采用钻孔灌注桩后注浆工艺条件下圆砾层的桩端设计参数取值探讨

2011-08-10沈华骏周爱其

城市勘测 2011年4期

沈华骏，周爱其

(杭州市勘测设计研究院，浙江杭州 310012)

1 前言

杭州城区场地大部分布有中密－密实状的圆砾层且层厚较大，其中上层圆砾一般分布在高程－30 m～－45 m，性质以中密－密实状为主;下层圆砾一般分布在高程－45.0 m以下，性质以密实状为主。圆砾层以下主要为基岩层。

一般大型建筑桩基础采用以上述圆砾层为桩端持力层。但随建筑高度提高，荷载增加，采用以圆砾层为桩端持力层的普通钻孔灌注桩、日益难以满足上部荷载和变形控制设计的需要。但若采用圆砾层下部的风化基岩层为桩端持力层则带来的施工难度及增加的工期及经济成本均很大。钻孔灌注桩后注浆工艺的出现则较好地解决了上述问题。

钻孔灌注桩后注浆技术是指灌注桩成桩一定时间后，通过预设在桩身内的注浆导管及与之相连的桩端、桩侧注浆阀注入水泥浆，使桩端桩侧土体(包括沉渣和泥皮)得到加固，从而提高单桩承载力，减少沉降。这种方法可以起到两方面的作用:一是加固桩底沉渣和桩侧泥皮;二是对桩底和桩侧一定范围的土体通过渗入(粗粒土)、劈裂(细粒土)和压密(非饱和松散土)注浆起到加固作用，增强桩侧阻力和桩端阻力，从而提高了单桩承载力，能满足设计需要。

注浆后的桩侧阻力和桩端阻力较未注浆有较大程度的提高，但具体取值则没有一个准确的计算公式，其值一般由勘察单位或设计单位提出，随意性较大。本文拟通过杭州圆砾层中采用钻孔灌注桩后注浆工艺的工程实例，提出了杭州地区在采用后注浆工艺条件下的圆砾层桩端设计参数取值建议，供同类工程勘察评价和设计取值时借鉴。

2 钻孔灌注桩后注浆工艺研究现状

浙江大学张忠苗教授等撰写的《灌注桩后注浆技术及工程应用》对后注浆工艺进行了系统研究，但对注浆后的具体取值大小，仍没有一个具体参数可以借鉴［1］。

浙江省地方标准《地基基础设计规范》(DB33/1001－2003)中提出在圆砾层中后注浆比末注浆的单桩竖向承载力能提高1.3倍以上。鉴于各个建筑实际有效桩长差异很大，这类提法对于实际工程指导意义有限［2］。

建设部行业标准《建筑桩基技术规范》(JGJ94－2008)中提出在圆砾层中后注浆比未注浆桩端承载力3.2倍～4.0倍，桩侧阻力提高2.4倍～3.0倍。但鉴于杭州地区的圆砾层未注浆前的桩端承载力勘察单位提供数值一般远大于规范相应上限，这样采用规范中的注浆后提高幅度值相应技术风险就很大［3］。

3 解决方法

一般而言，钻孔灌注桩桩端承载力qpk值，在很大程度上取决于桩底沉渣的存在及厚度。当采用钻孔灌注桩后注浆工艺后，可以近似认为桩端沉渣量为零。此时，钻孔桩桩端工况条件可近似于预应力管桩的工况。由此，在采用桩端后注浆工艺后，其桩端设计参数可以类比参照预应力管桩的相关参数。根据浙江省地方标准《地基基础设计规范》(DB33/1001－2003)中附录N，预应力管桩在中密～密实状状圆砾层的桩端承载力极限值可取用6000 kPa～9000 kPa。根据建设部行业标准《建筑桩基技术规范》(JGJ 94－2008)中5.3.5条，预应力管桩在中密～密实状圆砾层的桩端承载力极限值可取用9500 kPa～11500 kPa。

鉴于桩端后注浆工艺中影响桩端极限承载力的不确定因素较多，由此注浆后的桩端极限承载力可认为较为接近预应力管桩的下限。

来福士广场场地土力学性质指标表表1

4 工程实例

杭州钱江新城地区作为杭州的中央商务区，高层、超高层建筑林立，后注浆工艺采用较多，通过对其载荷试验分析可较为准确地把握圆砾层在注浆后桩端设计参数取值规律。

工程实例1:

杭州来富士广场，占地面积约4万平方米，主体项目有两栋高度约250 m塔楼与建筑面积约12万平方米的裙房组成，设3层地下室。采用φ600(裙房及地下室)及φ800(塔楼)钻孔灌注桩，并进行了桩底后注浆，基桩基本为满堂布置。采用慢速堆载法进行现场静载试验，试桩的钻孔桩均采用○124圆砾层为桩端持力层，进入○124圆砾层深度为12 m。相关场地地层力学性质指标如表1所示。静载试验采用钢筋计、轴力计测试桩身轴力与侧摩阻力。其中最下部轴力计埋设在桩端以上0.6 m位置。基桩直径均为800 mm，桩长均为 52.6 m，要求桩端进入○124圆砾层。通过静载试验资料，TP1a注浆后单桩竖向抗压承载力约为 15000 kN，等效桩顶位移 36.94 mm。TP2注浆后单桩竖向抗压承载力约为15000 kN，等效桩顶位移37.99 mm。TP3注浆后单桩竖向抗压承载力约为15000 kN，等效桩顶位移35.16 mm。相关静载试验曲线如图1所示，加载轴力分布表如表2所示。

图1 杭州市来福士广场静载试验曲线

来福士广场试桩加载轴力分布表表2

其桩端的－52 m处轴力计显示数值在6435 kN～7143 kN之间，主要是由于试桩时，单桩注浆量的不同造成的。试桩时，桩的数量较小，后注浆难以形成群桩效应。当扣去桩最后0.6 m的侧摩阻力，其桩端承载力极限值在6350 kN～7025 kN之间，对应圆砾层后注浆桩端承载力极限值可达12000 kPa以上。注浆后效果相当于地质勘察报告中提供的注浆前桩端极限承载力2.6倍以上。

工程实例2:

杭州华润新鸿基一期工程，该工程为住宅大底盘(地下车库、中心会所)及3幢45层～46层塔楼组成。总建筑面积146981 m2。采用φ800(塔楼)钻孔灌注桩，并进行了桩底后注浆。试桩采用了桩基自平衡法进行静荷载试验进行现场试验，试桩以⑧2层为桩端持力层。场地地层力学性质指标如表3所示。

杭州华润新鸿基一期场地土力学性质指标表表3

进行自平衡的荷载箱埋设在桩端以上2.0 m位置，通过静载试验资料，直径为800 mm的SZ09试桩，注浆后荷载箱实测下段桩极限承载力在5500 kN(对应位移34.57 mm)，扣除最后2.0 m的侧阻力数值，对应⑧2圆砾层桩端极限承载力注浆后可达9600 kPa，注浆后相当于地质勘察报告中提供的注浆前桩端极限承载力2.2倍。注浆后单桩竖向抗压承载力约为12060 kN，等效桩顶位移 35.83 mm。直径为1000 mm的SZ07试桩，注浆后荷载箱实测下段桩极限承载力在6500 kN(对应位移22.82 mm)，扣除最后2.0 m的侧阻力数值，对应⑧2圆砾层桩端承载力极限值注浆后可达7700 kPa(考虑了大直径桩的桩端承载力折减因素)，注浆后相当于地质勘察报告中提供的注浆前桩端极限承载力的1.8倍。注浆后单桩竖向抗压承载力约为14120 kN，等效桩顶位移24.61 mm。相关静载试验曲线如图2所示。

图2 华润新鸿基一期项目静载试验曲线

通过对比来福士广场与华润新鸿基一期项目，可以发现5组试桩的圆砾层在注浆后的桩端极限承载力大小存在差异，其数值在 7700 kPa、9600 kPa、12000 kPa，这主要由于①部分试桩试验未进行破坏试验;②鉴于试验数据来源均为试桩，场地未进行大面积桩的施工，由此造成各个试桩的注浆工艺(如注浆压力及注浆量)差异较大。

对于大面积的钻孔灌注桩在采用后注浆工艺时，基本消除了试桩时注浆量及注浆压力的差异问题，其注浆后的桩端极限承载力一般要大于试桩时的取值。因此，对于采用后注浆工艺一般条件下(类似于华润新鸿基一期项目)，对于圆砾层建议桩端极限承载力当按8000 kPa取用，这一数值也基本相当于以圆砾层为桩端持力层的预应力管桩的桩端承载力极限值下限值，这与注浆后的圆砾层桩端承载力特性的实际工况也是相符的。

当后注浆工艺采用工艺水平较高(如大压力，大注浆量)时，圆砾层在采用钻孔灌注桩后注浆工艺条件下桩端设计参数可提高至9000 kPa～10000 kPa(类似于来福士广场项目)，但具体数值应结合试桩成果确定。