钻孔灌注桩桩底后压浆应用与分析

河南省公路工程局集团有限公司 吴德华

河南省第一公路工程有限公司 任鹏

钻孔灌注桩桩底后压浆应用与分析

河南省公路工程局集团有限公司 吴德华

河南省第一公路工程有限公司 任鹏

随着我国高速公路和城市建筑的不断发展，对桩基础的承载力提出了更高的要求。一般方法是加大加深桩身，然而这将大大提高单桩的成本和施工难度。同时由于钻孔灌注桩施工工艺本身存在桩的缺陷，尤其是灌注桩桩底存在的沉渣很大程度上影响着桩的承载力。灌注桩后压浆技术很好地解决钻孔灌注桩施工工艺本身存在着桩的缺陷，并提高了桩的承载力。本文，笔者叙述了灌注桩后压浆适用的地质条件，加固机理，参数的确定，施工工艺及在实际工程中的应用，通过试验数据对比分析，表明灌注桩后压浆技术很好地解决钻孔灌注桩施工工艺本身存在着桩的缺陷，并提高了桩的承载力，有效降低工程造价。

一、适用的地质条件

本文，笔者介绍的施工方法适用于灌注桩的持力层应为碎石层，碎石含量应在50%以上，充填土与碎石无胶结或者为轻微胶结，碎石的石质要坚硬，碎石分布均匀，碎石层厚度要满足设计要求。

二、后压浆技术作用原理

在灌注桩施工中将钢管沿桩钢筋笼外壁埋设，桩混凝土强度满足要求后，将水泥浆液通过钢管由压力作用压入桩端的碎石层孔隙中，使得原本松散的沉渣、碎石、土粒和裂隙胶结成一个高强度的结合体。水泥浆液在压力作用下由桩端在碎石层的孔隙里向四周扩散，对于单桩区域，向四周扩散相当于增加了端部的直径，向下扩散相当于增加了桩长；群桩区域所有的浆液连成一片，使得碎石层成为一个整体，从而使得原来不满足要求的碎石层满足结构的承载力要求。在钻孔灌注桩施工过程中，无论如何清孔，孔底都会留有或多或少的沉渣；在初灌时，混凝土从细长的导管落下，因落差太大造成桩底部位的混凝土离析形成“虚尖”、“干碴石”；孔壁的泥皮阻碍了桩身与桩周土的结合，降低了摩擦系数，以上几点都影响到灌注桩的桩端承载力和侧壁摩阻力。浆液压入桩端后首先和桩端的沉渣、离析的“虚尖”、“干碴石”相结合，增强该部分的密实程度，提高了承载力；浆液沿着桩身和土层的结合层上返，消除了泥皮，提高了桩侧摩阻力，同时浆液横向渗透到桩侧土层中也起到了加大桩径的作用。以上几点均对提高灌注桩的单桩承载力起到不可忽视的作用。

三、技术压浆参数的设定

压浆参数主要包括压浆水灰比、压浆量以及闭盘压力，由于地质条件的不同，不同工程应采用不同的参数。在工程桩施工前，应该根据以往工程的实践情况， 先设定参数，然后根据设定的参数，进行试桩的施工，试桩完成后达到设计的强度，进行桩的静载试验，最终确定试验参数。

1.水灰比。水灰比一般不宜过大和过小，过大会造成压浆困难，过小会使水泥浆在压力作用下形成离析，一般采用015～017。

2.压浆量。压浆量是指单桩压浆的水泥用量，它与碎石层的碎石含量以及桩间距有关，取决于碎石层的孔隙率，在碎石层碎石含量为50%～70%，桩间距为4～5m的条件下，压浆量一般为115～210t。它是控制后压浆施工是否完成的主要参数。

3.闭盘压力。闭盘压力是指结束压浆的控制压力，一般来说什么时候结束一根灌注桩的压浆，应该根据事先设定的压浆量来控制，但同时也要控制压浆的压力值。在达不到预先设定的压浆量，但达到一定的压力时就要停止压浆，压浆的压力过大，一方面会造成水泥浆的离析，堵塞管道，另一方面，压力过大可能扰动碎石层，也有可能使得桩体上浮。

然后根据预先设定的参数，进行试验桩的施工，再根据试桩的静载试验结果，最后确定工程桩的压浆参数，就可以进行工程桩的施工了。

四、后压浆技术施工工艺

工艺流程：灌注桩成孔——钢筋笼制作——压浆管制作——灌注桩清孔——压浆管绑扎——下钢筋笼——灌注桩混凝土后压浆施工

需要注意的几个施工要点如下：

1.压浆管的制作。在制作钢筋笼的同时制作压浆管。压浆管采用直径为25mm的黑铁管制作，接头采用丝扣连接，两端采用丝堵封严。压浆管长度比钢筋笼长度多出55cm，在桩底部长出钢筋笼5cm，上部高出桩顶混凝土面50cm但不得露出地面以便于保护。压浆管在最下部20cm制作成压浆喷头（俗称花管），在该部分采用钻头均匀钻出4排（每排4个）、间距3cm、直径3mm的压浆孔作为压浆喷头；用图钉将压浆孔堵严，外面套上同直径的自行车内胎并在两端用胶带封严，这样压浆喷头就形成了一个简易的单向装置:当注浆时压浆管中压力将车胎迸裂、图钉弹出，水泥浆通过注浆孔和图钉的孔隙压入碎石层中，而混凝土灌注时该装置又保证混凝土浆不会将压浆管堵塞。

