， 導致注漿失敗。若用回轉(zhuǎn)盤式鉆機成孔，則注漿管不宜高出孔身太多，否則影響鉆機移位。 
    (3)二次注漿：若采取二次注漿則效果可能會更好。一般二次注漿量約為第一次的1／3～1／ 4，水灰比可適量提高。
    (4)清水：開塞清水不宜過多，壓力也不宜過大，以免樁身混凝土強度受到影響。注漿后再 注入大致等于輸漿管容積的清水，以免漿液回流至注漿泵與注漿管之間的一段輸漿管內(nèi)。
    (5)注漿壓力：①壓力逐漸上升，但達不到要求的壓力，這可能是漿液在粘土中形成脈狀劈 裂 滲透，或漿液濃度低、凝膠時間長，或部分漿液逸出。②注漿開始后壓力不上升，甚至離開 初始壓力值呈下降趨勢，這可能是漿液外逸。③壓力上升后突然下降，這可能是漿液從注漿 管周圍溢走，或注速過大，擾動土層，或遇到空隙薄弱部位。④壓力上升很快，而速度上不 去，表明土層密實或凝膠時間過短。⑤壓力有規(guī)律上升，即使達到容許壓力，注漿速度也很 正常(變化不大)，這表明注漿是成功的。⑥壓力上升后又下降，而后再度上升，并達到預定 的要求值，可以認為是第③種情況的空隙部位已被漿液填滿，這也是注入成功的例子。本工 程壓力變化屬于第⑤種情況。
    5、結(jié)論及前景
    (1)樁端后注漿技術，使樁底虛土得到固結(jié)擠密；減少了群樁的樁土相對變形，降低了樁群 內(nèi)部側(cè)阻力發(fā)揮，提高了樁周下部側(cè)摩阻力和端阻力且使沉降變形減小而均勻。因而使樁承 載力得到提高，在相同條件下可優(yōu)化樁長、樁數(shù)、樁徑、樁距。本工程結(jié)束后，進行了5根 樁的高應變及機械阻抗法動測，試驗表明均達到Ⅰ類樁標準。
    (2)本工程所用漿液為水泥類漿液，來源廣泛易控制。而水玻璃類漿液由于具有無毒性、凝 結(jié)時間可控制且價格便宜，國際上應用已較廣泛。
    (3)雙層管雙栓塞注漿法即SRF法，由于可在不同地層不同時間注漿，有逐漸取代本工程花管 法的趨勢，但其成本較高，注漿所需壓力也較大。
    (4)壓力注漿理論很早就被廣泛用于地鐵、盾構隧道的加固及壩基帷幕等工程，隨著城市高 層建筑的不斷開發(fā)及舊城改造中深基坑開挖場地狹小的限制，灌注樁樁端后注漿自1994年被 開發(fā)利用后，已越來越廣泛地應用于土建工程，其設計、施工、檢測經(jīng)驗也將日臻成熟，前景看好。