某超高層建筑基礎(chǔ)灌注樁后壓漿技術(shù)的研究與應(yīng)用

李 敏（濰坊濱海建筑設(shè)計(jì)院有限公司，山東 濰坊 262737）

建筑基礎(chǔ)灌注樁作為工程施工現(xiàn)場中重要的測定樁點(diǎn)，是建筑施工質(zhì)量的保障[1]。基于廣義角度分析，灌注樁后壓漿技術(shù)作為建筑結(jié)構(gòu)加固的重要技術(shù)，通過改變施工土體的力學(xué)狀態(tài)，進(jìn)而達(dá)到提高灌注樁樁基承載力的目標(biāo)，加固效果顯著[2]?，F(xiàn)階段，我國在建筑灌注樁后壓漿技術(shù)方面的研究逐漸成熟，然而，受到施工環(huán)境與地質(zhì)條件的影響，后壓漿技術(shù)在提高混凝土強(qiáng)度方面的研究仍然不足，應(yīng)用效果不佳，制約了超高層建筑的可持續(xù)發(fā)展[3]。為了改善這一問題，本文以某超高層建筑為例，開展了建筑基礎(chǔ)灌注樁后壓漿技術(shù)的研究，推動樁基工程與建筑工程的協(xié)同發(fā)展。

1 工程概況

本文選取某地區(qū)某超高層建筑工程為研究對象，該建筑整體高度為315m，建筑采用樁筏基礎(chǔ)形式，地基壓力約為1450kPa，基礎(chǔ)灌注樁單樁的極限承載力不小于28000kPa，建筑工程中，單樁樁徑為1100mm，樁長約為85m，單樁承載力一般。該超高層建筑工程的地形較為平緩，地勢高程約在759.4m～788.6m，地勢高差相距不大。建筑工程地基巖土層種類較多，以雜填土、粉土、粉質(zhì)黏土為主。其中，雜填土多為黑褐色，在工程巖土層中分布廣泛，層底埋深約為1.3m～6.5m；粉土多為黃褐色，局部密度較高，壓縮性能良好，土質(zhì)較不均勻；粉質(zhì)黏土多為灰褐色，層底埋深在28.8m～41.5m。該建筑工程主樓工程樁約為120根，樁間距均采用3倍樁徑形成的矩形布樁，持力層為10 層粉質(zhì)黏土。該超高層建筑工程采用樁端樁側(cè)聯(lián)合注漿的方式，在注漿段設(shè)置了加強(qiáng)段，對后壓漿技術(shù)工藝的要求較高。為了提高建筑工程基礎(chǔ)樁的抗壓承載力，本文對灌注樁后壓漿技術(shù)進(jìn)行了全方位、全過程的研究，并對其應(yīng)用效果進(jìn)行了綜合分析。

2 建筑基礎(chǔ)灌注樁后壓漿技術(shù)設(shè)計(jì)

2.1 選取壓漿裝置

首先，應(yīng)當(dāng)根據(jù)建筑工程的施工需求與具體建設(shè)特征，選取匹配度較高的壓漿裝置，為后壓漿技術(shù)工藝提高應(yīng)用效果提供基礎(chǔ)保障。壓漿裝置中以壓漿管為主，壓漿管主要負(fù)責(zé)無損壓漿、對樁身進(jìn)行超聲波測試、在壓漿操作結(jié)束后替代截面鋼筋，對后壓漿技術(shù)實(shí)施的效果具有直接影響[4]。在制作壓漿管時，采用焊接鋼管，具有良好的穩(wěn)定性能，其直徑為25.5mm，焊接鋼管的各個接頭均采用絲扣的連接方式，連接嚴(yán)密性更加具有優(yōu)勢，避免在使用過程中出現(xiàn)連接不牢固的情況。將壓漿噴頭布設(shè)在壓漿管整體的最下部，采用對稱勻鉆的方式，設(shè)置噴頭部分的壓漿孔直徑為3mm，各個鉆孔之間的間距為25mm。采用圖釘將壓漿管的鉆孔堵住，在壓漿管噴頭纏繞一圈膠帶，提高噴頭的密封性，完成壓漿裝置的制作[5]。

