大直径钻孔灌注桩桩底后注浆技术的应用

李军方 王 燕

(1.邢台市人民医院，河北邢台 054000;2.石家庄铁道大学，河北石家庄 050043)

1 概述

邢台某高校办公楼的主楼长50 m，宽18 m，裙楼长80 m，宽18 m。主楼采用筏板基础，裙楼采用钻孔灌注桩基础，共38根，桩径为800 mm，有效桩长为10 m，以中粗砂作为桩端持力层，其承载力不能满足设计要求，结合该工程的具体特点和场地地质条件，本工程采用了后注浆技术对灌注桩桩端进行压力注浆，通过后注浆使桩端持力层的受力面积增大，扩底直径为2.3 m～2.6 m，通过计算及工程桩试桩，其承载力和变形满足上部结构对地基的要求。

2 大直径钻孔灌注桩后注浆技术原理

后注浆技术是在灌注桩施工过程中通过在桩侧和桩端预先设置高压注浆管，并在桩体强度达到预定要求后对灌注桩进行高压注浆，从而提高灌注桩承载力的一种辅助工法［1］。采用后注浆技术，成桩前首先在钢筋笼的两侧将注浆管与钢筋笼主筋绑扎牢固，桩侧注浆管要保持一定的竖向间距，确保注浆过程中竖向注浆点之间不相互串通;桩端注浆出口宜伸入桩端持力层或孔底沉渣一定深度，以达到对桩端持力层加固的目的。

后注浆施工采用高压注浆泵将一定水灰比的水泥浆通过注浆管压入预先在桩体内埋置的注浆钢管，水泥浆通过特制的注浆阀注入桩周和桩端土体［2］。注浆压力根据注浆管的埋置深度、场地地质条件及灌注桩承载力提高幅度而定［3］。注浆时间一般控制在桩体混凝土初凝后，且保证预定注浆压力能够将注浆阀打开。

后注浆技术通过以下方面对桩竖向承载力进行增强:

1)孔底沉渣与桩周泥皮的固化。后注浆后，通过对桩端孔底沉渣的固化胶结，使桩端土的端阻得到提高;通过使桩周围泥皮的固化，使桩周土的软弱泥皮强度得到提高，从而提高桩的侧摩阻力。

2)桩端持力层的加强。对于粗粒土，如粗砂、砾砂和卵石等，桩端后注浆后，桩端持力层一定范围内的地基土由于水泥浆的渗入胶结，使桩端持力层地基强度显著提高，从而提高桩承力。

3)浆体的劈裂加筋效应。对于桩周土为软弱地基土的情况，后压浆技术可以使桩周与桩端附近一定范围内的地基土发生劈裂，在土体内形成一定程度的水泥浆胶结块或水泥浆加筋体，由于水泥胶结块和加筋体的存在，提高了桩周和桩端土体的侧摩阻和端阻，使桩体承载力得到提高。

4)桩体尺寸扩大效应。桩体注浆后，在高压作用下，水泥浆体在注浆阀周围形成一定范围的外凸，使桩体外形变为“糖葫芦”或“钫锤”形。桩体外形的改变，提高了桩体的侧摩阻和端阻，增加了桩体承载力。

3 桩底注浆工艺

3.1 桩底注浆工艺流程

埋设注浆管→高压水疏通注浆管道→制浆→注浆［4］。

3.2 注浆参数的选择

3.2.1 埋设注浆管

在钢筋笼的两侧对称安放2根直径20 mm的注浆管，注浆管采用管箍连接。注浆管下端埋入桩端持力层中粗砂500 mm，且注浆管的端部用直径5 mm～10 mm的碎石包裹，以利于高压注浆时注浆阀能够顺利打开。

3.2.2 高压水疏通注浆管道

当钻孔灌注桩成桩后48 h～72 h，向注浆管注入高压清水，以清除射浆管逆止阀周围混凝土中水泥浆液，打通注浆通道。其压力约 2.0 MPa，稳定压力 0.8 MPa ～1.2 MPa。整个高压水疏通注浆管道工作大约持续2 min～3 min即可终止。

