一、前言

随着城市化建设步伐的深入，建设用地正日渐紧张，而对建筑项目进行详细工程勘察时，有时会出现拟建建筑位于性质差异较大的不同地基上、甚至同一栋建筑物处于跨区域不同性质地基上的复杂问题。

通过新工艺、工法的研究引进及技术创新，寻找适当的方法以解决在这种不良工程地质情况下，进行建设时将产生的地基承载力不足问题及同一主体结构大差异沉降问题，是岩土工程师该直面的新任务与挑战。

贵州省贵阳市富源路A地块项目在建设中就遇到了上述难题。贵阳云海岩土工程有限公司接受建设单位委托，积极探索、科学分析、合理地将灌注桩桩侧桩端后注浆工艺及自适应变形调节器技术联合运用，有效地解决了桩基承载力不足及不同性质地质区域桩的沉降差异问题，获得成功。

 

二、工程概况

富源路A地块项目位于贵阳市南明区富源中路，A1栋场按地质情况为东、西两单元，东单元正位于断层带上，其地基由强风化吴家坪断层角砾岩夹粘土组成，局部有软弱夹层，压缩模量Es1～2＝6.09MPa、泥浆护壁钻（冲）孔桩极限侧阻力标准值fsk=53kPa、泥浆护壁钻（冲）孔桩极限端阻力标准值（30m≤l）fpk=750kPa；西单元为中厚层栖霞白云岩，岩体基本质量等级为Ⅳ类，fa=3500 KPa。

因其地质情况复杂，基础设计一部分为端承桩，另一部分摩擦桩。按通常的桩基施工工艺，无法满足单桩高承载力及东、西两单元沉降差的控制要求。
（详见2-2’工程地质剖面示意图，P2）

                          

                                      A1栋2─2'工程地质剖面图

三、解决方案

根据A1栋上部结构及场地的具体情况，明确要解决的问题有两个：1. 软弱地基上提高摩擦桩单桩承载力并减少最终沉降量。2. 必须将端承桩与摩擦桩之间的沉降差控制在规范允许范围内。为了解决以上问题，特进行专项地基基础加强处理设计。

根据国内目前已经成熟或获得成功经验的岩土工程工艺及新技术，结合我公司多年的岩土工程实践、总结，决定在本项目上针对上述问题将灌注桩后注浆工艺与桩顶安设自适应变形调节器联合运用，具体是：

1、运用灌注桩桩侧桩端后注浆技术，提高摩擦桩的单桩承载力并减少其最终沉降量。具体操作是在成桩过程中，预埋注浆管，成桩后对桩底及桩侧进行后注浆，加固桩体周围一定范围的土体，增加桩侧和桩端阻力,从而提高桩的承载力和减少沉降量。后注浆运用于摩擦桩范围。

2、采用在桩顶安设自适应变形调节器以调节桩间沉降差异。自适应变形调节器装置安设于基础底面与桩顶之间，满足接触力和接触变形的要求，进一步减少部分桩端置于中风化岩层而另一部分桩端置于强风化吴家坪断层角砾岩夹粘土上时，桩基之间过大的沉降差异。该自适应变形调节器系由南京工业大学岩土工程研究所研制，是用于调节物体支承接触点之间位移的特殊装置（国家发明专利：ZL200510040317.9），具有质量可靠、性能稳定、价格适当、施工方便的优点。

另外，在本项岩土工程治理中，还采用了自平衡测桩法测定经后注浆的灌注桩承载力及支承刚度等参数。

设计中主要考虑了以下六个方面：

1、未见基岩部分，采用砼冲孔灌注桩，其承载形式为端承摩擦。

2、采用灌注桩后压浆法加固桩底桩侧一定范围土体以提高桩的承载力，减少桩身过大的沉降，消除一部分桩基建筑物的差异沉降。

3、作自平衡静载实验一组（三根），确定摩擦桩的单桩承载力特征值和支承刚度。

4、根据实验确定的支承刚度，采用南大研究所发明的自适应变形调节器，对完整基岩为持力层的基础进行支承刚度调节，使之支承刚度与摩擦桩的支承刚度协调一致，从而消除桩基建筑物的不均匀沉降。