采用對稱布置的方式，首先，合理布設(shè)后壓漿的管閥，根據(jù)壓漿管的實(shí)際結(jié)構(gòu)，將管閥布設(shè)在灌注樁的底部。在樁身頂部安裝壓漿管的單向控制閥，負(fù)責(zé)調(diào)節(jié)壓漿管的使用性能。在樁身的中心位置處，按照綁扎要求，綁扎壓漿管，根據(jù)實(shí)際后壓漿技術(shù)施工需求，設(shè)定綁扎壓漿管的數(shù)量[6]。需要注意的是，在綁扎過程中，保證鋼筋籠外側(cè)表面的清潔，避免雜質(zhì)對后續(xù)后壓漿技術(shù)施工產(chǎn)生不利影響，另外，加強(qiáng)對壓漿管的保護(hù)力度，避免綁扎中摩擦壓漿管孔壁，造成壓漿管損壞的情況。

除了壓漿管以外，選取型號為ELD50-100 的自動式電磁流量計(jì)，負(fù)責(zé)實(shí)時記錄壓漿裝置的動態(tài)注入壓力，當(dāng)壓漿裝置的注入量超出預(yù)期數(shù)值時，電磁流量計(jì)會自動發(fā)出警報(bào)。選取使用性能較為穩(wěn)定的高壓注漿泵，設(shè)定其最大注漿壓力在12MPa以上，為超高層建筑基礎(chǔ)灌注樁后壓漿技術(shù)施工提供重要保障。

2.2 設(shè)計(jì)基礎(chǔ)灌注樁后壓漿參數(shù)

在壓漿裝置選取結(jié)束后，接下來設(shè)計(jì)基礎(chǔ)灌注樁后壓漿技術(shù)施工的相關(guān)參數(shù)。首先，確定后壓漿施工中漿液的濃度。采用P·O42.5水泥作為壓漿的漿液，設(shè)置后壓漿漿液的水灰比大于0.5，當(dāng)漿液的塑性黏度較高時，添加少量減水劑，實(shí)現(xiàn)降低漿液塑性黏度的目標(biāo)。

根據(jù)該超高層建筑工程的后壓漿需求，設(shè)置漿液的水灰比為0.6，利用二級攪拌法，對漿液進(jìn)行不斷攪拌。首先，將攪拌桶放置在施工現(xiàn)場地面以下，設(shè)置加水的時間間隔為15s，不斷向攪拌桶中加入水，水全部加入結(jié)束后，啟動攪拌機(jī)，開啟高速攪拌模式，攪拌均勻后，倒入水泥，再攪拌5min，攪拌停止后，利用過濾網(wǎng)，將攪拌后的漿液倒入儲存漿液的桶中，在過濾過程中，不斷攪拌漿液，避免漿液靜置時間過長出現(xiàn)沉淀。在壓漿水灰比設(shè)計(jì)結(jié)束后，根據(jù)基礎(chǔ)灌注樁施工地質(zhì)的實(shí)際特征，確定后壓漿壓力的控制值，計(jì)算公式為：

式中P表示基礎(chǔ)灌注樁后壓漿壓力控制值；K表示灌注樁壓漿點(diǎn)覆土層安全系數(shù)；η表示灌注樁壓漿點(diǎn)覆土層的重度參數(shù)；l表示灌注樁壓漿點(diǎn)覆土層厚度；h表示灌注樁底端壓漿段高度；φ表示后壓漿施工地層結(jié)構(gòu)松散系數(shù)；m表示灌注樁壓漿段加深允許增加壓力值。

通過上述公式，獲取超高層建筑基礎(chǔ)灌注樁后壓漿施工中壓力的控制值，保證控制值在后壓漿施工過程中，上下浮動不超過15%，提高后壓漿施工質(zhì)量[7]。在此基礎(chǔ)上，采用MATLAB分析軟件，動態(tài)分析灌注樁后壓漿壓力與壓漿量之間存在的關(guān)系，如圖1所示。

圖1 灌注樁壓漿壓力與壓漿量關(guān)系曲線

如圖1 所示，當(dāng)灌注樁壓漿量不斷增加時，灌注樁的壓漿壓力持續(xù)上升，當(dāng)上升到漿液擴(kuò)散范圍時，漿液會填充樁基與土體之間的孔隙，壓漿壓力保持穩(wěn)定不變。根據(jù)漿液覆土層的重度與強(qiáng)度，控制壓漿量與壓漿壓力的變化，避免破壞灌注樁上部土體結(jié)構(gòu)，出現(xiàn)土體上抬的情況。

