樁端后注漿失敗案例處理實錄

摘 要：本文結(jié)合實際工程項目，介紹了鉆孔灌注樁（后注漿）試樁失敗的處理，通過分析試樁失敗的內(nèi)在原因，提出解決方案，為后續(xù)工程提供借鑒意義。

關(guān)鍵詞：灌注樁后注漿;承載力提高系數(shù);注漿量;注漿器;二次注漿

Abstract：COmbined with engineering cases，this paper intrOduces the treatment Of failure cases Of bOred pile （pOst grOuting） test pile，and puts fOrward sOlutiOns by analyzing the internal causes Of failure Of test pile，sO as tO prOvide reference fOr subsequent prOjects.

Key wOrds：pOst grOuting fOr cast-in-place pile;bearing capacity imprOvement factOr;grOuting quantity;grOuting device;secOndary grOuting

引言

樁端后注漿工藝是一種提高鉆孔灌注樁承載力的輔助工法，其主要原理是在鉆孔灌注樁成樁后一定時間，通過預(yù)先埋設(shè)在樁身內(nèi)的注漿導(dǎo)管和與之相連的樁端或樁側(cè)注漿閥注入水泥漿，使樁端沉渣和樁側(cè)土體（包括泥皮）得到固化，從而大幅度提高單樁豎向承載力，同時通過對樁端沉渣的固化作用，起到減少建筑物沉降的作用。

根據(jù)場地工程地質(zhì)條件、樁長的不同，后注漿工藝可分別采用樁端注漿和樁端樁側(cè)聯(lián)合注漿等不同形式。

根據(jù)大量工程實例，在設(shè)計參數(shù)合理，施工工藝能夠得到保證的情況下，單樁豎向承載力一般都有50%以上的提高，最高的甚至可以提高200～300%，經(jīng)濟效益十分可觀。

反之，如果設(shè)計參數(shù)不合理，施工操作不規(guī)范，也會出現(xiàn)即使采用了樁端后注漿工藝，單樁豎向承載力較常規(guī)鉆孔灌注樁并沒有明顯提高的情況。

本文通過多個樁端后注漿試樁失敗案例處理，分析失敗的內(nèi)在原因，總結(jié)成功經(jīng)驗，為后續(xù)工程提供借鑒。

1 樁端后注漿失敗案例處理

案例1：某項目為27層住宅樓，場地地貌類型為下遼河三角洲平原，海陸交互沉積形成。淺部地層分布情況為：第①層雜填土、第②層粉質(zhì)粘土、第③層粉質(zhì)粘土、第④層粉質(zhì)粘土、第⑤層細(xì)砂、第⑥層粉砂和第⑦層細(xì)砂。

其中第⑤層細(xì)砂：呈中密～密實狀態(tài)，平均標(biāo)貫擊數(shù)N=23.9擊（修正后）;第⑥層粉砂：呈稍密～中密狀態(tài)，平均標(biāo)貫擊數(shù)N=12.0擊（修正后）;第⑦層細(xì)砂：呈中密～密實狀態(tài)，平均標(biāo)貫擊數(shù)N=39.7擊（修正后）。

總體而言，本項目場地地層較為穩(wěn)定，從第⑤層以下土層均為力學(xué)性質(zhì)較好的細(xì)砂或者粉砂層，且均為中密～密實狀態(tài)，是較為理想的樁基持力層。巖土工程勘察報告提供的樁基計算參數(shù)建議值詳見下表1。

根據(jù)場地地層特點以及擬建建筑物性質(zhì)，原設(shè)計方案擬采用直徑800mm鉆孔灌注樁，樁基持力層采用第⑦層細(xì)砂，有效樁長30m，采用樁端與樁側(cè)聯(lián)合注漿工藝，樁端加樁側(cè)總注漿量3噸，根據(jù)巖土工程勘察報告建議參數(shù)并結(jié)合《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》[1]，理論計算得單樁豎向抗壓承載力特征值為3500kN。

根據(jù)靜載荷試驗報告，3根工前試樁極限承載力均未達(dá)到設(shè)計理論計算值。經(jīng)過詳細(xì)分析場地各土層物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)、原位測試指標(biāo)以及鉆孔灌注樁施工記錄，結(jié)合類似工程的成功經(jīng)驗，本項目試樁結(jié)果較差主要由以下原因造成：

