采用鉆孔灌注樁后注漿工藝條件下圓礫層的樁端設(shè)計參數(shù)取值探討

沈華駿，周愛其

(杭州市勘測設(shè)計研究院，浙江 杭州 310012)

1 前言

杭州城區(qū)場地大部分布有中密－密實狀的圓礫層且層厚較大，其中上層圓礫一般分布在高程 －30 m～－45 m，性質(zhì)以中密－密實狀為主;下層圓礫一般分布在高程－45.0 m以下，性質(zhì)以密實狀為主。圓礫層以下主要為基巖層。

一般大型建筑樁基礎(chǔ)采用以上述圓礫層為樁端持力層。但隨建筑高度提高，荷載增加，采用以圓礫層為樁端持力層的普通鉆孔灌注樁、日益難以滿足上部荷載和變形控制設(shè)計的需要。但若采用圓礫層下部的風(fēng)化基巖層為樁端持力層則帶來的施工難度及增加的工期及經(jīng)濟成本均很大。鉆孔灌注樁后注漿工藝的出現(xiàn)則較好地解決了上述問題。

鉆孔灌注樁后注漿技術(shù)是指灌注樁成樁一定時間后，通過預(yù)設(shè)在樁身內(nèi)的注漿導(dǎo)管及與之相連的樁端、樁側(cè)注漿閥注入水泥漿，使樁端樁側(cè)土體(包括沉渣和泥皮)得到加固，從而提高單樁承載力，減少沉降。這種方法可以起到兩方面的作用:一是加固樁底沉渣和樁側(cè)泥皮;二是對樁底和樁側(cè)一定范圍的土體通過滲入(粗粒土)、劈裂(細粒土)和壓密(非飽和松散土)注漿起到加固作用，增強樁側(cè)阻力和樁端阻力，從而提高了單樁承載力，能滿足設(shè)計需要。

注漿后的樁側(cè)阻力和樁端阻力較未注漿有較大程度的提高，但具體取值則沒有一個準(zhǔn)確的計算公式，其值一般由勘察單位或設(shè)計單位提出，隨意性較大。本文擬通過杭州圓礫層中采用鉆孔灌注樁后注漿工藝的工程實例，提出了杭州地區(qū)在采用后注漿工藝條件下的圓礫層樁端設(shè)計參數(shù)取值建議，供同類工程勘察評價和設(shè)計取值時借鑒。

2 鉆孔灌注樁后注漿工藝研究現(xiàn)狀

浙江大學(xué)張忠苗教授等撰寫的《灌注樁后注漿技術(shù)及工程應(yīng)用》對后注漿工藝進行了系統(tǒng)研究，但對注漿后的具體取值大小，仍沒有一個具體參數(shù)可以借鑒［1］。

浙江省地方標(biāo)準(zhǔn)《地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》(DB33/1001－2003)中提出在圓礫層中后注漿比末注漿的單樁豎向承載力能提高1.3倍以上。鑒于各個建筑實際有效樁長差異很大，這類提法對于實際工程指導(dǎo)意義有限［2］。

建設(shè)部行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》(JGJ94－2008)中提出在圓礫層中后注漿比未注漿樁端承載力3.2倍～4.0倍，樁側(cè)阻力提高2.4倍～3.0倍。但鑒于杭州地區(qū)的圓礫層未注漿前的樁端承載力勘察單位提供數(shù)值一般遠大于規(guī)范相應(yīng)上限，這樣采用規(guī)范中的注漿后提高幅度值相應(yīng)技術(shù)風(fēng)險就很大［3］。

3 解決方法

一般而言，鉆孔灌注樁樁端承載力qpk值，在很大程度上取決于樁底沉渣的存在及厚度。當(dāng)采用鉆孔灌注樁后注漿工藝后，可以近似認(rèn)為樁端沉渣量為零。此時，鉆孔樁樁端工況條件可近似于預(yù)應(yīng)力管樁的工況。由此，在采用樁端后注漿工藝后，其樁端設(shè)計參數(shù)可以類比參照預(yù)應(yīng)力管樁的相關(guān)參數(shù)。根據(jù)浙江省地方標(biāo)準(zhǔn)《地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》(DB33/1001－2003)中附錄N，預(yù)應(yīng)力管樁在中密～密實狀狀圓礫層的樁端承載力極限值可取用6000 kPa～9000 kPa。根據(jù)建設(shè)部行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》(JGJ 94－2008)中5.3.5條，預(yù)應(yīng)力管樁在中密～密實狀圓礫層的樁端承載力極限值可取用9500 kPa～11500 kPa。

鑒于樁端后注漿工藝中影響樁端極限承載力的不確定因素較多，由此注漿后的樁端極限承載力可認(rèn)為較為接近預(yù)應(yīng)力管樁的下限。

來福士廣場場地土力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)表 表1

4 工程實例

杭州錢江新城地區(qū)作為杭州的中央商務(wù)區(qū)，高層、超高層建筑林立，后注漿工藝采用較多，通過對其載荷試驗分析可較為準(zhǔn)確地把握圓礫層在注漿后樁端設(shè)計參數(shù)取值規(guī)律。

工程實例1:

杭州來富士廣場，占地面積約4萬平方米，主體項目有兩棟高度約250 m塔樓與建筑面積約12萬平方米的裙房組成，設(shè)3層地下室。采用φ600(裙房及地下室)及φ800(塔樓)鉆孔灌注樁，并進行了樁底后注漿，基樁基本為滿堂布置。采用慢速堆載法進行現(xiàn)場靜載試驗，試樁的鉆孔樁均采用○124圓礫層為樁端持力層，進入○124圓礫層深度為12 m。相關(guān)場地地層力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)如表1所示。靜載試驗采用鋼筋計、軸力計測試樁身軸力與側(cè)摩阻力。其中最下部軸力計埋設(shè)在樁端以上0.6 m位置?；鶚吨睆骄鶠?00 mm，樁長均為 52.6 m，要求樁端進入○124圓礫層。通過靜載試驗資料，TP1a注漿后單樁豎向抗壓承載力約為 15000 kN，等效樁頂位移 36.94 mm。TP2注漿后單樁豎向抗壓承載力約為15000 kN，等效樁頂位移37.99 mm。TP3注漿后單樁豎向抗壓承載力約為15000 kN，等效樁頂位移35.16 mm。相關(guān)靜載試驗曲線如圖1所示，加載軸力分布表如表2所示。

圖1 杭州市來福士廣場靜載試驗曲線

來福士廣場試樁加載軸力分布表表2

其樁端的－52 m處軸力計顯示數(shù)值在6435 kN～7143 kN之間，主要是由于試樁時，單樁注漿量的不同造成的。試樁時，樁的數(shù)量較小，后注漿難以形成群樁效應(yīng)。當(dāng)扣去樁最后0.6 m的側(cè)摩阻力，其樁端承載力極限值在6350 kN～7025 kN之間，對應(yīng)圓礫層后注漿樁端承載力極限值可達12000 kPa以上。注漿后效果相當(dāng)于地質(zhì)勘察報告中提供的注漿前樁端極限承載力2.6倍以上。

工程實例2:

杭州華潤新鴻基一期工程，該工程為住宅大底盤(地下車庫、中心會所)及3幢45層～46層塔樓組成?？偨ㄖ娣e146981 m2。采用φ800(塔樓)鉆孔灌注樁，并進行了樁底后注漿。試樁采用了樁基自平衡法進行靜荷載試驗進行現(xiàn)場試驗，試樁以⑧2層為樁端持力層。場地地層力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)如表3所示。

杭州華潤新鴻基一期場地土力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)表 表3

進行自平衡的荷載箱埋設(shè)在樁端以上2.0 m位置，通過靜載試驗資料，直徑為800 mm的SZ09試樁，注漿后荷載箱實測下段樁極限承載力在5500 kN(對應(yīng)位移34.57 mm)，扣除最后2.0 m的側(cè)阻力數(shù)值，對應(yīng)⑧2圓礫層樁端極限承載力注漿后可達9600 kPa，注漿后相當(dāng)于地質(zhì)勘察報告中提供的注漿前樁端極限承載力2.2倍。注漿后單樁豎向抗壓承載力約為12060 kN，等效樁頂位移 35.83 mm。直徑為1000 mm的SZ07試樁，注漿后荷載箱實測下段樁極限承載力在6500 kN(對應(yīng)位移22.82 mm)，扣除最后2.0 m的側(cè)阻力數(shù)值，對應(yīng)⑧2圓礫層樁端承載力極限值注漿后可達7700 kPa(考慮了大直徑樁的樁端承載力折減因素)，注漿后相當(dāng)于地質(zhì)勘察報告中提供的注漿前樁端極限承載力的1.8倍。注漿后單樁豎向抗壓承載力約為14120 kN，等效樁頂位移24.61 mm。相關(guān)靜載試驗曲線如圖2所示。

圖2 華潤新鴻基一期項目靜載試驗曲線

通過對比來福士廣場與華潤新鴻基一期項目，可以發(fā)現(xiàn)5組試樁的圓礫層在注漿后的樁端極限承載力大小存在差異，其數(shù)值在 7700 kPa、9600 kPa、12000 kPa，這主要由于①部分試樁試驗未進行破壞試驗;②鑒于試驗數(shù)據(jù)來源均為試樁，場地未進行大面積樁的施工，由此造成各個試樁的注漿工藝(如注漿壓力及注漿量)差異較大。

對于大面積的鉆孔灌注樁在采用后注漿工藝時，基本消除了試樁時注漿量及注漿壓力的差異問題，其注漿后的樁端極限承載力一般要大于試樁時的取值。因此，對于采用后注漿工藝一般條件下(類似于華潤新鴻基一期項目)，對于圓礫層建議樁端極限承載力當(dāng)按8000 kPa取用，這一數(shù)值也基本相當(dāng)于以圓礫層為樁端持力層的預(yù)應(yīng)力管樁的樁端承載力極限值下限值，這與注漿后的圓礫層樁端承載力特性的實際工況也是相符的。

當(dāng)后注漿工藝采用工藝水平較高(如大壓力，大注漿量)時，圓礫層在采用鉆孔灌注樁后注漿工藝條件下樁端設(shè)計參數(shù)可提高至9000 kPa～10000 kPa(類似于來福士廣場項目)，但具體數(shù)值應(yīng)結(jié)合試樁成果確定。

5 結(jié)論

(1)采用鉆孔灌注樁樁底后注漿工藝能有效提高單樁承載力，減小基樁沉降量。

(2)杭州城區(qū)場地下的中密－密實狀的圓礫層在采用鉆孔灌注樁后注漿工藝時，在一般工藝條件下，樁端極限承載力可取用8000 kPa。當(dāng)后注漿工藝采用工藝水平較高(如大壓力，大注漿量)時，其樁端極限承載力設(shè)計參數(shù)可提高至 9000 kPa～10000 kPa，但具體數(shù)值應(yīng)結(jié)合試樁成果確定。

［1］張忠苗等著.灌注樁后注漿技術(shù)及工程應(yīng)用［M］.北京:中國建筑工業(yè)出版社，2009

［2］DB33/1001－2003.地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范［S］.

［3］JGJ 94－2008.建筑樁基技術(shù)規(guī)范［S］.