桩基后注浆技术在桥梁工程中的应用

刘 岩

（中铁大桥勘测设计院集团有限公司 武汉 430056）

灌注桩后注浆工艺包括桩基桩端注浆与桩基桩侧注浆两部分，是灌注桩的辅助工法。该技术旨在灌注桩成桩一定时间后，通过预设于桩身内的注浆管及与之相连的桩端、桩侧注浆阀注入水泥浆，使桩端、桩侧沉渣（虚土）和泥皮得到固化，并加固桩底和桩周一定范围的土体，以大幅提高桩的承载力，增强桩的质量稳定性，减小桩基沉降。该工艺已广泛应用于房屋建筑基础工程中，并取得了较好的经济效益，但在桥梁工程中应用较少。

郑州市西三环航海路立交桥梁面积97 280.1 m2，桩基共994根，均为摩擦灌注桩。其中：直径1.2 m的桩基534根，直径1.5 m的桩基460根。场区内地下水匮乏、地层条件较简单，地层自上而下可分为新近人工填筑土、全新世冲积粉土及上更新世冲积粉土和粉质黏土。根据工程地质特性及桩基类型，本项目桩基较适合采用后注浆工艺，以达到提高桩基承载力，减少桩基工程数量，降低基础造价的目的。

1 桩基后注浆施工工艺

1.1 施工工艺流程［1］

本项目桩基后注浆施工采用单向注浆，施工工艺流程见图1。

图1 压力注浆工艺流程图

1.2 注浆管的制作与安装

1.2.1 桩侧后注浆管制作与安装

距桩底12 m以上、桩顶8 m以下布置注浆阀，每隔10～12 m设置1道侧注浆阀，桩长50 m及以上的设置3道侧注浆阀，桩长50 m以下的设置2道。每道注浆阀对应1根DN25注浆钢管，钢管绑扎布置在钢筋笼外侧，随钢筋笼一起下孔，注浆管端部用三通连接注浆喷管，注浆喷管为1根内径直径25 mm带钢丝的柔性高压塑料管，沿钢筋笼外侧绕桩身环形布置，在喷头管的外侧打孔后缠塑料带密封，见图2。桩端注浆管注浆孔呈梅花形布置；桩侧注浆管注浆孔沿外侧打孔，2种注浆管注浆孔封孔方法相同。

图2 后注浆管示意图

1.2.2 桩端后注浆管制作与安装

利用声测管作底注浆管，用3根直径50 mm声测钢管呈等边三角形布置。超声波检测后进行桩端注浆。

3根直径50 mm钢管绑扎布置在钢筋笼内侧，随钢筋笼一起下入孔底。选取2根声测管做注浆管，2根注浆管下部分别用三通连接1根内径25 mm带钢丝的柔性高压塑料管，注浆喷头管绕桩身环形布置，注浆喷头管的外侧打孔后缠塑料带密封。其中1根作为备用管，主注浆管出现意外导致注浆失败时启用，见图2、图3。

