注漿成型擴底樁施工質(zhì)量的控制

紀(jì)添成

上海市工程建設(shè)咨詢監(jiān)理有限公司 上海 200433

擴底樁是一種承載效率極高的樁型，它通過樁底擴大頭增加了有效承載面積，提高了樁基承載力，進(jìn)而顯著提高了材料利用效率。

因此，自1909年比利時工程師艾德·福蘭克諾拉（Edgard Frankignoul）發(fā)明了擴底樁及其夯擴成型工藝以來，擴底樁的施工工藝研究一直是樁基工程技術(shù)的重要研究方向，并取得了豐碩成果[1-4]。

目前，按照擴底成型方法分，擴底樁施工工藝主要分為人工挖掘成型、沉管夯擴成型和機械切削成型3種。

人工挖掘成型工藝安全風(fēng)險大，已經(jīng)進(jìn)入淘汰階段；沉管夯擴成型環(huán)境影響大，應(yīng)用范圍受到限制；機械切削成型工藝環(huán)境影響小，機械化程度高，應(yīng)用最為廣泛。但是機械切削成型工藝也存在一定缺陷：一是工藝環(huán)節(jié)多，鉆孔完成以后還需采用專用機具擴底，施工時間長；二是擴底所需設(shè)備功能復(fù)雜，性能要求高，投入大；三是施工質(zhì)量控制難，混凝土澆搗時，沉渣極易淤積在擴底部位，形成虛土，降低樁基承載力。

胡玉銀等[5]針對傳統(tǒng)擴底樁施工工藝的不足，發(fā)明了擴底樁注漿成型施工工藝，通過大量工藝試驗和工程驗證了該工藝的技術(shù)可行性。工程應(yīng)用結(jié)果表明，注漿成型擴底樁具有地層適應(yīng)性強、工藝簡單、設(shè)備簡易、質(zhì)量可靠、環(huán)境友好和成本低廉等優(yōu)點，具有良好的推廣應(yīng)用前景。本文結(jié)合工程實踐，重點從質(zhì)量管控角度談?wù)勛{成型擴底樁的質(zhì)量控制要點。

1 應(yīng)用工程概況

本工程為上海浦江鎮(zhèn)125-2號二期地塊商辦綜合用地項目，位于上海閔行區(qū)浦江鎮(zhèn)陳行路以北，江梔路以南，浦秀路以東，浦錦路以西。

本工程總建筑面積65 116.29 m2（地上＋地下），其中地上總建筑面積45 615.27 m2，地下總建筑面積19 501.02 m2，包含地下2層1 224 m2六級二等人員掩蔽所，平時作為汽車庫使用。擬建項目由3幢12層小高層、14幢5層多層、16幢3層別墅、1幢3層幼兒園、2幢6層商辦樓及地下車庫構(gòu)成（圖1）。

圖1 上海浦江鎮(zhèn)125-2號地塊建設(shè)模型

本工程地質(zhì)勘探情況如下：擬建場地55.45 m深度范圍內(nèi)的地基土屬第四紀(jì)全新世及上更新世沉積物，主要由飽和黏性土、粉性土及砂土組成。

擬建場地潛水受大氣降水及地表徑流補給影響，地下水靜止水位埋深為0.40～1.60 m，其絕對高程在3.26～4.50 m。上海市年平均地下水位埋深為0.50～0.70 m，建議低水位埋深為1.50 m，高水位0.50 m。

本工程勘察期間經(jīng)在G4號取土孔內(nèi)采取地下水進(jìn)行水質(zhì)分析，按Ⅲ類場地環(huán)境類型評價，場地內(nèi)地下水對混凝土結(jié)構(gòu)具有微腐蝕性；在長期浸水環(huán)境中，地下水對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋具有微腐蝕性；在干濕交替環(huán)境中，地下水對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋亦具有微腐蝕性；對鋼結(jié)構(gòu)有弱腐蝕性。

本工程地基與結(jié)構(gòu)安全等級均為二級，場地抗震設(shè)防烈度為7度，設(shè)計基本地震加速度值為0.10g，所屬的設(shè)計地震分組為第一組，場地土類別為軟弱場地土，建筑場地類別為Ⅳ類。本場地20.00 m深度范圍內(nèi)分布的③2層飽和砂質(zhì)粉土屬不液化土層，場地屬不液化場地。

2 注漿成型擴底樁工藝原理

2.1 注漿成型工藝原理

擴底樁注漿成型工藝基于土體可塑性和壓縮性比較大的力學(xué)特性，將高流動、低泌水、低收縮水泥砂漿注入預(yù)先布置在樁底的束漿袋中，束漿袋在高壓水泥砂漿的作用下不斷擠擴樁周土體，水泥砂漿硬化后即在樁底周圍形成水泥砂漿擴大頭（圖2）。

