壓密注漿樁材料設(shè)計(jì)要點(diǎn)解讀*
——《壓密注漿樁技術(shù)規(guī)范》解讀(一)

(湖南宏禹工程集團(tuán)有限公司，湖南 長(zhǎng)沙 410117)

一、 標(biāo)準(zhǔn)要求

3.2.6 采用壓密注漿樁時(shí)，應(yīng)進(jìn)行室內(nèi)試驗(yàn)，提供合適的注漿材料配合比及相對(duì)應(yīng)的物理、力學(xué)參數(shù)。室內(nèi)配合比試驗(yàn)應(yīng)依據(jù)GB 50010確定，并應(yīng)符合如下要求：

1 塑性細(xì)石混凝土宜由膠凝材料、黏性土、砂、細(xì)石等組成。塑性細(xì)石混凝土中膠凝材料用量不宜小于300kg/m3，黏性土宜為膠凝材料重量的20%～80%，水灰比宜為0.50～0.80。各材料的摻和量由室內(nèi)試驗(yàn)確定。

2 塑性細(xì)石混凝土入孔坍落度不應(yīng)大于75mm。

3 塑性細(xì)石混凝土的初凝時(shí)間不宜小于2h，終凝時(shí)間不宜大于24h。

二、 標(biāo)準(zhǔn)要點(diǎn)解讀

在壓密注漿樁施工過程中，要盡可能減少漿體對(duì)地基的劈裂效應(yīng)，增加壓密效應(yīng)，要求注漿材料坍落度低、極稠，其中除膠凝材料、黏性土外應(yīng)加入砂和細(xì)石以增加漿體的內(nèi)摩阻力。工程因地域差異，各材料的摻和量應(yīng)進(jìn)行室內(nèi)配合比試驗(yàn)確定。

1 壓密效應(yīng)及注漿材料性能要求

1.1 壓密效應(yīng)

壓密注漿樁是一種適用于砂土、粉土、黏性土、碎石土、人工填土等地基的加固處理技術(shù)。主要通過高壓泵將低坍落度注漿材料通過注漿管壓入到預(yù)定土層，通過自下而上分段注入形成一個(gè)似圓柱形或葫蘆形的均質(zhì)樁固結(jié)體；同時(shí)漿料不斷壓密土體中的孔隙，將原來松散土粒壓縮并密實(shí)周邊地基土，提高樁周邊一定半徑范圍內(nèi)土的干密度，達(dá)到提高復(fù)合地基承載力的目的。

注漿材料的性能對(duì)注漿效果及作用機(jī)理有較大影響。滲透注漿采用流動(dòng)性好的漿液在不足以抬動(dòng)劈裂地層的壓力下滲入土顆粒間隙，取代并排出其中的空氣和水，將土顆粒包裹膠結(jié)起來[如圖1(a)所示]；劈裂注漿的原理是漿液成脈狀或線裝劈裂土體，在土體內(nèi)形成網(wǎng)狀漿脈，通過漿脈擠壓土體并利用漿脈在土體中形成的骨架作用加固土體[如圖1(b)所示]；而壓密注漿是采用干密性的漿料在外部壓力作用下克服地下水孔隙壓力和土體上覆應(yīng)力，擠密土體孔隙形成球形漿泡，并逐段灌注形成樁式柱體，使周圍土體不斷壓縮密實(shí)[如圖1(c)所示]。壓密注漿的漿液坍落度低，漿液在土體中的運(yùn)動(dòng)是推擠周圍的土，起置換作用，其注漿壓力對(duì)土體產(chǎn)生擠壓作用，使周圍土體發(fā)生塑性變形，而不是在土體中滲透或使土體發(fā)生劈裂。