图3 桩端注浆管布置图

1.3 施工控制要点

（1）开塞时间。灌注桩后注浆施工中，开塞在混凝土浇注后12～24 h内进行，开塞后用清水冲洗注浆管道，直至溢出清水，然后用堵头重新封闭注浆管。

（2）后注浆施工时间。成桩2 d后可开始注浆，先桩侧注浆，后桩端注浆，桩侧注浆顺序为先上后下，先外围后中间，桩侧注浆和桩端注浆时间间隔3～6 h。

（3）持荷时间、注浆量、注浆压力及注浆流量的控制。

①持荷时间：压力达到设计值后持荷时间应不小于5 min。

②注浆量按《建筑桩基技术规范》［2］第6.7.4条、《公路与桥涵工程地基基础设计规范》［3］第5.3.6条计算确定，单桩注浆量估算：

Gc＝αpd＋αsnd

式中：αp，αs分别为桩端、桩侧注浆系数；n为桩侧注浆断面数；d为桩径，m；Gc为注浆量，以水泥质量计，t。

对群桩初始注浆的数根基桩的注浆量应按上述估算值乘以1.2的系数。

以直径1.2 m桩为例，依照本工程地层情况，单桩注浆量估算值为：

即对于桩径1.2 m的桩，注浆量为：桩侧注浆水泥用量1.0 t／道；桩底注浆水泥用量3 t；单根桩注浆水泥总用量，两道侧注浆阀时5 t，三道侧注浆阀时6 t。

对于桩径1.5 m的桩，注浆量为：桩侧注浆水泥用量1.5 t／道；桩底注浆水泥用量3.5 t；单根桩注浆水泥总用量，两道侧注浆阀时6.5 t，三道侧注浆阀时8 t。

③注浆压力及注浆流量为：桩侧注浆压力1～2.5 MPa；桩端注浆压力2～4 MPa。注浆流量为75 L／min。

（4）材料选用与水灰质量比。配制注浆浆液采用普通硅酸盐水泥，水泥要求新鲜、不结块，并按有关规定批次送检，合格后方可使用；浆液水灰质量比取0.6。

（5）注浆终止条件。当满足下列条件之一时可终止注浆：①注浆总量和注浆压力均达到设计要求；②对每一道注浆来说，注浆量达到设计值，但注浆压力没有达到设计值。此时改为间歇注浆（间歇时间为30～60 min），再注设计值30%的水泥浆为止；③对每一道注浆来说，注浆压力达到设计值并在持荷5 min后，注浆量少于设计值，此时保证注浆量不低于设计值的80%即可。

1.4 注浆施工过程中常出现的情况和处理措施

（1）压力逐渐上升，但达不到设计要求的压力，这可能是浆液在粘土中形成脉状劈裂渗透，或浆液浓度低、凝胶时间长，或部分浆液溢出。处理措施是：调整浆液水灰比，注浆方式改为间歇注浆。

（2）注浆开始后压力不上升，甚至离开初始压力值呈下降趋势，这可能是浆液外溢。处理措施是：注浆方式改为间歇注浆。

（3）压力上升后突然下降，这可能是浆液从注浆管周围溢走，或注速过大，扰动土层，或遇到空隙薄弱部位。处理措施是：控制注浆速度，注浆方式改为间歇注浆。

（4）压力上升很快，而注浆速度上不去，表明土层密实或凝胶时间过短。处理措施是：适当提高压力控制值，并调整浆液水灰比。

（5）压力大大超过设计压力，但注浆量与设计值相差较大，往往是操作不当引起，在刚注入水泥浆时就挂高档位注浆，压力立即升高，形成无法注浆的假相。处理措施是：控制注浆速度。

（6）压力有规律上升，即使达到容许压力，注浆速度也很正常（变化不大），这表明注浆是成功的。

（7）压力上升后又下降，而后再度上升，并达到预定的要求值，可以认为是第3种情况的空隙部位已被浆液填满，这种情况也是成功的。

2 后注浆桩基检测

2.1 后注浆桩基检测目的

（1）测定本工程桥梁范围内各土层的桩侧摩阻力和选定持力层的桩端阻力，测定单桩竖向抗压极限承载力。

（2）验证桩基后注浆工艺的可靠性。

2.2 检测内容

（1）单桩竖向静载试验。试桩单桩竖向静载试验采用锚桩法。

（2）桩身应变、应力检测。通过在桩身内部安装的应力、应变传感器测量桩身各截面的内力，结合桩顶所施加的作用力可推算出桩侧摩阻力和桩端阻力为详细测试分层桩侧摩阻力和桩端阻力为设计提供可靠参数，本次试验采用分布式光纤技术和振弦式钢筋应变计，共同监测桩身应变、应力，见图4、图5。