圖2 工藝原理

2.2 注漿成型力學(xué)機理

擴底樁注漿成型的過程是土體在注漿壓力作用下受到圓柱孔擴張的過程，可以采用彈塑性力學(xué)的圓柱孔擴張理論來予以解釋。擴底樁的注漿成型力學(xué)機理為：在注漿壓力作用下，束漿袋周圍的土體先是發(fā)生彈性變形，束漿袋隨之?dāng)U張；當(dāng)注漿壓力達(dá)到一臨界值時，束漿袋周圍的土體由彈性變形狀態(tài)轉(zhuǎn)入塑性變形狀態(tài)；隨著注漿壓力的進(jìn)一步升高，塑性區(qū)逐步擴大，束漿袋也同時相應(yīng)擴張；注漿停止以后，注漿壓力不再升高，束漿袋不再擴張；束漿袋中水泥砂漿固化以后就在樁周形成突出物——擴大頭，原來的等截面樁也就演變?yōu)閿U底樁。

3 管控要點

本工程原樁基設(shè)計采用φ600 mm鉆孔灌注樁作為辦公樓樁基，樁長27 m，樁端進(jìn)入⑦1灰綠-草綠色砂質(zhì)粉土，單樁抗壓承載力設(shè)計值為1 000 kN；采用φ600 mm鉆孔灌注樁作為地下車庫樁基，樁長27 m，樁端進(jìn)入⑦1灰綠-草綠色砂質(zhì)粉土，單樁抗拔承載力設(shè)計值為700 kN。后在業(yè)主、設(shè)計和審圖單位，以及上海市城鄉(xiāng)建設(shè)和管理委員會科學(xué)技術(shù)委員會的支持下，采用注漿成型擴底鋼管樁和注漿成型擴底PHC管樁分別作為本工程的抗拔樁和抗壓樁，樁長均為22 m，束漿袋長約8 m。

注漿成型擴底管樁的施工流程如下：利用鉆進(jìn)工藝成孔；在管樁底端安裝注漿擴底裝置；鉆孔完成后，將安裝有注漿擴底裝置的管樁放入鉆孔中；采用水泥砂漿通過管樁一側(cè)的注漿管置換鉆孔中泥漿；水泥漿養(yǎng)護(hù)完成后，將高壓水泥砂漿注入擴底裝置中；擴底裝置在高壓水泥漿作用下不斷擴張，擠壓強化周圍土體，最終在管樁底端形成水泥漿體擴大頭。

針對新樁型的工程應(yīng)用[6-8]，施工過程中的質(zhì)量管控，重點從以下幾方面加強。

3.1 試成孔施工管理

1）樁基施工之前應(yīng)試成孔，數(shù)量不少于2根。

2）成孔質(zhì)量：任意斷面孔徑不得小于設(shè)計樁徑，垂直度允許偏差不應(yīng)大于1/100，孔深不小于設(shè)計孔深。

3）充盈系數(shù)：充盈系數(shù)不應(yīng)小于1.0，不宜大于1.2。

4）樁位偏差：平面偏差x向和y向都不應(yīng)超過50 mm，樁頂標(biāo)高偏差為5 mm之內(nèi)。

3.2 擴底裝置安裝控制

安裝PVC防水布袋的目的是要實現(xiàn)在注漿以后形成一個擴大頭，從而達(dá)到提高抗拔承載力的作用，所以PVC防水布袋的安裝質(zhì)量直接影響到試樁的承載力。具體施工中應(yīng)注意以下問題：

1）與鋼管樁和PHC管樁連接可靠：PVC防水布袋位于鋼管樁和PHC管樁的底部，必須與鋼管樁和PHC管樁固定牢固，避免下放時脫落，從而影響注漿質(zhì)量。

2）對成品的保護(hù)：在現(xiàn)場操作過程中，務(wù)必保證PVC防水布袋的完整性，防止在堆放或下放過程中造成布袋的損壞，一旦損壞，必須更換。

3.3 注漿裝置安裝控制

為保證注漿壓力，在注漿裝置的出漿口處設(shè)置調(diào)壓裝置（即溢流閥），當(dāng)注漿壓力超過規(guī)定壓力時，自動下調(diào)注漿壓力。

同時，在管樁頂部與底部設(shè)置封板，并在頂部封板安裝單向的注漿閥以及排氣閥，這樣能保證后續(xù)注漿時，之前的孔內(nèi)水泥漿沉淀后，孔內(nèi)上部的地下水能夠排出（圖3）。

