用灌浆法提高灌注桩的承载力

王晓玲

（安徽省巢湖市公路局和县分局，安徽 巢湖 238200）

1 概述

钻（冲、挖）孔灌注桩，从20世纪60年代初在河南省南阳地区研制应用以来，因其具有众多的优点，已广泛应用于包括软土、黄土、膨胀土等特殊土在内的各类地基和工业、民用、市政、铁路、公路、港口等各类工程实践中。和预制桩相比，钻孔桩施工时无噪声、无振动，对周围建筑及环境影响小，桩径大，入土深，承载力大。据文献[1]统计，我国钻（冲）孔桩最大桩径已达到4000mm，最大桩深已达104m，而钢管桩最大桩径为1200mm，最大桩深为83m，预应力混凝土管桩最大桩径为1300mm，最大桩深为40m。

随着我国社会主义建设事业的迅速发展，伴随着高层建筑，大跨度桥梁的兴起，对桩基础的承载力有了更高的要求。大直径灌注桩因此得到快速发展，桩长和桩径也越做越大。然而，在现有的各种成桩方法中，钻孔桩虽有许多优点而被广泛采用，但在施工中却难以避免泥浆的影响，这不仅降低桩承载力的期望值，而且造成材料的严重浪费。人工挖孔桩因难以达到更大的深度，其承载力也难尽如人意。鉴于灌注桩的这种现状，如何提高桩的施工工艺水平，使投入的材料得到更为合理的利用，以大幅度提高单桩承载力，就成为工程界备受关注的热点问题。

2 影响钻孔灌注桩承载性能的因素

在施工过程中，由于地质、施工机械的影响，常造成桩底虚土（软弱层段），其厚度一般为0.2～0.5m，厚者可达Im。特别是松软地层中钻孔，用泥浆护壁，孔底沉渣更不可避免；即使经过特别仔细清孔，清孔后至灌注混凝土前，仍会沉淀一些沉渣，且在成孔过程中，都普遍存在对孔壁和孔底土层的扰动。所有这些都影响了钻孔灌注桩承载力的发挥。

桩的静载试验表明，钻孔灌注桩的端承力仅占其极限荷载的15%～35%，侧阻与端阻的发挥存在不同步现象。要充分发挥侧摩阻力只需几个毫米的桩顶位移，而要充分发挥端阻力的作用，需要达到桩径的10%-30%的桩顶位移[2]。这么大的位移在工程上是不允许的。桩达到破坏时，侧摩阻力达到极限而破坏，而端阻力得不到充分发挥，其潜力却很大。这就是钻孔灌注桩承载力上不去的原因。

研究表明，桩底虚土的存在，不仅影响端阻的发挥，也使侧摩阻力受到损失[3]。桩周软弱夹层的存在，使得桩体与土体之间的摩擦性质发生改变，对于以桩土之间通过摩擦传递荷载来讲，是非常不利的。这正是钻孔灌注桩承载效益不高的另一原因。

3 提高钻孔灌注桩承载力的对策

根据以上钻孔灌注桩承载力上不去的原因分析，工程界出现的一些提高桩基承载力的方法，大体上都是围绕消除桩底沉渣、桩周软弱夹层而设的。

3.1 预加载法：预先对桩底进行预压，使桩底虚土压密，提高桩的承载力。但费时、费钱，且不易实施。

3.2 扩大端承面积。即扩底桩，在过去的工程中用的较多，但对桩底虚土的存在仍无能为力。

3.3 砂衬桩技术：该法用于沉管灌注桩，施工时，利用双层套管在桩周围灌砂，成为砂套约3～10cm，砂套的存在可提高桩侧壁的摩阻力。

3.4 灌浆技术：灌浆法可分为先灌浆法和后灌浆法。先灌浆法是在钻孔桩成孔后至灌注混凝土前进行灌浆，即将喷头铁管放入孔底插入虚土，喷射水泥浆，使桩底虚土与水泥混合，最后再灌注桩身混凝土。

后灌浆法是在桩身混凝土达到一定强度后，再进行灌浆，根据灌浆位置不同，分为桩的侧壁灌浆和底部灌浆。底部灌浆又可分为有容器灌浆和无容器灌浆。根据灌浆压力的大小又可分为低压灌浆和高压灌浆，灌浆方式和范围的不同，其机理和效果也是不同的。

多年来，工程界这样的实践很多。一般经过灌浆处理，桩的承载力可提高20%～30%c，多者可达60%～70%，但其提高承载力的机理研究成果尚未看到报道，且压浆量的多少，压力的大小与承载力提高的定量关系更未看到报道。