5、对上部结构特别是栈板部份进行调平设计，进一步消除建筑物不均匀沉降。

6、充分发挥桩间土的承载力，减少单桩荷载，进一步降低桩的最终沉降量。

四、桩端桩侧后注浆的设计与施工

（一）后注浆法系统设计示意图。

设计说明：

1、对软弱区摩擦桩，采用钻（冲）孔灌注桩后注浆法加固桩底桩侧一定范围的土体，从而提高桩的承载力和减少沉降量。

2、桩长30m时，注浆部位为桩底注浆和在桩长10m、20m处各设一组桩侧注浆（超过30m长的桩，在桩底注浆的同时，从桩顶起算，每10m桩长处设一组桩侧注浆）。

3、桩底注浆管采用3根φ20mm钢质通长注浆管，均匀布设于钢筋笼内，以扎丝牢固绑扎在钢筋笼上。注浆管距桩端150mm处折出钢筋笼外，在折出的150mm注浆管上，在外侧自上而下以50mm间距均匀钻上φ5mm的花孔。用堵头堵住端头。

4、桩侧注浆管每组2根，用φ20mm钢质注浆管下放到设计标高，做法同桩底注浆管。

5、为防止桩身砼浆液堵塞注浆管，在放注浆管之前应采取生胶带、橡胶带捆绑等措施以绝对密封。注浆管之间的丝扣连接应用生胶带止水。所有钻的花孔，均予以逆向密封。

6、注浆材料为纯水泥浆（水灰比1:0.3～0.5）,灌浆压力≥2MPa。

（二）后注浆施工（图示）

1. 对孔位进行桩位冲击造孔施工，泥浆护壁。

2. 制作注浆花管，制作钢筋笼，安设注浆花管及自平衡试验压力箱、位移传感器、油管等于钢筋笼上。

        

3. 吊装钢筋笼（含注浆管、自平衡压力箱等整体吊装）。

4. 灌注水下砼土成桩，砼初凝后实行桩端桩侧后注浆

               

（三）试验与检测

为了取得基桩的Q-s上、Q-s下、s上-lgt、s下-lgt、s上-lgQ、s下-lgQ曲线，分析基桩在试验荷载作用下的沉降变形特性，确定基桩竖向极限承载力Qu和单桩竖向承载力R等参数，设计时要求选择有代表性的桩体进行静载试验，实验选择经济、安全、快捷、简便的自平衡测桩法。

1、自平衡测桩法原理

自平衡测桩法是在桩身平衡点位置安设荷载箱，沿垂直方向加载，即可同时测得荷载箱上、下部各自承载力。

自平衡测桩法的主要装置是一种经特别设计可用于加载的荷载箱。它主要由活塞、顶盖、底盖及箱壁四部分组成。顶、底盖的外径略小于桩的外径，在顶、底盖上布置位移棒。将荷载箱与钢筋笼焊接成一体放入桩体后，即可浇捣混凝土成桩。

试验时，在地面上通过油泵加压，随着压力增加，荷载箱将同时向上、向下发生变位，促使桩侧阻力及桩端阻力的发挥（见桩承载力自平衡试验示意图）。由于加载装置简单，多根桩可同时进行测试。利用测桩软件，可同时对多根桩测试数据进行处理。

                     

图1 桩承载力自平衡试验示意图

        

图2 富源路A地块A1栋自平衡测桩荷载箱及钢筋应力计布置图

2、实验现场图片

             

3、实验结果

根据测试结果表明，因采取了桩侧、桩底后注浆技术，测试桩桩侧极限侧阻力标准值、桩端极限端阻力标准值均高于《富源路A地块项目A1栋岩土工程勘察报告》所提值。

结果摘录见下图：

……             F/1号试桩极限侧阻力标准值平均值为89.3kPa，其最大值为161.0 kPa，最小值为22.85 kPa，极限端阻力标准值为2152.46 kPa；           E/1号试桩极限侧阻力标准值平均值为48.6kPa，其最大值为110.05kPa，最小值为13.6 kPa,极限端阻力标准值为464.10 kPa；           根据《富源路A地块项目A1栋岩土工程勘察报告》（施工阶段），试桩所在土层为黄色粘土，其极限侧阻力标准值为48 kPa，极限端阻力标准值为1300 kPa。            对比以上数据并分析，F/1号试桩桩侧极限侧阻力标准值、桩端极限端阻力标准值均高于《富源路A地块项目A1栋岩土工程勘察报告》所提值，其原因主要为试桩采取了桩侧、桩底后注浆技术。……