2.3 灌注樁后壓漿施工流程

該超高層建筑工程灌注樁后壓漿施工流程，見圖2。

圖2 灌注樁后壓漿施工流程

如圖2所示，首先，采用一定的工藝方式，制作后壓漿技術(shù)施工所使用的鋼筋籠；制作完畢后，對其進(jìn)行清孔處理，在鋼筋籠上合適的位置布置壓漿管，采用十字綁扎的固定方式，固定壓漿管，設(shè)置各個綁扎點(diǎn)的間距為1.25m，保證各個綁扎點(diǎn)之間的均勻性；利用起吊機(jī)起吊鋼筋籠，將鋼筋籠豎向插入灌注樁的鉆孔中，與灌注樁側(cè)壓漿閥之間建立連接，保證鋼筋籠沉放到鉆孔底部；再次檢查壓漿管的密封性是否良好，若壓漿管密封性能下降，則進(jìn)行提籠操作，重新安裝壓漿管；密封性能檢查完畢后，進(jìn)行二次清孔處理，清除鋼筋籠與壓漿管表面的雜質(zhì)，提高后壓漿技術(shù)施工質(zhì)量；緩慢向壓漿管內(nèi)灌注樁身混凝土，控制灌注速度，實(shí)時記錄樁身內(nèi)混凝土狀態(tài)變化；灌注后靜置48h，開始后壓漿施工，在壓漿前，定期檢查未壓漿樁位情況，判斷未壓漿樁位是否存在異常，壓漿結(jié)束后，養(yǎng)護(hù)28d后成樁，完成灌注樁后壓漿施工。需要注意的是，在后壓漿施工過程中，應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格按照相關(guān)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行施工操作，實(shí)時檢查漿液水灰比變化，避免漿液出現(xiàn)凝固或底部出現(xiàn)沉淀。在壓漿中保證相同孔內(nèi)的連續(xù)壓漿作業(yè)，避免出現(xiàn)串漿現(xiàn)象。

3 應(yīng)用分析

為了驗(yàn)證本文設(shè)計(jì)的后壓漿技術(shù)的可行性，進(jìn)行了如下文所示的試驗(yàn)。本次試驗(yàn)采用錨樁法，對后壓漿技術(shù)施工后的單樁進(jìn)行抗壓靜載試驗(yàn)，判斷單樁的抗壓性能是否得到改善。隨機(jī)選取6 根豎向抗壓試驗(yàn)樁，樁徑為800mm～1000mm，配筋均為Ⅲ級鋼，將試驗(yàn)樁以加載的方式，布設(shè)在地面以下12.5m 處，使用3～5臺千斤頂，分別從小到大施加荷載，利用壓力傳感器，實(shí)時讀取油壓變化。在油壓讀取結(jié)束后，使用位移計(jì)，不斷測量試驗(yàn)樁在靜載壓力增加過程中，樁基沉降量的動態(tài)變化。依據(jù)等級加荷量的原理，在每級荷載施加后，設(shè)置試驗(yàn)樁變形量讀取時間間隔為10min，分別讀取試驗(yàn)樁樁頂?shù)淖冃瘟?，提高試?yàn)樁沉降變形量讀取結(jié)果的準(zhǔn)確率。當(dāng)試驗(yàn)樁沉降變形速率相對穩(wěn)定時，繼續(xù)施加下一級荷載，直至試驗(yàn)樁達(dá)到極限承載力，終止加載。采用靜載試驗(yàn)儀，分別測量6 根試驗(yàn)樁抗壓靜載試驗(yàn)結(jié)果，如表1所示。

根據(jù)表1試驗(yàn)結(jié)果可知，該超高層建筑工程基礎(chǔ)灌注樁經(jīng)過后壓漿技術(shù)施工后，各個試驗(yàn)樁能夠承受的最大荷載與工程要求相符，抗壓性能得到了顯著提高，且試驗(yàn)樁在承受各級荷載壓力時，發(fā)生變形產(chǎn)生的沉降量較小，均在11.06mm以下，具有較高的可行性。

表1 試驗(yàn)樁抗壓靜載試驗(yàn)結(jié)果

4 結(jié)語

綜上所述，為了打破傳統(tǒng)建筑基礎(chǔ)灌注樁后壓漿技術(shù)施工的局限性，提高建筑樁基承載力。本文在傳統(tǒng)后壓漿技術(shù)的基礎(chǔ)上，做出了優(yōu)化設(shè)計(jì)，以某超高層建筑工程為例，提出了一種新的后壓漿技術(shù)。通過本文的研究，有效地提高了后壓漿技術(shù)施工的質(zhì)量與效率，根據(jù)建筑工程的需求與特征，改善了后壓漿技術(shù)的適用性，極大程度地提升了超高層建筑后壓漿樁的承載力，降低了樁基沉降的概率，對我國超高層建筑工程的可持續(xù)發(fā)展具有重要的促進(jìn)作用。