建筑工程樁基施工中的樁端后注漿技術(shù)研究

楊建偉

（甘肅一安建設(shè)科技集團(tuán)有限公司煉化工程公司，甘肅 蘭州 730060）

0 引言

當(dāng)前，社會(huì)經(jīng)濟(jì)已然進(jìn)入了高質(zhì)量發(fā)展階段，在新發(fā)展格局下，建筑行業(yè)需要迎合時(shí)代發(fā)展趨勢(shì)，不斷提升對(duì)施工工藝的研究深度[1]。樁基施工是建筑工程中非常重要的環(huán)節(jié)，直接決定了建筑工程的整體質(zhì)量基礎(chǔ)[2]。對(duì)此，國(guó)內(nèi)學(xué)者開展了大量相關(guān)研究。余淵等（2022）以孤石底層建筑工程施工為研究對(duì)象，分析了樁基施工的設(shè)計(jì)方案，并以深圳某高層建筑樁基施工為具體應(yīng)用案例，分析了該方案的有效性[3]。程鵬舉（2022）分析了樁基施工技術(shù)在高層及超高層建筑中的應(yīng)用，重點(diǎn)對(duì)比了常見的樁基技術(shù)的優(yōu)劣以及選擇原則[4]。萬(wàn)松琳、李原（2022）結(jié)合工程實(shí)例，在分析特殊地基的基礎(chǔ)上，分析了基礎(chǔ)的選型、樁基礎(chǔ)類型的確定、基礎(chǔ)持力層的最終確定、預(yù)制混凝土管樁的設(shè)計(jì)等問(wèn)題及處理措施[5]。在建筑施工中，樁基施工經(jīng)常面臨著泥漿護(hù)壁沖鉆孔孔底沉渣清理不凈等技術(shù)性問(wèn)題，直接導(dǎo)致樁端承載力難以滿足要求，并且嚴(yán)重影響到樁體結(jié)構(gòu)[6]。因此，結(jié)合相關(guān)學(xué)者的研究，明確在面對(duì)實(shí)際施工問(wèn)題時(shí)，需要選擇適宜的施工工藝，樁端后注漿施工技術(shù)是較為常用的樁基施工工藝，然而對(duì)此研究深度不足，尤其是其技術(shù)要點(diǎn)有待進(jìn)一步明確。鑒于此，本研究詳細(xì)探討了樁端后注漿施工技術(shù)的要點(diǎn)，促進(jìn)該技術(shù)在樁基工程中的高質(zhì)量應(yīng)用。

1 樁端后注漿技術(shù)概述

建筑工程樁基施工中樁端后注漿技術(shù)一般應(yīng)用于灌注樁鋼筋籠下放過(guò)程中，順著灌注樁鋼筋籠內(nèi)壁預(yù)先埋設(shè)好注漿管，當(dāng)檢測(cè)到樁身混凝土強(qiáng)度合格以后，借助壓力順著注漿管將水泥漿液注入樁端土體空隙內(nèi)[7]。

通常而言，建筑工程樁基施工中土體中若存在水泥漿液，水泥漿液便會(huì)在滲透、劈裂與擠密等作用力下，呈現(xiàn)出流動(dòng)狀態(tài)。因此，樁端后注漿技術(shù)的注漿原理可以借助球形擴(kuò)散理論加以解釋，受到壓力作用的影響，樁端內(nèi)的漿液將會(huì)形成一個(gè)理想的球體，而徑向與豎向的擴(kuò)散會(huì)分別增加樁的直徑與長(zhǎng)度，而增加區(qū)域的體積便可視為水泥漿在樁端內(nèi)的滲透范圍。然而，護(hù)壁的泥漿與注漿漿液在通過(guò)砂性土層過(guò)濾以后，處于樁端近處的土體將會(huì)因此降低滲透性，同時(shí)伴隨生成一個(gè)“填充區(qū)域”，具體可見圖1。