五、自适应变形调节器的使用

根据基桩（自平衡法）静载试验得到的Q-s上、Q-s下、s上-lgt、s下-lgt、s上-lgQ、s下-lgQ曲线，及基桩在试验荷载作用下的沉降变形特性分析结果，结合变形调节器的技术要求，确定安设适用的变形调节器型号以协调各桩之间的沉降差异变形。

（一）变形调节器如图所示

图3 变形调节器外观及侧面示意图

图4 自适应变形调节器的平面布置

       

图5 自适应变形调节器的剖面构造

（二）变形器的安装施工

每根桩顶安置3台调节器，进行并联安装。其平面布置具体如图4所示，变形调节器安装的剖面构造如图5所示。

变形调节器的安装大致可以分为如下过程：桩头清理；调节器下支座定位安装；支模板、桩顶混凝土浇筑；调节器定位安放；变形标识杆与注浆孔的安装；调节器侧护板与上盖板安装。

1、桩头清理

将桩顶标高超过设计标高的部分凿除，保留基桩中的竖向受力钢筋高出设计标高约15cm左右，以便安装调节器下支座。严格清理清洁桩头，以达到进行二次浇筑的要求。 

2、调节器下支座定位安装

在每个调节器的下面设置支座，支座垫板的直径适当大于调节器直径，在每个支座垫板下设置6根30cm左右锚固、传力钢筋，垫层下后浇砼中设两层构造钢筋网，并在每个支座垫板的中心安设定位螺母。

3、支模板、桩顶混凝土浇筑

调节器下支座安装完毕后，将桩顶清理干净并用水湿润后即可进行桩顶混凝土的二次浇筑。二次浇筑的混凝土应比桩身混凝土高一等级，并用振捣棒充分振捣。24小时后方可拆模，

4、调节器定位安放

拆除变形调节器的临时固定螺栓，注意区分变形调节器的正反，保持较薄一侧的盖板向上。安装时按下盖板底设置的Φ25mm的定位孔进行定位，上盖板表面亦设置有定位刻线，用于检测仪器的定位与安装。

5、变形标识杆与注浆孔的安装

在三个调节器下支座垫板中间设置了变形标识杆，该变形标识杆可直观量测到调节器的绝对变形压缩量。在建筑物经2-3年沉降稳定后，可过注浆孔将调节器间的空隙封闭，增加桩顶的耐久性。  

        

       图6：富源路A1栋：拟安装变形调节器的桩      图7：富源路A1栋：已安设好变形调节器的桩头                                                                                                                             

图8：富源路A1栋：已安设完变形调节器，即将进行下步工序

六、沉降观测

该项目由贵州大学土木建筑工程学院、贵州工大土木试验检测股份有限公司联合进行了为期14个月的沉降观测，其沉降已到稳定状态，其观测结果中，最大累计沉降量为17.2mm、最大沉降差为15.4mm，其沉降差和最终沉降量均满足《建筑地基基础设计规范》表5.3.4的要求，符合规范。表明本次岩土工程治理所采取的沉降控制措施取得了理想的效果。 结果摘录如下：

 

七、结论

本岩土工程治理，运用了灌注桩桩侧桩端后注浆技术、桩顶自适应变形调节器技术、自平衡法进行桩基静载试验技术，较好地解决了在不均匀地基上建造同一结构的高层建筑时，桩基单桩承载力不足和摩擦桩与端承桩之间差异沉降大的难题。

经沉降观测，治理效果完全达到设计和规范要求，获得了圆满成功。

此三项技术的联合运用，国内未见先例，其作用分别为：

1. 运用灌注桩桩侧桩端后注浆技术，提高摩擦桩的单桩承载力并减少其最终沉降量。

2. 采用桩顶自适应变形调节器技术，人为控制端承桩与摩擦桩之间的沉降差异。

3. 采用自平衡法进行桩基静载试验，获得灌注桩经后注浆后所提供承载力及支承刚度等数据，为后续自适应变形调节器参数的确定提供依据。 

本项目的治理成功，使在同一场地上出现两种物理力学性质完全不同的地基时（如本项中①粘土：Es1～2＝6.09MPa，fsk=53kPa，fpk=750kPa；②中风化白云岩：fa=3500KPa），建造同一主体结构的高层成为可能，有效地解决了同一主体结构大差异沉降问题，其经验弥足珍贵，值得借鉴。