后注浆技术提高钻孔灌注桩承载力的分析

李继广，刘彦祥

（1.中交第一航务工程勘察设计院有限公司，天津300222；2.交通部天津水运工程科学研究所，天津300456）

随着土木工程向大型化、群体化发展，传统单一工艺的灌注桩已满足不了工程的要求。为提高钻孔灌注桩单桩竖向极限承载力，提出了后注浆技术［1-3］。钻孔灌注桩后注浆技术是成桩时在桩底或桩侧预置注浆管路和注浆装置，待桩身达到一定强度后，通过注浆管路，利用高压注浆泵压注以水泥为主剂的浆液，对孔底沉渣和桩侧泥皮进行固化，从而消除传统灌注桩施工工艺固有的缺陷，以达到提高桩的承载力、减少沉降量的一种科学先进的技术方法［3］。

桩端压力注浆于1958年在委内瑞拉修建Maracaibo大桥基桩中首次运用［3］，之后在世界多个国家（如泰国、意大利、法国等）得到广泛应用。桩端后压浆技术在我国的应用始于20世纪80年代初，1983年在北京崇文门7号楼首次应用［3］。进入20世纪90年代，桩端压力注浆技术在国内得到蓬勃发展。近年来，钻孔灌注桩桩端后注浆技术在我国桥梁（如黄河二桥、东海大桥、润扬大桥、苏通大桥、杭州湾大桥等）桩基础中得到了广泛应用。

1 工程概述

某工程拟建筒仓内径为40 m，筒仓高度43 m，单仓容量3万t，单仓总重量约5.2万t（包括物料重量），拟采用直径为1 000 mm的后注浆钻孔灌注桩基础，桩长55.0 m，经计算每根桩单桩竖向抗压极限承载力为11 000～12 000 kN。

根据地质勘查资料计算结果，单桩极限抗压承载力约为7 600 kN，远不能满足筒仓承载力要求，故在本工程中引入后注浆技术以提高单桩承载能力。

为了检验后注浆技术在提高本工程单桩承载力方面的效果，在该场地进行了普通钻孔灌注桩、桩端后注浆钻孔灌注桩和桩端桩侧复式后注浆钻孔灌注桩3种桩的施工，每种类型桩各2根，采用同样桩长、桩径及同样强度混凝土，并通过静载试验进行对比，为大型筒仓群工程的实施提供必要的技术支持。

2 工程地质情况

根据野外钻探和土工试验成果，在该场地勘察最大揭露深度80.0 m范围内地层主要为：新近冲填土层（Q42ml）、第四系全新统海相沉积（Q4m）及上更新统海陆交互相沉积（Q3mc）形成的粉砂、粉土、粉质粘土、淤泥质粘土及粘土层，按其成因、岩性特征及物理力学性质［4］共分为15层，各层土的岩性特征、分布规律见表1。

表1 综合地质情况Tab.1 Comprehensive geological condition m

根据地基土物理力学性质指标，建议以第11○层粉土作为桩端持力层，桩端入土深度约55.0 m，依据规范［4］，提出钻孔灌注桩极限侧阻力标准值qsik及桩端阻力标准值qpk（表2）。

表2 钻孔灌注桩极限侧阻力标准值qsik及极限端阻力标准值qpkTab.2 Ultimate shaft resistance qsikand ultimate tip resistance qpkof bored pile kPa

3 钻孔灌注桩后注浆技术及加固机理

3.1 工艺简介

在钢筋笼上预设注浆钢管及注浆阀，成桩后5～30 d内，采用高压泵将浆液通过注浆管和单向阀压入桩底、桩侧。后注浆的加固效应包含2方面［1，4］：一是加固桩底沉渣和桩身泥皮；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（松软土）注浆起到加固作用，从而增强桩侧阻力和桩端阻力，提高单桩承载力，减小沉降。

3.2 承载力增强机理［1］

（1）固化效应：沉渣和泥皮被固化；伴随扩底和扩径效应。

（2）充填胶结效应：粗粒土（卵砾、粗中砂）因渗入注浆被胶结。

（3）加筋效应：细粒土（粘性土、粉土、粉细砂）因劈裂注浆形成加筋复合土。

3.3 注浆实施情况

（1）水泥采用 P.S.A 32.5，水灰比 0.6～0.7［4］。

（2）注浆量和注浆压力见表3。

（3）注浆实施过程中，未出现浆液溢出、周围桩串孔、注浆压力低等情况。

表3 注浆参数汇总表Tab.3 Grouting parameters

4 单桩竖向抗压静载荷试验

检测方法［5-8］：对于普通灌注桩采用锚桩法、慢速维持荷载法；对于桩端后注浆灌注桩、复式后注浆灌注桩，采用锚桩堆载联合法、慢速维持荷载法。

锚桩法反力装置由锚桩、钢梁、千斤顶组成；锚桩堆载联合法反力装置由锚桩、堆载物、钢梁、千斤顶组成，荷载由油泵通过千斤顶施加于桩顶，采用荷载传感器控制荷载的施加，桩顶垂直位移由容珊式位移传感器测得，最终经JCQ503C静力载荷测试系统对资料进行处理后得到各桩的相关测试数据。试验过程严格按照规范［4］要求进行，试验结果见表4。