2.压浆管的布置。将2根压浆管对称绑在钢筋笼外侧。成孔后清孔、提钻、下钢筋笼，在钢筋笼吊装安放过程中要注意对压浆管的保护，钢筋笼不得扭曲，以免造成压浆管在丝扣连接处松动，喷头部分应加混凝土垫块保护，不得摩擦孔壁以免车胎破裂造成压浆孔的堵塞。按照规范要求灌注混凝土。

3.压浆桩位的选择。根据以往工程实践，在碎石层中，水泥浆在工作压力作用下影响面积较大。为防止压浆时水泥浆液从临近薄弱地点冒出，压浆的桩应在混凝土灌注完成3～7d后，并且该桩周围至少8m范围内没有钻机钻孔作业，该范围内的桩混凝土灌注完成也应在3d以上。

4.压浆施工顺序。压浆时最好采用整个承台群桩一次性压浆，压浆先施工周圈桩位再施工中间桩；压浆时采用2根桩循环压浆，即先压第1根桩的A管，压浆量约占总量的70%（111～114t水泥），压完后再压另1根桩的A管，然后依次为第1根桩的B管和第2根桩的B管，这样就能保证同一根桩2根管压浆时间间隔30～60min以上，给水泥浆一个在碎石层中扩散的时间。压浆时应做好施工记录，记录的内容应包括施工时间、压浆开始及结束时间、压浆数量以及出现的异常情况和处理的措施等。

五、巩登高速桩基试桩实例

在上巩登高速公路K1+359.3河洛路分离式立交桩基后压浆试桩（完成试桩3根），试桩桩长36m，设计桩径1.5m，混凝土强度等级为C25，采用桩底预置管式单向阀与内导管组成后压浆工艺，故钢筋笼采用通长配置。采用两对半镀锌钢管，浆泵压力1～2MPa，水灰比为0.6∶1，并配以少量的膨胀剂，每根桩的水泥用量约1000～1500kg。

1.水泥浆体。当水灰比小于0.8特别是达到0.5～0.6时，水泥浆体是塑性体而非牛顿体，在小管径管内流动时较困难，需要克服较大阻力，要求加大供浆泵压。虽然压力大易于流动，但会使浆液在浆管出口及渗入胶腔中的流动状态和条件出现变化，如紊流等，这将不利于渗入注浆与压密扩腔作业。因此，国内外许多注浆专家都建议，对水灰比小于0.6的浆液注浆时，注浆管径不小于30mm。河滨围城桩基后压浆试桩注浆管径为30毫米。再者，为增加浆液的流动性，加入适量的木钙等减水剂是可行的。同时加入少量的浆液悬浮稳定剂。浆液结石率一般为85～88%，平均为86%，在腔内充填粒料设计合理，浆液中加必要的防止失水收缩的微膨胀剂，会取得更好的注浆结石效果。

2.注浆用水泥材料。宜选用PO型普通硅酸盐水泥，而不宜选用PS型矿渣水泥，后者早期强度低，干缩性大，且抗碳化能力差。

3.承载性能测试及机制分析。

（1）首先应了解灌注桩本身的完整性，可采用注浆管在注浆前1～2天对桩进行超声波测试，判断桩自身是否存在离析、夹泥、断桩等严重缺陷，最终了解、判断其桩身的完整性；若桩本身存在缺陷，即使注浆再多也无法达到提高承载力的目的。

（2）用底应变反射波测试，可以了解桩身完整性，同时了解桩底的沉渣情况。在实测中当桩底的沉渣多时，动测波形中可明显见到桩底反射，注浆后再进行动测时，桩底反射已基本见不到，说明在桩底注浆后，由于桩底沉渣中的孔隙部分被浆液所充填，散粒被胶结，土体强度和变形模量大幅度地提高，其ρ和V均与混凝土桩相接近，反射系数较小，动测波形图中反射曲线趋近于零。

（3）通过对试桩的静载试验（分注浆前和注浆后两次进行），实测Q-S曲线，注浆前、后，桩的沉降及极限承载力均有明显改善。不同的工程地质条件有很大的差异，不可能有相同的压浆参数，预先设定的压浆参数往往参考相似工程的经验，压浆参数的最终确定要依赖于试验桩的结果，而全国可以借鉴的经验并不多，有待进一步的积累，再加上理论的探讨，最终形成一个成熟的技术。灌注桩后压浆具有提高单桩承载力，提高生产率，节约建设资金的优点，所以，在具备条件的工程中推广后压浆施工工艺有着重要的意义和广阔的前景。