圖1 壓密注漿與滲透注漿、劈裂注漿的區(qū)別

1.2 注漿材料性能要求

a.注漿材料的可控性。要使注漿材料既能被有效注入到地層中，又能夠傳遞注漿壓力、壓密土體而不致產(chǎn)生劈裂，因此注漿材料必須是塑性的而不是流動(dòng)性的，要求材料具有較大的內(nèi)摩擦力，使注入的漿體不會(huì)在土體中向遠(yuǎn)處滲透或劈裂，通過材料自身的內(nèi)摩擦阻力，達(dá)到以漿止?jié){的效果，在預(yù)定范圍內(nèi)控制形成均勻的固結(jié)體。

b.注漿材料的可注性。當(dāng)注漿材料的坍落度較低時(shí)，漿材含水率低，容易硬化，導(dǎo)致在注漿過程中，易發(fā)生堵管現(xiàn)象。為保證注漿材料的可注性，要求漿材坍落度在一定時(shí)段內(nèi)變化不大(0.5h)，并具有較好的保水、持水性。在施工前，需改變材料配合比或添加相應(yīng)外加劑，研究不同配合比下，材料的坍落度隨時(shí)間的損失變化以及不同粒徑下注漿材料的泵送阻力。此外，當(dāng)骨料顆粒粒徑較大時(shí)，也易發(fā)生注漿管道堵塞事故，因此骨料中細(xì)石的顆粒粒徑不宜大于10mm，砂宜以中粗砂為主，骨料中針狀或片狀顆粒所占質(zhì)量比宜小于30%。

c.較高的早期強(qiáng)度。在施工過程中，壓密注漿樁對(duì)周圍一定半徑范圍內(nèi)的土體起壓密作用，并產(chǎn)生一定的擾動(dòng)；因此，當(dāng)分序施工壓密樁，且樁間距不太大時(shí)，后序施工的壓密樁對(duì)前序孔已成形的壓密樁可能會(huì)有一定的擾動(dòng)作用；在前序施工的壓密樁強(qiáng)度較低時(shí)，后序孔施工可能會(huì)造成前序孔施工的壓密樁縮頸、扭曲，甚至斷樁等不良影響。因此，要求壓密樁具有較高的早期強(qiáng)度，減少相鄰樁施工時(shí)所帶來的負(fù)面影響。

d.較好的壓密效應(yīng)。注漿材料中的骨料粒徑大小及級(jí)配直接影響到材料在較高的注漿壓力下所形成的漿體形狀，直接影響到壓密土體的效果和樁強(qiáng)度。注漿材料中粗骨料粒徑較小，其內(nèi)摩擦力小，易在壓力下對(duì)土體產(chǎn)生劈裂效應(yīng)，可控性較差；注漿材料中粗骨料粒徑較大，注漿過程中易在較高壓力下失水，發(fā)生堵管現(xiàn)象。因此，在保證材料具有良好可注性的同時(shí)，需要選擇粒徑適當(dāng)?shù)牟牧献鳛榇止橇希赃_(dá)到對(duì)地基產(chǎn)生壓密效應(yīng)，形成理想的圓柱體或橢圓球體的效果。

2 塑性細(xì)石混凝土

2.1 定義

本規(guī)程中定義“粗骨料最大公稱直徑不大于10mm，拌和物坍落度不大于75mm的混凝土”為“塑性細(xì)石混凝土”。其中，在《普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》(JGJ 55—2011)中定義了“拌和物坍落度為10mm～90mm的混凝土”為“塑性混凝土”，《水利水電公稱混凝土防滲墻施工技術(shù)規(guī)范》(SL 174—2014)中定義了“水泥用量遠(yuǎn)低于普通混凝土，并摻加較多的膨潤(rùn)土、黏土等膠凝材料，適合水下澆筑的流動(dòng)性混凝土，其抗壓強(qiáng)度不大于5MPa，并具有低彈和極限應(yīng)變較大的特性”為“塑性混凝土”。兩者都對(duì)“塑性混凝土”進(jìn)行了定義，分別以坍落度和抗壓強(qiáng)度為特征區(qū)分。而壓密注漿樁施工中采用的主要原材料為細(xì)石、水泥、砂、水等，原材料中最大顆粒粒徑小于10mm，以細(xì)石、砂為主，形成的漿體具有低流動(dòng)性，其坍落度控制在30～75mm之間；漿液結(jié)石體28d抗壓強(qiáng)度可根據(jù)各工程應(yīng)用目的在3～30MPa之間進(jìn)行調(diào)整。由于壓密注漿樁材料對(duì)坍落度有控制要求，參考JGJ55，定義壓密注漿樁的漿體為“塑性細(xì)石混凝土”。