表4 单桩竖向抗压试验结果汇总表Tab.4 Results of single pile vertical compression

单桩的竖向极限承载力标准值［4，6］是指单桩在竖向荷载作用下，达到破坏状态前或出现不适合继续承载的变形时，所对应的最大荷载，它取决于对桩的支承阻力和桩身材料强度（桩身承载力）。依据规范［4］要求，结合试验资料确定单桩的竖向极限承载力标准值。本次试验资料均采用JCQ503C静力载荷测试系统，经资料处理后得到各测试桩的单桩极限抗压承载力。

根据规范［6］要求，在参加统计的试桩结果中，极差不超过平均值的30%时，取其平均值作为单桩竖向抗压极限承载力；单位工程同一条件下的单桩竖向抗压承载力特征值是按本方法得到的单桩承载力统计值的一半。

由此得到试验结果：普通灌注桩单桩竖向抗压极限承载力统计值为8 360 kN，单桩竖向抗压承载力特征值为4 180 kN；桩端注浆桩单桩竖向抗压极限承载力统计值为14 000 kN，单桩竖向抗压承载力特征值为7 000 kN；桩端桩侧复式注浆桩单桩竖向抗压极限承载力统计值为15 400 kN，单桩竖向抗压承载力特征值为7 700 kN。由表4可知：最终荷载是试验达到最后的荷载值，单桩极限抗压承载力是单桩在竖向荷载作用下，达到破坏状态前或出现不适合继续承载的变形时前一级的荷载，是计算值，通常情况下最终荷载大于其对应单桩极限抗压承载力。

5 结论与建议

通过静载荷试验比对，桩端注浆桩比普通灌注桩单桩竖向抗压极限承载力提高了67%，桩端桩侧复式注浆桩比普通灌注桩单桩竖向抗压极限承载力提高了76%；桩端桩侧复式注浆桩比桩端注浆桩单桩竖向抗压极限承载力提高了10%，后注浆技术在该工程中效果突出，承载力满足大吨位筒仓设计要求，可以节省大量资金，具有明显的社会效益和经济效益。

后注浆技术在我国起步较晚，目前尚未形成一套成熟完善的理论，因此进一步研究钻孔灌注桩的后注浆技术具有重要的现实意义。

本工程为试验研究工程，各施工方在各自施工程序中均严格按照既定的方案操作，因此在后注浆工艺实施前，必须严格控制成桩质量以及注浆工艺流程，严格控制注浆压力、水泥砂浆水灰比及用量，对桩基完整性进行检测且无严重缺陷是保证后注浆技术获得预期效果的前提条件［4］，否则无法达到预期的承载力效果，并且留下严重的安全隐患。

［1］沈保汉.地基基础论文论著选集——桩基与深基坑支护技术进展［M］.北京：知识产权出版社，2006.

［2］卓维松.用后注浆技术加固桩基的工程实例［J］.山西建筑，2005（12）：76-77.ZHUO W S.The Practical Example of Strengthening Pile Foundation with Post-grouting Technology［J］.Shanxi Architecture，2005（12）：76-77.

［3］王秀哲，龚维明，薛国亚，等.桩端后注浆技术的研究现状及发展［J］.施工技术，2004，33（5）：28-31.WANG X Z，GONG W M，XUE G Y，et al.Current Research Status and Development of the Pile-end Post-grouting Technology［J］.Construction Technology，2004，33（5）：28-31.

［4］JGJ94-2008，建筑桩基技术规范［S］.

［5］李选栋，王巨涛.钻孔灌注桩后注浆技术在桥梁工程中的应用展望［J］.市政技术，2008，26（5）：399-401.LI X D，WANG J T.Application Preview on Post-grouting Technique of Bored Cast-in-place Pile for Bridge Project［J］.Municipal Engineering Technology，2008，26（5）：399-401.

［6］JGJ106-2003，建筑基桩检测技术规范［S］.

［7］JTJ255-2002，港口工程基桩静载荷试验规程［S］.

［8］GB50021-2001，岩土工程勘察规范［S］.