大直径超长灌注桩后注浆工艺在码头工程中的应用

◎ 高谭坤 福建省交通规划设计院有限公司

随着港口建设的发展，大型高桩码头对桩基承载力要求越来越高。灌注桩具有适应能力强、稳定性好、承载力高等优点，在高桩码头工程中应用非常普遍。然而桩侧泥皮与桩底沉渣对其侧摩阻力和桩端承载力影响较大。后注浆工艺可把原来松散土粒和裂隙胶结成具有一定强度的结石体，增强桩侧土和桩端土的强度，从而提高桩基承载力。

1.传统灌注桩施工工艺的缺陷和不足

灌注桩成孔时采用泥浆护壁，在桩侧形成了一层较厚的泥皮，改变了桩土相互作用，导致桩侧摩阻力下降，从而影响承载力。灌注桩成孔后，桩底沉渣无法100%彻底清除，不仅使桩端承载力无法充分发挥，而且还可能导致沉降量大大增加。

2.后注浆施工工艺的作用机理和优势

灌注桩后注浆工艺是指灌注桩成桩后，通过预设于桩身内的注浆导管在桩端或桩侧注浆，加固桩端或桩侧土体的施工作业。压力注浆根据地质条件、注浆压力、浆液对土体的作用机理和运动方式，可分为渗透注浆、压密注浆和劈裂注浆。三种注浆方式可以是单独的，但绝大多数情况下是三种方式相互作用。

后注浆施工工艺通过固化桩侧泥皮和周围土体，提高了持力层承载力和桩侧摩阻力。群桩注浆后浆液扩散连通固化，减少了群桩的不均匀沉降。后注浆施工工艺可有效缩短桩长或减小桩径，降低施工难度，节省投资。

3.后注浆方式

大直径灌注桩通常采用的后注浆类型有桩端后注浆和桩端桩侧复式后注浆。承受竖向荷载时，在确保后注浆施工可靠的前提下，可仅采用桩端后注浆提高其竖向承载力，若承受较大的水平荷载时，增加桩侧注浆可显著提高其水平承载性能。近年来掌握的数据表明桩底后注浆对承载力的提高幅度在22%～40%，桩端、桩侧联合注浆提高单桩承载力60%～100%。

4.工程实例分析

4.1 工程概况

福州港白马港区坪岗作业区4#泊位建设规模为5万吨级散货泊位1座，结构受力船型为7万吨级散货船。码头呈离岸式布置，泊位总长273m，码头平台宽26m，码头前沿线布置在天然底标高-10.0～-28.0m，方位角为160.6°～19.4°，码头顶面高程+9.3m，码头前沿设计底高程-13.6m，码头平台通过2座栈桥与后方陆域相连。

4.2 设计条件

（1）设计船型：5万吨级散货和7万吨级散货船；

（2）设计水位：设计高水位为7.27m（基准面为当地理论最低潮面，低于国家85高程基准面3.607m；

（3）设计波浪：本工程设计波高2.12m，周期3.3s，波长17.0m；

（4）工程地质：根据地质勘察报告，码头区泥面较低，一般为-30.7～-16.4m，覆盖层厚23.5～43.6m，下卧土层主要为淤泥、黏土和残积土。强风化花岗岩分布稳定、连续，但其岩性较软，桩端承载力不高，覆盖层埋深10.3～54.8m之间有大量的孤石，岩芯较完整，呈短柱状，局部呈碎块状，层厚约1.0～3.0m，重型动力触探击数一般＞50击。详见表1。

表1 土的物理力学性能指标

图1 码头结构断面图

（5）设计荷载：均布荷载为20kN/m2。门座起重机起重量40t，轨距12m，轮压标准值400kN/轮，最大幅度35m。流动机械荷载为引平板车。

4.3 码头结构断面设计

根据地质钻探资料，本工程码头所在区域，灰黄色凝灰质砂砾岩散体状强风化层标高在-40.1～-57.1m之间，岩面埋藏较深，综合地质条件、工程造价和对环境的影响等因素，码头采用高桩梁板式结构。由于场地覆盖层存在大量岩芯较完整的孤石，打入桩无法穿透，沉桩难度太大，码头结构桩基采用灌注桩。针对本工程地质条件复杂、基岩埋深较大，持力层岩性较软的特点，桩基结构方案采用传统灌注桩和后注浆灌注桩进行比选。

方案一：传统灌注桩方案

码头桩基采用Φ2000mm灌注桩，桩顶上现浇混凝土桩帽及横梁，横梁上搁置轨道梁及纵梁，其上搁置预制面板，面板上现浇混凝土面层和磨耗层。排架间距为10m，共28榀排架，每榀排架设4根，桩端持力层为砂砾岩散体状强风化层。

方案二：灌注桩后注浆工艺方案

桩基采用Φ2000mm后注浆工艺的灌注桩，排架间距为10m，共28榀排架，每榀排架设4根直桩，桩端持力层为砂砾岩散体状强风化层，上部梁板结构型式与方案一相同。

表2 码头构件内力汇总

表3 方案综合比较

4.4 方案比选

方案一：

根据承载力要求，本方案Φ2000mm灌注桩桩长为74.15m，桩端进入持力层应大于10倍桩径，如此长度的大直径灌注桩，施工难度非常大。该方案桩基部分工程费用约5900万元。

方案二：

桩基采用直径为Φ2000mm的后注浆灌注桩，桩长为63.65m,桩端进入持力层应大于5倍桩径，即可满足承载力的要求，桩长缩短14%。本方案桩基部分工程费用约5200万元，桩基工程费用节约13%。

经综合比较，后注浆灌注桩从上部结构内力、桩基承载力、施工便捷、工程造价等方面对本工程最有优势，推荐后注浆灌注桩方案。

4.5 施工技术要求

注浆时间宜在成桩30d以内，且桩身混凝土强度达到设计强度的75%或在桩身的超波检测结束后进行。后注浆作业开始前，应进行试验性注浆，以确定并优化最终的注浆参数。桩底注浆宜用注浆量与注浆压力双控。灌注桩施工完毕后，均应用超声波整体检测法进行检测和低应变动力检测。注浆完成20天后应进行承载力检验。

5.结论

（1）桩端后注浆灌注桩能够有效提高桩基承载力20%以上，减小桩长，降低施工难度，缩短施工工期，节约工程投资，具有显著的经济效益。

（2）福建沿海地区强风化花岗岩岩性较软，基岩埋深较大，持力层对灌注桩桩端承载力较低，采用后注浆工艺可有效提高灌注桩桩端承载力。因此，在类似条件的福建海港码头工程中大力推广灌注桩后注浆施工技术有着重要意义和广阔的前景，本工程实际应用可为类似码头工程提供参考价值。