（1）試樁入土深度偏大，導(dǎo)致試樁施工時間過長，進(jìn)而造成樁端沉渣和樁長泥皮過厚，影響了單樁承載力發(fā)揮;

（2）注漿量偏小，并且采用樁端和樁側(cè)聯(lián)合注漿，分散注漿導(dǎo)致樁端沉渣和樁長泥皮均未得到較好的固化處理;

（3）注漿器與鋼筋籠齊平，注漿器未能進(jìn)入樁端沉渣內(nèi)，導(dǎo)致漿液多為無效注漿;

（4）采用單次注漿，漿液無效損耗較多，未能充分填充樁端沉渣的空隙，沒有起到固化沉渣的作用。

鑒于上述原因分析，為充分發(fā)揮地基土潛力，確保工程安全性和經(jīng)濟性，對試樁方案進(jìn)行了全面調(diào)整：

（1）樁徑和樁基持力層維持原設(shè)計方案不變，樁長由30m優(yōu)化至18m，通過減少樁長，降低單根樁的成樁時間，避免樁端沉渣和樁側(cè)泥皮過厚;

（2）注漿方式由樁端和樁側(cè)聯(lián)合注漿優(yōu)化為單一的樁端注漿，單樁注漿量由原先的3噸提高到4噸，通過集中在樁端注漿，不但有效的處理了樁端沉渣，同時漿液會沿著樁側(cè)上翻，同樣起到了改善樁側(cè)泥皮的效果;

（3）采用專用注漿器，并要求注漿器伸出鋼筋籠端部不小于20cm，確保注漿器進(jìn)入樁端沉渣內(nèi);

（4）采用二次注漿，兩次注漿間隔1.5～2.0小時，并且二次注漿采用注漿量和注漿壓力指標(biāo)雙控，通過二次注漿，將第一次注漿未充分加固的薄弱環(huán)節(jié)進(jìn)行二次補強處理。

前后兩批次試樁的靜載荷試驗對比結(jié)果詳見表2，典型的靜載荷試驗曲線如圖1、圖2所示。

通過實測數(shù)據(jù)可見，采用合理的鉆孔灌注樁后注漿工藝，可以大幅度的提高單樁豎向承載力。優(yōu)化調(diào)整后的方案在樁長大幅度減小的情況下，承載力較原方案仍有大幅度提高，有著顯著的經(jīng)濟優(yōu)勢和工期優(yōu)勢。經(jīng)測算，本項目節(jié)省樁基施工費用約1600萬元，經(jīng)濟效益十分顯著。

案例2：某市政項目，場地地貌類型為濱海平原地貌。淺部地層情況為：第①層填土、第②層粉質(zhì)粘土、第③層淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土、第④層淤泥質(zhì)粘土、第⑤層粘土、第⑥層粉質(zhì)粘土、第⑦1層砂質(zhì)粉土和第⑦2層粉砂。其中第⑦2層粉砂標(biāo)貫擊數(shù)平均值為39.5擊，靜探比貫入阻力平均值為11.1MPa，為理想的樁基持力層。

根據(jù)設(shè)計方案，本項目采用鉆孔灌注樁（樁端后注漿，單樁注漿量2噸）工藝，樁徑650mm，樁端入土深度38m，單樁極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值為5800kN。

根據(jù)靜載荷試驗報告，3根工前試樁極限承載力均未達(dá)到設(shè)計理論計算值，并且低于常規(guī)鉆孔灌注樁的理論計算值，三根試樁極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值分別為4640 kN、3480 kN和4640 kN，僅為理論計算值的60%～80%，且有較大的離散性。

現(xiàn)場通過原位試驗對3根試樁所處區(qū)域的地層進(jìn)行了驗證，驗證結(jié)果表明試樁區(qū)域的地層分布與勘察報告一致，不存在地質(zhì)原因造成單樁承載力不足。

經(jīng)過詳細(xì)分析場地各土層物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)、原位測試指標(biāo)以及鉆孔灌注樁施工記錄，結(jié)合類似工程的成功經(jīng)驗，初步認(rèn)定本項目試樁結(jié)果較差主要由以下原因造成：

（1）注漿量偏小，導(dǎo)致樁端沉渣未得到較好的固化處理;