圖1 樁端后注漿形成物示意圖

從圖1 可見，“填充區(qū)域”與樁側(cè)泥皮共同構(gòu)成一個(gè)近似U 型的封閉空腔，可以封閉水泥注漿，防止?jié){液進(jìn)一步擴(kuò)散。由實(shí)際工程經(jīng)驗(yàn)可知，樁側(cè)泥皮強(qiáng)度較小，其最大承受力一般不超過(guò)2MPa 的注漿壓力，而一旦注漿壓力超過(guò)2MPa，漿液將順著樁身空隙上流，并于樁端內(nèi)將形成趨于穩(wěn)定的體積，并不斷對(duì)樁側(cè)泥皮進(jìn)行推擠，從而不斷順著樁側(cè)樁向上流動(dòng)。因此，樁側(cè)的漿液流動(dòng)可以簡(jiǎn)單地看作平面徑向滲流，主要沿著樁身空隙上流或橫向滲透到樁側(cè)土層，不僅可以有效提升樁側(cè)側(cè)面阻力，還可以延伸樁徑。注漿漿液在樁側(cè)土層將形成明顯的徑向壓力作用，這一作用過(guò)程將直接導(dǎo)致對(duì)樁側(cè)土層的徑向擠壓，而擠壓體積量便是水泥注漿的填充量，具體可見圖2。影響注漿漿液對(duì)樁側(cè)土層的擠壓體積量的因素有很多，其中較為主要的包括土體強(qiáng)度、土體深度、擠壓處上方泥皮封閉效果。若土層處于均勻狀態(tài)下，土層越淺，漿液位置水頭所處位置越高，而樁側(cè)土層所受到的注漿漿液擠壓力越小，因此形成的封閉空腔的封閉效果越差，水泥泥漿對(duì)樁側(cè)土層的擠壓體積量越小，“水泥皮”便越薄。

圖2 樁側(cè)后注漿生成物示意圖

2 注漿參數(shù)設(shè)定與壓漿孔設(shè)計(jì)

2.1 注漿參數(shù)設(shè)定

樁端后注漿技術(shù)作業(yè)中，焊接管的最佳參數(shù)為壁厚2mm與直徑為25mm，注漿管接頭最好選擇螺紋套筒鎖扣，注漿所用水泥最好選擇42.5 強(qiáng)度的硅酸鹽水泥，注漿設(shè)備最好選擇高壓注漿泵[8]。樁端后注漿技術(shù)的主要參數(shù)主要包括三個(gè)方面：第一，施工水灰比參數(shù)。在樁端后注漿技術(shù)中，施工水灰比參數(shù)的合理設(shè)定對(duì)整體工程質(zhì)量具有重要影響，主要可分為兩種情況，第一種是施工水灰比過(guò)小，此時(shí)將會(huì)造成壓力性過(guò)大，從而出現(xiàn)水泥漿離析情況，影響到施工進(jìn)度與質(zhì)量，第二種是施工水灰比過(guò)大，此時(shí)將大大增加施工難度。因此，需要十分注重對(duì)施工水灰比參數(shù)的把控，需要具體施工人員根據(jù)材料特性、施工實(shí)況，并結(jié)合自身施工經(jīng)驗(yàn)，合理調(diào)整施工水灰比參數(shù)，施工水灰比的合理設(shè)定范圍為0.5～0.65[6]。第二，注漿使用量參數(shù)。在實(shí)際施工中，設(shè)定注漿使用量參數(shù)時(shí)需要結(jié)合樁間距參數(shù)與實(shí)際施工中存在的碎石數(shù)量進(jìn)行設(shè)定，合理設(shè)定范圍為2.0～3.0t。注漿量主要包括樁端注漿量與樁側(cè)注漿量，因此在計(jì)算注漿量時(shí)可以分為樁端注漿量計(jì)算與樁側(cè)注漿量計(jì)算，再結(jié)合二者的具體影響因素與計(jì)算方式可以得到合理的估算值，從而確保注漿使用量保持在的合理參數(shù)范圍內(nèi)[9]。需要注意的是，在注漿過(guò)程中一旦發(fā)生冒漿、串漿等異常情況，一定要及時(shí)采取間隙式注漿技術(shù)，間隙時(shí)間最好控制在0.5～1h 之間。第三，注漿控制壓力參數(shù)。在實(shí)際施工中，注漿控制壓力主要由注漿量決定，需要在確定具體注漿量以后，設(shè)定合理注漿控制壓力范圍。當(dāng)注漿控制壓力達(dá)到臨界點(diǎn)后，一定及時(shí)停止注漿作業(yè)，避免影響施工質(zhì)量。