由于試樁的樁頂標(biāo)高與地面標(biāo)高一致，注漿閥和排氣閥可以直接與管樁封板連接，而工程樁的標(biāo)高低于地面標(biāo)高，所以注漿閥與溢流閥要通過鍍鋅鋼管與管樁頂部的封板相連接，所以在工程樁的施工過程中，于下放管樁之前應(yīng)當(dāng)安裝相應(yīng)的注漿管，以便保證注漿閥和排氣閥處于地面以上，方便后期注漿的施工。

圖3 管樁封板及注漿管連接示意

3.4 泥漿置換及置換水泥漿養(yǎng)護(hù)措施

待成孔深度達(dá)到設(shè)計標(biāo)高后，將安裝有注漿擴底裝置的管樁放入鉆孔中，利用管樁內(nèi)的注漿管進(jìn)行泥漿置換（表1）。水泥漿通過注漿管注入孔內(nèi)，用以置換泥漿的水泥漿量應(yīng)考慮超灌系數(shù)1.1。泥漿置換完成后，開始水泥漿養(yǎng)護(hù)，在養(yǎng)護(hù)24 h后，方可進(jìn)行擴底注漿。

表1 泥漿置換量

3.5 注漿壓力及流量控制

注漿裝置采用常規(guī)SVB-50-452II型壓力注漿泵。將形成擴大頭的水泥砂漿水灰比控制在0.55～0.60，注漿時將流量控制在5 m3/h左右。注漿速度過低，注漿時間就長，施工效率勢必不高；但是注漿速度過高，水泥砂漿進(jìn)入束漿袋以后來不及擴散，就容易造成束漿袋因壓力迅速升高而被破壞。注漿壓力一般控制在1.0～1.8 MPa，終止注漿應(yīng)以注漿量和注漿壓力雙控原則進(jìn)行控制。

3.6 樁基檢測要求

3.6.1 ?成孔質(zhì)量檢測

1）工程樁成孔質(zhì)量檢測應(yīng)隨機、均勻抽檢，數(shù)量不少于總樁數(shù)的10%。

2）試樁成孔質(zhì)量應(yīng)全部檢測。

3.6.2 ?單樁抗拔靜載試驗

1）先試樁后設(shè)計：注漿成型擴底樁為一種新型樁基，每種樁型必須先進(jìn)行3組靜載試驗，并做到地基土破壞，方可根據(jù)樁基承載力進(jìn)行工程樁設(shè)計和施工。

2）施工后檢測：注漿成型擴底樁為一種新型樁基，工程樁施工后，應(yīng)進(jìn)行不少于3組單樁靜載試驗進(jìn)行檢驗，總樁數(shù)小于50根，可為2根。

3）單樁抗拔靜載試驗需在樁基施工完畢后28 d方可進(jìn)行。

4）單樁抗拔靜載試驗應(yīng)采用慢速維持荷載法。

3.6.3 ?樁身質(zhì)量檢測

所有PHC試樁在單樁靜載試驗前，且在基坑開挖至基底標(biāo)高后，均應(yīng)做低應(yīng)變檢測，以確定樁身的完整性。抽檢數(shù)量不應(yīng)少于總樁數(shù)的50%，且不得少于20根。

柱下三樁或三樁以下的承臺抽檢樁數(shù)應(yīng)不得少于1根。除以上檢測外，還應(yīng)采用鉆芯法或聲波透射法對部分受檢樁進(jìn)行樁身完整性檢測。抽檢數(shù)量應(yīng)不少于總樁數(shù)的20%，檢測應(yīng)在基坑開挖前進(jìn)行。

4 結(jié)語

本文針對注漿成型擴底樁這種新樁型，從成孔、擴底裝置和注漿裝置安裝、泥漿置換、置換后的水泥漿養(yǎng)護(hù)時間、注漿壓力和注漿流量控制等方面提出了質(zhì)量管控要點，最后給出了注漿成型擴底樁的樁基檢測要求。通過一系列有效的質(zhì)量管控，注漿成型擴底樁新技術(shù)成功應(yīng)用于浦江鎮(zhèn)125-2地塊，并按規(guī)定進(jìn)行了工程試樁。靜載試驗表明，抗壓樁的極限承載力達(dá)到2 200 kN，抗拔樁的極限承載力達(dá)到1 500 kN，試樁結(jié)果完全滿足設(shè)計要求。注漿成型擴底樁樁基施工進(jìn)展順利，一個臺班可以施工4～5根工程樁，較鉆孔灌注樁施工工效提高了一倍。同時，通過經(jīng)濟分析發(fā)現(xiàn)，本工程采用注漿成型擴底樁后，樁基工程造價較傳統(tǒng)鉆孔灌注樁降低逾30%。