（2）未采用獨立的注漿器，只是在注漿管端部30cm范圍內(nèi)側(cè)向開孔進(jìn)行注漿，而且鋼筋籠下放過程中缺少對注漿孔的保護(hù)，注漿器工藝簡單缺少單項逆止功能，注漿完成后漿液通過注漿管返流;

（3）采用單次注漿，未能充分固化樁端沉渣和樁側(cè)泥皮;

（4）注漿速度過快，根據(jù)施工記錄，單根樁注漿時間僅20分鐘，導(dǎo)致漿液不是低速滲入樁端沉渣和樁側(cè)泥皮，而是大量無效流失。

鑒于上述原因分析，為充分發(fā)揮地基土潛力，確保工程安全性和經(jīng)濟性，對試樁方案進(jìn)行了全面調(diào)整：

（1）樁徑和樁基持力層維持原設(shè)計方案不變，注漿量由原設(shè)計的2噸提高至3.5噸，使得樁端沉渣和樁側(cè)泥皮能夠得到有效固化;

（2）注漿方式由原方案的一次注漿調(diào)整為二次注漿，兩次注漿間隔2小時，停注標(biāo)準(zhǔn)采用注漿量和注漿壓力雙控，如注漿量達(dá)標(biāo)，注漿壓力仍較小，需繼續(xù)注漿直至壓力達(dá)標(biāo)，通過第二次注漿對薄弱環(huán)節(jié)進(jìn)行二次補強;

（3）注漿管端部設(shè)置專用注漿器，設(shè)置單項逆止閥，并嚴(yán)格要求注漿器長度超過鋼筋籠主筋30cm左右，確保其進(jìn)入樁端沉渣內(nèi);

（4）控制注漿速度，要求注漿速度不大于50L/min，確保水泥漿液低速滲入樁端沉渣和樁側(cè)泥皮內(nèi)。

前后兩批次試樁的靜載荷試驗對比結(jié)果詳見表3，典型的靜載荷試驗曲線如圖3、圖4所示。

2 注漿量與單樁承載力提高系數(shù)探討

2.1 注漿量取值

（1）行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》

單樁注漿量可按下列公式進(jìn)行估算：

（2）本項目建議值

注漿量與鉆孔灌注樁直徑、樁端入土深度、樁端沉渣厚度、樁側(cè)泥皮厚度等都有一定的相關(guān)性，所以不能簡單的按某個指標(biāo)量化控制。

結(jié)合大量工程經(jīng)驗數(shù)據(jù)分析，建議采用大注漿量來消除沉渣、提高單樁承載力，一般建議注漿量按樁徑的5倍考慮，比如直徑0.8m的工程樁，注漿量采用4.0噸。另外也需采用兩次注漿，第一次按注漿量的70%控制，間隔1.5～2.0小時后，再注剩余30%水泥漿。同時還需采用注漿量和壓力雙控，當(dāng)漿液全部注完，如果注漿壓力小于2.5MPa，還應(yīng)適當(dāng)補注水泥漿。

2.2 單樁承載力提高系數(shù)

（1）行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》

根據(jù)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》，極限端阻力標(biāo)準(zhǔn)值和豎向增強段極限側(cè)阻力標(biāo)準(zhǔn)值分別在原有基礎(chǔ)上乘以端阻力增強系數(shù)和側(cè)阻力增強系數(shù)，其中側(cè)阻力增強段為樁端以上12m和樁側(cè)注漿斷面以上12m。

（2）上海標(biāo)準(zhǔn)《地基基礎(chǔ)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》

根據(jù)上海市標(biāo)準(zhǔn)《地基基礎(chǔ)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》[2]進(jìn)行鉆孔灌注樁后注漿單樁承載力計算時，灌注樁極限摩阻力和端阻力按規(guī)范建議上限取值，再乘以1.2的綜合系數(shù)。

根據(jù)規(guī)范編制時收集的案例，普遍的單樁承載力提高幅度在19～53%，部分案例提高幅度超過100%?？傮w而言，采用樁端后注漿技術(shù)后，單樁承載力的提高與場地地層特性、設(shè)計參數(shù)以及施工單位的技術(shù)能力均息息相關(guān)，因此也會導(dǎo)致采用樁端后注漿之后，單樁豎向承載力的提高系數(shù)離散性較大。