4 我们在后灌浆、桩底高压灌浆方面所做的工作

从1989年开始，省交通厅与西南交大合作，进行桩基础理论在工程中应用的研究和探索，取得一些重要成果。用压力灌浆法大幅度提高单桩承载力，就是其中一项。该成果于1995年5月通过郑州铁路局与西南交大联合组织的鉴定，1998年7月通过铁道部的鉴定。该成果的原理是通过桩端和桩周压力灌浆压密土层，改变桩的边界条件并扩大桩的实际支承面积，达到提高桩的承载力的目的。

一般而言，粗粒土中压浆的效果比细粒土中的效果好，在同等条件下，当桩位于砂性土中时，经该工艺处理后的桩的承载力可达未灌浆桩的承载力的2倍以上，而当位于黏性土中时，则与土的性质密切相关，试验数据离散性较大，但一般也可提高30%以上。

铁道部的鉴定意见指出：该成果“形成了一套具有理论基础的实用技术，成果丰富了桩基工程的理论和实践”。“该研究成果整体技术处于国内领先水平，其中桩端压浆技术，达到国际先进水平。”我们深信，该项成果的推广应用，可以加快施工进度，节约造价，必将创造出更好的社会效益和经济效益。

5 桩底压力灌浆

桩底压力灌浆就是在普通桩桩底，预先安放一个灌浆腔，这种腔是由弹性材料制成，在压力作用下把浆液灌入灌浆腔，腔体膨胀，也即用浆体取代并压密了桩底沉渣及土体，在压密的同时，土体及沉渣排出部分孔隙水，随着进浆量及压力的增加，扩大头逐渐形成，压密范围也逐渐增大。这样，桩底压浆不仅处理了沉渣，更主要是改变了土体的性质，有效地提高了承载力。

桩底压力灌浆施工步骤：

5.1 造孔：同于一般钻（冲、挖）孔桩施工。

5.2 下设灌浆腔及钢筋笼：灌浆腔同钢筋笼底部焊接在一起，一同下入孔中，同时安装灌浆管，灌浆管由灌浆腔引出到地面以上。

5.3 灌注桩身混凝土

5.4 桩底压力灌浆：当桩身混凝土强度达到60%～70%后，进行桩底压浆。压浆程序为：安装止浆阀(图4)-连接灌浆管路——检查压浆泵及压力表，使其处于完好状态——冲洗灌浆腔——灌水泥浆——结束。

6 桩侧灌浆

桩侧灌浆就是在普通桩的基础上，通过事先预埋的花管，把水泥浆液压入孔壁之中。其作用：一是可以处理泥皮；二是可以挤压桩侧土体；三是可以形成凸出的浆液包；四是还具有渗透灌浆效果，所有这些均改善了桩与孔壁的接触条件及土体状况，借以提高整个桩的承载力。

桩侧灌浆施工步骤：

6.1 造孔：同于常规钻（冲）孔桩施工。

6.2 下设花管：四根花管均布绑在钢筋笼外侧，其孔眼用橡皮箍绑紧，橡皮箍的作用是防止灌注桩身混凝土时，浆液进入花管内。为了防止下设花管时孔壁对橡皮箍的损坏，在橡皮箍的下端绑有铅丝防滑环。花管及钢筋笼下设完毕后，即可进行桩身混凝土的灌注。

6.3 桩侧灌浆：当桩身混凝土灌注完12h后，即可进行桩侧灌浆，灌浆分根分段由下而上进行。浆液水灰比为0.6，在浆液中掺入2.5%的膨润土。

侧壁灌浆后，其桩侧极限侧摩阻可增加一倍左右。

总之，当桩侧壁与桩底共同压浆，不仅大幅度提高桩端承载力，而且其侧壁极限摩阻力大为增加。但侧壁压浆工艺复杂，不易掌握。桩底压浆工艺相对简单，易于掌握，效果显著。

桩底压浆还有一个很大的优点，即在动力荷载作用下几乎没有永久沉降。这个特性对于高速、重载铁路建设有着特殊的意义。因为高速铁路对于线路的平顺状况要求是很严格的。桩底压浆在发挥材料强度方面有明显的优势，据统计，普通钻孔桩单位体积可提供的极限承载力平均为251.3kN/m3，而压力灌浆桩可达812.68kN/m3，后者为前者的3.2倍。这样用桩底灌浆技术可解决普通钻孔桩经济效益不甚高的矛盾，为钻孔桩的广泛应用注入新的活力。

[1]娄奕红,刘喜元.桩土相互作用的有限元-无界元分析[J].城市道桥与防洪，2004年02期

[2]周红波.桩端后注浆钻孔桩承载性能与注浆关系的数值模拟[J].工业建筑，2005年09期

[3]殷永高.根式基础及根式锚碇方案构思[J].公路，2007年02期