后注浆钻孔灌注桩在碎石土中的应用

张震 张星辰

0 引言

随着社会经济的快速发展，各地高层住宅也日益普及，在高层住宅的结构设计中，基础设计尤其重要，由于高层住宅自身竖向荷载较大，一般天然地基难以满足要求，大多采用桩基础，而桩基础的选型与地质状况的关联度最大。本文以某高层住宅的桩基设计为案例，分析了在碎石土中桩基如何选型、对桩身及桩端土层如何加强以及取得的效果进行了分析。

1 项目概况

该工程位于江阴市某生活文化区，依山面湖，整个地块包括39 座别墅、2 幢16～18 层高层住宅楼及2 幢25 层点式高层住宅楼，并在场地北部别墅和高层建筑之间设一层地下室，地下室与高层住宅间用地下连廊进行连接。高层住宅设有2 层地下室，地下室筏板顶面相对标高-6.050m，室内标高0.000m相当于八五高程6.800m。场地抗震设防烈度为6 度，设计基本加速度值为0.05g，所属设计地震分组为一组，设计特征周期为0.65s，场地类别属IV 类，为不液化场地，场地处于建筑抗震不利地段。场地地质分布情况见图1。其中③淤泥质粉质粘土夹淤泥质粉土高压缩性、低强度，工程特性差，为基底持力层。⑤ 粉质粘土夹碎石层中，碎石为灰白色石英砂岩、灰绿色泥质砂岩、棕红-深褐色砂岩等，磨圆度低，棱角明显，碎石含量在20%～40%，而且有块石存在，块石大小差异较大，大的块石粒径大者超过3m，碎石粒径一般为20mm～100mm，工程特性良好，是桩身需穿过的土层。⑥ 碎石层，砂岩，密实程度稍密～密实，局部夹有少量的粘土或粉质粘土，本层土中低压缩性、中高强度，全场均有分布，其工程力学特性较好，但是层厚及层顶坡度变化较大，且碎石空隙充填物为黏性土，具有一定的压缩性，如选择该层作为桩端持力层应考虑此不利因素。⑦ 砂岩层，层面坡度及埋深变化较大，且岩性有变化，岩体质量等级分类为Ⅲ～Ⅳ类，工程特性好，拟建场地属不均匀场地（图1）。

图1 典型地质剖面图

2 桩基选型

根据前述条件，由于浅层土地基承载力较差，天然地基无法满足要求，只能选择桩基础。根据地质勘察报告，⑥ 碎石层及⑦ 砂岩层均可作为本工程的桩端持力层，无论选择哪层作为桩端持力层，都要穿过含有大块石的⑤ 粉质粘土夹碎石层，预制桩显然不适用，只能采用灌注桩。经比对分析并结合当地经验，采用钻孔灌注桩是相对比较合理的选择。桩端持力层的确定：如选择⑦ 砂岩作为桩端持力层（嵌岩桩），由于砂岩坡度变化很大、埋深变化大，而且穿过深厚的⑥ 碎石层难度极大，容易产生塌陷，施工质量难以保证；如以⑥ 碎石层作为桩端持力层，施工难度相对要小，如按桩身直径800mm，进入⑥ 碎石层2m 计算，单桩承载力就能满足要求；但该层顶面坡度变化较大，且碎石空隙充填物为黏性土，具有一定的压缩性，桩端沉渣厚度难以保证小于50mm 的要求，单桩竖向承载力及桩端土体的稳定性都难以保证，需采取有效措施克服上述不利因素。采用钻孔灌注桩后注浆工艺，能较好地解决上述问题[2]。桩端后注浆是将一定水灰比的水泥浆液在额定压力作用下，通过预埋在桩身中的灌浆管从桩的端部向桩端底部及周围的碎石区高压渗透，对原本松散的沉渣、碎石及碎石空隙充填物进行水泥浆液充填，使得桩端周围碎石层成为一个整体。对本工程而言解决了三个问题：（1）加固了桩端碎石层，相邻桩端的水泥浆互相渗透，使得整个基础范围内的桩端碎石层联结为一个整体，从而提高了桩端土层的稳定性。（2）固化了孔底渣土，保证了桩的施工质量，不但能减少桩的沉降，也保证了单桩的竖向承载力。（3）提高了单桩的竖向承载力，针对本工程而言，后注浆后的桩相当于扩底桩，桩端截面积增大后，有效地利用了桩端土层较高的端阻力。为了保证对桩端碎石层的加固效果，本工程要求除进行桩底后注浆外，在桩端侧面也进行后注浆。根据现场试桩结果，最终确定采用直径800mm 的钻孔灌注桩，以⑥ 碎石层作为桩端持力层，采用桩底及桩侧后注浆，单桩竖向极限承载力标准值为8000 kN（图2）。

图2 灌注桩详图

3 桩基设计

由于本工程桩基持力层起伏较大，设计要求钢筋笼长度沿桩身全长设置，主筋通长设置；要求桩端进入持力层深度不小于2m，预估桩长在16m～26m 之间，具体根据现场钻孔情况进行控制，桩基详图见图2。由于桩顶所在的③淤泥质粉质粘土夹淤泥质粉土强度低、压缩性高，对桩身的约束差，桩顶部位的箍筋加密区长度要求不小于4m 及③层土厚度的较大值[1]。桩端及桩侧后注浆导管及注浆阀沿钢筋笼圆周对称各设置两根，导管管径采用直径32mm、壁厚不小于5mm 的国标低压流体输送用焊接管，丝扣进行连接；桩侧导管标高设定为⑥ 碎石层顶标高以下1 000mm 处，桩底导管深入桩端以下50mm 处。注浆导管兼做受力钢筋使用。当桩体混凝土强度达到设计强度的80%时，方可进行注浆施工[3]。注浆采用二次注浆工艺，要求第一次注浆材料选用纯水泥浆，采用42.5级普通硅酸盐水泥，水灰比0.45，注浆压力为0.3～0.5Mpa，注到浆液从孔口溢出为止，在第一次注浆结束后4h 内进行第二次注浆，第二次注浆材料选用纯水泥，水灰比为0.50。注浆压力为1.5～4.0Mpa，使浆液冲破封口薄膜及初凝砂浆注入到碎石土体之间，达到注浆压力4～5min，即可结束注浆；单桩预估压浆量2 000kg，单根注浆管水泥用量根据现场地质情况确定。要求注浆压力为主控，注浆量为辅助控制。该项目现已竣工，效果良好[4]。

4 结束语

我国幅员辽阔，地质情况千差万别，应该根据不同的上部结构形式及地质情况采取不同的基础形式。同样为桩基础，采用何种桩型除了地质情况的影响外，还需考虑周边环境的影响及当地施工经验[5]。本文通过对顶面坡度起伏变化较大的碎石层作为桩端持力层的钻孔灌注桩存在的各种不利因素进行分析，有针对性地提出解决方案，通过加强桩身配筋、桩端及桩侧后注浆的方式，取得了圆满的效果[6]。