（3）本項目經(jīng)驗

根據(jù)大量經(jīng)驗數(shù)據(jù)對比，在注漿參數(shù)選擇合理，注漿施工能得到有效保證的情況下，采用鉆孔灌注樁后注漿工藝后，單樁豎向承載力一般都有50%以上的提高，最高的甚至可以提高200～300%，經(jīng)濟效益十分可觀。

3 樁端后注漿施工注意事項

大量工程案例表明，樁端后注漿施工成敗與否，細(xì)節(jié)控制很重要，以下為主要的后注漿施工注意事項：

（1）鋼筋籠在下放過程中，應(yīng)確保其在自重狀態(tài)下放到孔底，嚴(yán)禁簡單按照設(shè)計標(biāo)高進(jìn)行控制，防止鋼筋籠搭接長度超過設(shè)計要求導(dǎo)致鋼筋籠總長度變短或者鉆孔灌注樁成孔深度超過設(shè)計值后，注漿器未進(jìn)入沉渣層而懸浮在沉渣之上，導(dǎo)致樁端沉渣無法得到有效固化，注漿效果無法達(dá)到預(yù)期。

（2）注漿器必須伸出鋼筋籠20～40cm，嚴(yán)禁注漿器底端與鋼筋籠齊平。如果注漿器與鋼筋籠底平，導(dǎo)致混凝土澆筑完畢后清水劈裂失效，導(dǎo)致工程樁作廢。

（3）每根樁樁身沿樁周均勻布置2根豎向注漿管，注漿管壁厚應(yīng)≥3.2mm，并做好注漿管和注漿器的連接節(jié)點，注漿管建議采用螺紋絲扣連接，不得采用焊接，接頭部位纏繞止水膠帶50mm，防止漏水。

（4）注漿管與鋼筋籠用鐵絲綁扎固定，不得與鋼筋籠焊接，防止焊接施工過程中導(dǎo)致注漿管被焊槍擊穿。

（5）注漿器需具備單向逆止功能，即設(shè)置單向閥。為確保注漿效果，建議采用竹節(jié)型注漿器，先在注漿孔外側(cè)套一層橡皮，然后外側(cè)采用鐵皮保護(hù)后，外側(cè)再套一層橡皮，詳見圖5～圖7。

（6）成樁后3～5小時，注水加壓進(jìn)行清水劈裂，24小時后進(jìn)行二次清水劈裂，確保注漿管路通暢。

（7）成樁后5～7天進(jìn)行后注漿施工。注漿需要采用二次注漿，第一次注漿量為額定的70%，第二次注漿量為額定的30%，兩次注漿間隔1.5～2.0小時。需特別注意的是，二次注漿不是第一根注漿管注漿完畢，馬上換另外一根注漿管繼續(xù)注漿，重點是中間間隔1.5～2.0小時。

（8）采用慢速注漿，注漿流量不宜超過50L/min，注漿壓力控制在1～2Mpa，第二次注漿終止壓力不宜小于2.5MPa，如壓力過低可采取間歇注漿或適當(dāng)增加注漿量。

4 結(jié)論

（1）采用鉆孔灌注樁后注漿工藝，對單樁豎向承載力的提高有著顯著的效果，提高值一般都在50%以上，有的項目可達(dá)100%甚至更高。

（2）后注漿施工過程中，必須嚴(yán)控各個施工環(huán)節(jié)，包括注漿器和注漿管的材料標(biāo)準(zhǔn)、注漿管與鋼筋籠的固定及標(biāo)高控制、劈裂和注漿施工時間、注漿量控制以及二次注漿等。

（3）根據(jù)規(guī)范建議的注漿量偏小，建議加大注漿量，一般宜控制在樁徑的5倍。

（4）鉆孔灌注樁由于受施工單位的技術(shù)能力影響比較大，必須通過試樁確定單樁承載力。

參考文獻(xiàn)：

[1]建筑樁基技術(shù)規(guī)范：JGJ94-2008 [S].北京：中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部，2008。

[2]地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范：DGJ08-11-2010 [S].上海：上海市城鄉(xiāng)建設(shè)和交通委員會，2010。

作者簡介：

王美云（1976-），男，碩士，注冊巖土工程師，高級工程師，主要從事巖土工程勘察、基坑圍護(hù)設(shè)計、樁基優(yōu)化咨詢等工作。