图4 光纤传感器原理简图

图5 钢筋应力计监测桩身应变

（3）桩基完整性检测。采用超生脉冲法对桩基的连续性、完整性、均匀性进行检测，判断桩基缺陷的程度并确定其位置。

2.3 试验检测成果

试验选取6根试桩，桩径1.2 m、桩长38 m、混凝土等级C30。为便于对桩基后注浆效果进行对比分析，进行试验检测的6根桩中，1根桩不注浆，2根桩只桩端注浆，3根桩采用桩端与桩侧复合注浆。考虑桩身扩径对计算结果的影响，采用实测结果结合规范的方法，得到试验成果见表1、表2。

表1 单桩竖向承载力检测成果

表2 后注浆灌注桩桩侧阻力、桩端阻力值检测成果 kPa

试验结果表明，灌注桩桩基承载力均满足设计要求，桩端、桩侧后注浆施工工艺及工艺流程可靠。灌注桩桩端、桩侧采用后注浆工艺后，对钻孔摩擦桩承载力起主要作用的钻孔桩桩侧土摩阻力标准值可提高1.5倍，桩的整体承载能力有大幅度提高。

3 桩基后注浆的优、缺点

3.1 桩基后注浆的优点

（1）可大幅度提高钻孔灌注桩的承载力，技术经济效益显著。桩基采用后注浆工艺后，因灌注桩承载力提高直接降低了基础工程造价；同时因桩底虚土得到固化，可间接减少因桩基不均匀沉降带来的其他经济损失，表现出显著的技术经济效益。

（2）提高桩基的质量。桩基采用后注浆工艺后，可改变桩底虚土（包括孔底扰动土、孔底沉渣土、孔口与孔壁回落土）的组成结构，可解决普通灌注桩桩底虚土这一技术难题，对确保桩基工程质量具有重要意义。

（3）施工工艺简单，便于普及。桩基后注浆施工方法及注浆设备简单，便于普及与推广。

3.2 桩基后注浆的缺点

（1）影响注浆效果因素多。桩基后注浆工艺，包括注浆管的设置、浆液的配合比、注浆压力、注浆量、注浆工艺流程及技术控制指标等，需结合灌注桩成孔、成桩工艺及地质条件进行确定；施工过程中须做到精心施工，避免造成注浆管堵塞、地面冒浆、地下窜浆等现象出现，否则会影响压力注浆工艺的效果。

（2）增加桩基施工工期。压力注浆必须在桩身混凝土达到一定强度值后进行，会增加桩基施工工期，桩基施工时需优化施工组织设计，减少因注浆对工期的影响。

4 结语

经实践证明，灌注桩后注浆工艺在混凝土灌注桩的承载力提高中表现出较大的优势，且经济效益显著。本项目灌注桩采用此工艺后，节省水下C30混凝土12 856.2 m3、节省钢筋593.8 t、钢料87.2 t。桩基施工费用节省1 785万元，占桩基础总施工费用的16.3%。达到了提高桩基承载力，减少桩基工程数量，降低基础造价的目的。

由于此工艺在国内桥梁行业大规模应用案例很少，因此本项目设计过程中对桩基承载力留有适当的富余量，如果对此工艺做进一步研究，对钻孔摩擦桩的优化幅度可达到30%。采用此工艺在直接降低工程造价的同时，还可以间接减少因桩基不均匀沉降带来的其他经济损失，且施工工艺简单，便于普及。因此灌注桩后注浆工艺在桥梁工程中的应用推广前景十分广阔，对提升岩土工程设计与施工技术水平具有重大的经济、社会与环境效益。

［1］ 龚维明，戴国亮，黄生根.大型深水桥梁钻孔桩桩端后压浆技术［M］.北京：人民交通出版社，2009.

［2］ JGJ94－2008建筑桩基技术规范［S］.北京：中国建筑工业出版社，2008.

［3］ JTG D63－2007公路与桥涵工程地基基础设计规范［S］.北京：人民交通出版社，2007.