2.2 壓漿孔設(shè)計(jì)

樁端后注漿技術(shù)作業(yè)中，壓漿孔設(shè)計(jì)非常重要，所有灌注樁應(yīng)按照相關(guān)要求配備壓漿孔，并需要在樁頂預(yù)留出排氣孔，底部是否預(yù)留出排水孔可以根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行確定。在選擇具體的壓漿管與排管時(shí)，最好確保其內(nèi)部鋼管的內(nèi)徑為20mm，可以采用鋼絲或者塑料扣件來(lái)連接相鄰的管道，管道應(yīng)處于樁基上方[10]。通常情況下，管道在設(shè)計(jì)壓漿孔與排氣孔時(shí)，都應(yīng)該選擇在錨座上，需要注意的是排氣孔還應(yīng)當(dāng)設(shè)計(jì)在錨具近處位置。需要觀察好灌注樁直徑、樁底持力層與樁端的空隙差異，視情況在灌注樁鋼筋籠附近均勻布設(shè)好2～4 個(gè)壓漿管。若是灌注樁直徑變大，則持力層與樁端的空隙將會(huì)變小，則此時(shí)便需要合理增加壓漿管。

3 建筑工程樁基施工中端后注漿技術(shù)應(yīng)用要點(diǎn)

3.1 注漿管制作與布設(shè)

注漿管制作在樁基施工樁端后注漿技術(shù)應(yīng)用中具有重要地位，其本身會(huì)對(duì)建筑施工整體造成較大的影響。為了保證樁端后注漿技術(shù)的正常開展，需要對(duì)注漿管的制作流程與強(qiáng)度設(shè)置進(jìn)行嚴(yán)格規(guī)制。為了保證注漿管滿足施工應(yīng)用強(qiáng)度，通常選用無(wú)縫鋼管和鍍鋅管。制作過(guò)程中，首先需要將注漿管放置到鋼筋籠的前端位置，使用管徑為20mm 的制作材料，通過(guò)鎖扣或套筒方式將二者進(jìn)行連接。此階段要保證注漿管超出鋼筋籠長(zhǎng)度在10m 左右，同時(shí)應(yīng)保證注漿管的位置與施工地面距離保持在2m 左右。若在樁端后注漿技術(shù)應(yīng)用中鋼筋籠與地面距離在3cm 以上，則需要在樁基地步增加注漿噴頭，以保證樁端后注漿工作的正常開展。注漿噴頭在設(shè)置中應(yīng)保證可旋轉(zhuǎn)45°，并且需要在噴頭附近鉆三排小孔，每個(gè)小孔為6mm。

樁基施工注漿管布設(shè)中需要根據(jù)建筑工程要求進(jìn)行科學(xué)化設(shè)計(jì)，根據(jù)樁端后注漿技術(shù)應(yīng)用的基本要求，要將注漿管分段且均勻地綁在鋼筋籠內(nèi)側(cè)，并按照施工順序完成小孔清理和提鉆等準(zhǔn)備工作，防止在樁端后注漿技術(shù)應(yīng)用中出現(xiàn)注漿管堵塞的情況。樁基施工中應(yīng)注意將注漿管頂部與鋼筋籠連接，保證注漿管底部處于空閑狀態(tài)，以此為后續(xù)的銜接工作提供可利用空間。