3.2.3 注浆龄期

桩体后压浆时由于水泥浆体具有很高的压力，为避免注浆过程中桩体混凝土破坏，注浆前桩体混凝土要达到一定强度［5］。本工程中桩身混凝土强度等级为C20，注浆时间在成桩后3 d开始。

3.2.4 浆液水灰比

水泥浆液的水灰比要根据具体的工程条件进行确定。对于粗粒土，宜选取水灰比稍小的浆液，而对于细粒土，则选用水灰比稍大的浆液更为有利。一般水灰比较小时，为使浆液流动更方便，常常在浆液中加入一定比例的减水剂，从而避免注浆过程中因注浆管道堵塞而导致注浆失败。本工程注浆材料选用P.S32.5矿渣硅酸盐水泥，水灰比为0.6。

3.2.5 注浆量

桩端注浆量依据桩端持力层的物理力学性能、孔底沉渣量、桩竖向承载力提高幅度等因素综合确定，注浆量可按下式进行估算:

其中，Q为每根桩浆液注入量，m3;α为浆液损耗系数，取1.1～1.3;R为浆液有效扩散半径，m;H为注浆段的高度，一般为0.5 m ～1 m;n为空隙率;β 为浆液充填系数，取0.4 ～0.9。

本工程中，每根桩浆液注入量为1.6 m3左右。前两级各注400 L，后一级注800 L。每根桩注入水泥量为890 kg。

3.2.6 注浆压力

注浆压力一般以不使桩体产生整体上移或桩周土体产生整体剪切破坏为前提，且注浆过程中桩体混凝土不得出现因注浆而发生破坏的现象。注浆压力初始阶段压力一般较大，注浆管打开后注浆压力多控制在0.5 MPa～1 MPa。本工程注浆压力为0.8 MPa。

3.2.7 注浆结束标准

当注浆量达到预定浆液注入量或注浆压力大于预定注浆压力时，即可终止注浆。

3.3 注浆注意事项

1)注浆过程中出现注浆压力突然下降或注浆量突然增大时，应立即检查原因，如有浆液跑、冒现象应立即停止注浆，并采取封堵、减小注浆压力、加大浆液浓度等措施，或采用间歇注浆的方法。2)注浆顺序采用先桩侧注浆、后桩端注浆，先群桩外侧注浆，后群桩内部注浆的方式。3)注浆结束后，注浆管端部应采取封堵闭浆，以免出现冒浆现象，影响注浆效果。

3.4 注浆效果

注浆结束后，随机选取了3根桩进行了桩身承载力竖向静载荷试验，同时选取了桩总数量的20%进行了桩身低应变动力测试，检测结果表明，桩承载力值比注浆前桩设计承载力值提高20%，且注浆后桩身完整，桩顶沉降量满足设计要求。

4 结论及建议

后注浆技术具有工期短、造价低及施工方便的优点，能够大幅度地提高单桩竖向承载力。本文结合具体的后注浆工程，得到以下结论:1)对于大直径灌注桩，采用后注浆技术实施桩端和桩侧注浆，能够大幅度地提高桩竖向承载力;2)合理的注浆参数能够保证注浆效果，注浆时间、注浆压力、浆液水灰比及注浆量对桩竖向承载力的提高均有影响;3)后注浆技术的影响因素较多，采用后注浆技术时，建议桩竖向承载力的提高幅度不宜过大，以保证工程安全。

［1］黄力强.钻孔灌注桩孔底注浆施工质量控制［J］.施工技术，2000(9):15.

［2］中国建筑科学研究院.灌注桩后注浆(PPG)工法(YJGF04-98)［J］.施工技术，2001(1):46-47.

［3］严 敏，莴明倬，李自强.桩底后注浆超长灌注桩在东方之门工程中的应用［J］.建筑结构，2009，4(39):778-780.

［4］盛黎麟，楼兰忠，吴鸣鹏，等.大直径钻孔灌注桩桩底后注浆施工及质量控制［J］.建筑施工，2007(6):387-389.

［5］闫祥梅.河南广播电视发射塔基础施工中后注浆技术分析［J］.工业建筑，2011(41):105-107.