2.2 主要原材料

a.水泥：可選用硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥、礦渣硅酸鹽水泥和粉煤灰硅酸鹽水泥，因壓密注漿樁需滿足漿液結(jié)石體早期強(qiáng)度高的性能，因此不宜采用火山灰質(zhì)硅酸鹽水泥。

b.細(xì)石：細(xì)石因其粒徑較大，可以增大注漿材料的內(nèi)摩阻力，使注漿過程中漿體擴(kuò)散能可控；同時(shí)細(xì)石的投影面積遠(yuǎn)大于水泥、砂、粉煤灰等材料，在壓密注漿樁施工過程中，可以對(duì)土體產(chǎn)生較大的推擠應(yīng)力，產(chǎn)生較好的壓密效應(yīng)；同時(shí)細(xì)石加入后，骨料效應(yīng)明顯，漿材形成的結(jié)石體強(qiáng)度增加；此外，細(xì)石成本較低，也有利于降低原材料價(jià)格。一般采用粒徑小于10mm的細(xì)石，由于針狀或片狀顆粒長(zhǎng)徑比大，易引起注漿管堵塞，所以骨料中針狀或片狀顆粒所占質(zhì)量比宜小于30%。

c.砂：加入砂可使注漿材料的級(jí)配更加合理，增加漿材的可注性，一般選用中粗砂。

d.黏性土：黏性土具有較強(qiáng)的水化能力與分散能力，加入黏性土后可以提高注漿材料的穩(wěn)定性，避免漿材坍落度隨時(shí)間變化較大，同時(shí)可以改善漿材泌水性，增加彈塑性，延緩凝結(jié)時(shí)間。

e.粉煤灰：在漿材中適量加入粉煤灰，能較好地改善漿材的和易性及流動(dòng)性，增加可注性。

f.外加劑：根據(jù)工程需要，可微量摻加減水劑、緩凝劑、引氣劑等。在滿足低坍落度條件下，摻加減水劑能提高漿材的流動(dòng)性能，增加可注性。其中溶于水的外加劑宜以水溶液形式添加。

2.3 配合比及性能特點(diǎn)

因地域差異，各地原材料性能可能存在差異，因此為提供適用于各工程的有效的注漿材料種類及配方，得到樁體可靠的物理、力學(xué)參數(shù)，應(yīng)進(jìn)行室內(nèi)材料配合比試驗(yàn)。

2.3.1 配合比設(shè)計(jì)

可根據(jù)《普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》(JGJ 55—2011)進(jìn)行配合比設(shè)計(jì)，要求拌和物坍落度大于30mm，小于75mm。

2.3.2 經(jīng)驗(yàn)原則

2.3.2.1 水灰比

注漿材料的用水量與水泥和礦物摻和料的總質(zhì)量比不宜大于0.8，不宜小于0.5。

2.3.2.2 水泥用量

注漿材料的水泥和礦物摻和料總質(zhì)量不宜小于300kg/m3。

2.3.2.3 砂率

摻砂比率宜為固?？傎|(zhì)量的30%～45%。

在較密實(shí)的地層中施工時(shí)，宜多采用顆粒粒徑較大的細(xì)石作為原材料；在埋深較大時(shí)，宜多添加黏性土或其他材料，增加注漿材料的可泵性。大量的漿料配合比泵送經(jīng)驗(yàn)表明，砂為水泥重量的1～4倍、細(xì)石為水泥重量的0.5～4倍、土料為水泥重量的20%～80%、水灰比為0.50～0.80時(shí)，具有良好的可泵性。表1列出了幾個(gè)不同類型的工程項(xiàng)目中采用的注漿料配合比。

表1 注漿料配合比

注在上述配合比中，均摻有0.3%～0.5%水泥量的減水劑。

在類似工程中，可以參考上述配合比。當(dāng)要求漿體結(jié)石體強(qiáng)度較高時(shí)，可以不摻加黏性土，改為添加其他超細(xì)粉末材料進(jìn)行替代。

在注漿施工之前，應(yīng)進(jìn)行坍落度測(cè)試，使之處于30～75mm之間。一般來說，坍落度大于75mm，漿體可控制性降低，影響壓密成樁質(zhì)量。