3.2 注漿設(shè)備與注漿速度

樁端后注漿技術(shù)應(yīng)用中需要考慮到設(shè)備的土層結(jié)構(gòu)情況，建筑工程樁基施工作業(yè)中通常會(huì)選擇注漿泵設(shè)備進(jìn)行注漿作業(yè)，根據(jù)土層滲透系數(shù)和施工壓力標(biāo)準(zhǔn)情況下，常規(guī)注漿設(shè)備的壓力值基本保持在6MPa 左右，此時(shí)，樁端后注漿技術(shù)應(yīng)用中注漿設(shè)備可以達(dá)到最佳的施工效果。注漿設(shè)備作業(yè)中通常采用澆灌方式進(jìn)行，該方式不僅可以有效減少注漿時(shí)間，縮短施工工期，還可以保證樁端后注漿技術(shù)的施工質(zhì)量。建筑工程樁基施工中要及時(shí)觀察注漿設(shè)備的注漿速度情況，防止因大顆粒混入出現(xiàn)管道堵塞的情況。為有效控制注漿速度，防止注漿管道堵塞，需要在注漿設(shè)備施工中將水壓控制在3MPa，防止管道內(nèi)出現(xiàn)空余的壓力空間，防止管道堵塞。

3.3 壓漿施工

樁端后注漿技術(shù)中的壓漿環(huán)節(jié)應(yīng)在一次性施工下完成工作流程，以此提高施工質(zhì)量。壓漿施工中要以群漿為基礎(chǔ)，在兩根獨(dú)立樁柱下開展循環(huán)壓漿，壓漿施工環(huán)節(jié)要以工程施工標(biāo)準(zhǔn)為依據(jù)，在標(biāo)準(zhǔn)要求下對(duì)壓漿時(shí)間進(jìn)行合理控制，通常情況其施工要求應(yīng)保持在0.5h 內(nèi)完成。整個(gè)施工過(guò)程中要保證閉盤壓力滿足標(biāo)準(zhǔn)，以保證壓漿施工高質(zhì)量完成。在樁端后注漿技術(shù)壓漿施工全部完成后，需要通過(guò)壓水試驗(yàn)進(jìn)行檢測(cè)工程施工的質(zhì)量水平，且保證樁端后注漿技術(shù)施工中注漿管的暢通性，防止出現(xiàn)施工管道堵塞的情況。具體施工流程如圖3 所示。

圖3 樁端后注漿技術(shù)基本施工流程

3.4 注漿作業(yè)

建筑工程樁基施工中應(yīng)逐一完成樁端后注漿量估算工作、注漿壓力確定工作和注漿液濃度控制工作。

首先，對(duì)樁端后注漿量進(jìn)行合理估算。建筑工程樁基施工中對(duì)樁端后注漿量的計(jì)算通常只考慮漿液與土體的“擠密”作用，而忽略劈裂和滲透情況下漿液損失。本次對(duì)樁端后注漿量的計(jì)算需要使用樁側(cè)內(nèi)漿液的最大壓力值，該壓力值的確定以土體的極限承載力和上泥皮阻力的較小值為依據(jù)。由此，依據(jù)樁端后注漿填充的作用機(jī)理，可以將樁端后注漿量視作以樁基為直徑的球體結(jié)構(gòu)，由此可以計(jì)算樁端的注漿量體積為：

式中，Qp為樁端后注漿量體積，r 為灌注樁的半徑數(shù)值。

完成樁端注漿量后需要繼續(xù)計(jì)算樁側(cè)注漿量，對(duì)于樁側(cè)注漿量的計(jì)算需要考慮建筑工程施工中注漿壓力對(duì)樁側(cè)土體造成的位移影響，因此將樁側(cè)位移后土體位移體積納入其中，并考慮到樁側(cè)泥皮體積部分實(shí)際體積量，其計(jì)算公式為：

式中，Qs為樁側(cè)注漿量體積；δi為灌注樁樁側(cè)的泥皮厚度情況，該條件與建筑工程施工的地理位置和地層條件以及施工質(zhì)量等多項(xiàng)因素具有直接關(guān)系；為注漿壓力作用下土體的移動(dòng)距離；為建筑工程作業(yè)下土層的厚度。根據(jù)《工程地質(zhì)手冊(cè)》，按照建筑工程樁基施工中注漿量計(jì)算公式可以估算出施工所需注漿量。

其次，完成建筑工程樁基施工注漿量估計(jì)工作后，需要對(duì)注漿壓力進(jìn)行確定。樁端后注漿技術(shù)應(yīng)用中需要在施工作業(yè)完成后，在要求時(shí)間內(nèi)對(duì)灌注樁的輕度性能進(jìn)行全面檢查，其中需要考慮到樁端后注漿中的起滲壓力、擴(kuò)展壓力和注漿摩擦壓力。因此，在建筑施工中需要由專業(yè)技術(shù)人員對(duì)各項(xiàng)壓力進(jìn)行專業(yè)檢查，結(jié)合施工標(biāo)準(zhǔn)要求中的壓力設(shè)定符合樁端后注漿技術(shù)應(yīng)用的注漿壓力。通常情況下注漿壓力標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)控制1MPa，但隨著樁端后注漿技術(shù)作業(yè)的進(jìn)行，注漿壓力值會(huì)在多種壓力的共同作用下不斷提升，由于樁基施工中樁孔地步吸漿程度存在不同程度的變化，因此在作業(yè)過(guò)程中注漿壓力使用會(huì)保持在4MPa 左右，該數(shù)值為建筑工程樁基施工中的注漿壓力臨界值，樁端后注漿技術(shù)應(yīng)用中應(yīng)保證注漿壓力臨界值出現(xiàn)時(shí)間在3min左右，同時(shí)需要根據(jù)施工環(huán)境的變化，對(duì)注漿壓力的變化時(shí)間進(jìn)行合理調(diào)整，施工中應(yīng)及時(shí)參考注漿壓力值變化情況與臨界值情況，若注漿壓力較大，則應(yīng)該及時(shí)停止注漿工作，防止因樁端后注漿壓力過(guò)大影響樁基施工的整體質(zhì)量。

最后，通過(guò)科學(xué)化手段確定樁端后注漿漿液濃度。樁端后注漿漿液濃度的確定需要對(duì)施工作業(yè)中的水泥和石灰比例進(jìn)行合理控制，通常情況下二者的配比為4:6。建筑工程樁基施工中初始的樁端后注漿漿液濃度較低，主要由于初始作業(yè)時(shí)，注漿中的水泥漿液黏稠度較低，此時(shí)注漿的穩(wěn)定效果較差，隨著注漿量的不斷增加以及注漿壓力的增大，在注漿貫通樁基底部后濃度則會(huì)明顯增加，此時(shí)建筑工程施工中的注漿密封效果較高。施工中需要考慮樁體自身的問(wèn)題，當(dāng)樁基的可灌性較低時(shí)，此時(shí)需要根據(jù)施工作業(yè)情況減少注漿量，以此防止建筑工程樁端后注漿施工中出現(xiàn)水泥快速凝結(jié)的情況。為保證樁端后注漿技術(shù)應(yīng)用的合理性，需要在施工作業(yè)中將水泥漿的凝結(jié)時(shí)間控制在1h 左右，并且需要根據(jù)施工的外部環(huán)境嚴(yán)格控制混凝土的表面溫度，并且嚴(yán)格控制樁柱的注漿時(shí)間，建筑工程施工中單個(gè)樁柱的注漿時(shí)間應(yīng)控制在0.5h 左右，在此施工條件和時(shí)間控制下可以保證樁端后注漿濃度達(dá)到施工標(biāo)準(zhǔn)要求。

4 結(jié)論

樁端后注漿技術(shù)作為當(dāng)前建筑工程樁基施工中的一種常見技術(shù)，具有很大的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，可以有效增強(qiáng)樁基承載力，大大提升建筑主體穩(wěn)定性，有效提升工程效率與工程整體質(zhì)量。在具體施工中，樁端后注漿技術(shù)的應(yīng)用需要做好以下把控工作：（1）嚴(yán)格規(guī)制注漿管的制作流程與強(qiáng)度設(shè)置，科學(xué)布設(shè)注漿管；（2）注漿設(shè)備壓力值應(yīng)控制在6MPa 左右，比合理控制注漿速度；（3）壓漿作業(yè)時(shí)間應(yīng)在0.5h 內(nèi)完成，確保注漿管的暢通性；（4）嚴(yán)格控制樁端后注漿技術(shù)的注漿量、注漿壓力與注漿濃度。