刍议灌注桩后压浆技术在某工程中的应用

张玉宇

【摘 要】文章结合多年的施工经验，论述了高层建筑钻孔灌注桩应用压浆工法的工艺及其机理，分析了该工法对提高单桩竖向承载力、改善桩基承载工作性能的应用效果，希望能给同类工程参考价值。

【关键词】灌注桩；注浆；承载力

0.工程概况

某建筑物层高20层，主楼地下2层，地面18层，总高度70.2m，附楼2层，结构为框剪结构，经过多个设计方案论证，桩基工程采用后压浆钻孔灌注桩，桩荷载形式为端承——摩擦桩，共布设后压浆钻孔灌注桩290根，其中？准700桩256根，？准9600桩34根，有效桩长17～18m，单桩承载力浆工艺是在桩身混凝土达到终凝后，通过桩身预留注浆管，其设计值为2250kN。该工程工程地质条件见表l。

1.后注浆钻孔灌注桩施工工艺

后注浆钻孔灌注桩施工工序为：钻进成孔-吊放钢筋笼（同时预埋注浆管）-浇灌混凝土-成桩后注浆。

1.1成孔工艺

采用泵吸反循环全面钻进成孔工艺。开钻前在桩位处埋设大于桩径500mm的护筒，钻机对位偏差小于1cm，刚开钻采用正循环钻进，待钻进4-5m后采用反循环钻进，钻孔过程中应控制好泥浆参数和钻进参数。钻进成孔均采用切削具疏齿状排列的三翼锥形钻头全面钻进。钻头直径？准700mm、？准600mm两种。

1.2吊放钢筋笼（预埋注浆管）

（1）在成孔后把两根注浆管连同钢筋笼放入孔内。

（2）注浆管检查。注浆管必须经过检查，无锈蚀，无裂痕，耐压性能好，尤其管内不得有锈蚀及其它杂物，防止铁锈及杂物进入注浆阀，使注浆阀堵塞，造成注浆失败。

（3）预埋注浆管。成孔检查合格后，两根后注浆管随钢筋笼下入孔内，注浆管绑扎在钢筋笼上对称安装，安装注浆阀时注意注浆阀高度为300mm右，且向内弯曲15度，以进人孔底锥面内，然后填入级配合理的碎石，高度以填埋注浆阀高度为宜，注浆管在下入孔内过程中，应向注浆管内注入清水，以检查注浆管是否漏水，并可平衡管内外水注压力差，以防损坏注浆阀，下人孔内后在注浆管上部安装丝堵，防止其它杂物进入。

1.3混凝土灌注

混凝土采取水下灌注，混凝土标号为C25，在对孔深、泥浆等相关性指标验收合格后开始灌注。灌注前把0.2～0.5m碎石投人孔底。灌注时要求导管离孔底0.3～0.5m，初灌量应保证导管埋深1.2～1.5m，灌注混凝土应连续进行，并严禁把导管底拔出混凝土面。

1.4成桩后注浆

（1）注浆技术参数。

1）水泥：采用525#R普硅水泥，水灰比为0.6。

2）注浆量：单桩设计注浆量为l.38m。必须严格按设计注浆，实际注浆时需大于或等于设计注浆量。

3）压浆速度：50-75L/min。

4）注浆压力：初始0.5～1MPa。正常1.5～2MPa，最大3MPa，稳压时间15min左右。

5）注浆阀门设计：根据注浆内径在下部打孔，孔径累计面积与注浆端面积之比>1.05，且保证喷射有效面积。

6）投石高度为50cm，注浆阀的有效长度设计为30cm。

（2）注浆施工，压浆采用2SNS型高压注浆泵并配以YJ340型泥浆搅拌机，总功率14kW，采用纯压式灌浆法，成桩3-5d后，把地面注浆系统与孔内一根注浆管连接，另一个注浆管丝堵打开，压人适量清水，冲洗孔底内注浆腔室，待另一注浆管内出清水后，开始注入按设计水灰比配制的水泥浆液，待另一注浆管内流出水泥浆液时，停注，安装上丝堵，继续注浆，待压力达到1.5MPa时，稳压15min左右，堵上此注浆管，换另一注浆管二次注入水泥浆液，压力达到1.8～2MPa时，稳压15min，拆洗上部注浆系统，进入下一条桩施工。桩底注浆示意图见图1。

2.注浆效果及特点分析

根据质量监督部门桩基检测结果，该工程单桩承载力提高很大。且地层卵砾层固化良好，达到微风化岩层效果。由于此高层建筑有2层地下室，开挖到基础桩顶标高-7m处，可见部分桩身有3-10mm水泥浆层护裹桩身，还有部分脉状水泥延伸，厚度50-150mm，长度2～3m。由此可见后注浆工艺产生的固化、劈裂、扩底扩径效应，达到了后注浆工艺提高承载力的目的。该大楼钻孔灌注桩施工中成功地使用了桩后注浆这种新技术工艺，取得了较好的效果，其特点为：

（1）有效提高单桩端承力。由于后注浆的挤压、充填固结作用，在桩底形成扩大头且消除了钻孔灌注桩沉碴的存在，使桩体与桩端持力层有效地结合在一起，且由于高压注浆使桩底产生反向预应力，能有效地发挥和增加单桩端承力。根据该大楼桩基检测中心做的高应变测试曲线分析，由于后注浆工艺使桩端持力层（卵石层）端阻进入微风化岩层，进一步证实桩端注浆的有效性。

（2）有效提高桩侧摩阻力。由于浆液沿桩周向上扩散泛浆，能部分增加单桩摩阻力，根据现场开挖情况，部分桩在桩上部可见5-15mm厚的注浆层。

（3）能消除一些不明不良地质现象，改善桩身受力情况。在施工中，桩注浆量均大于设计注浆量1.5t，部分桩浆量大于2.5t，个别桩达到9t。根据基础开挖到桩顶标高时（-7m左右）发现脊脉状注浆物存在，厚为50～150mm不等，且不规则，说明后注浆工艺能消除部分不良地质的影响。

（4）加固地基。由于全部工程均采用后注浆法施工，由于浆液对桩周土的压密作用，并使部分浆液渗透土粒、砂粒、砾石粒之间的间隙里，使其固结与四周地层紧密相依，从而使整个地基得到加固。

（5）工艺先进。后注浆工艺在我国是20世纪90年代初形成的一种先进的施工工艺，是科学技术在工程施工中的具体运用，由于其科学性和先进性，已在世界范围内多领域得到了广泛的应用和发展。

（6）不足之处。高压注浆易损件多、易坏、成本升高，地质情况复杂时，注浆量不易控制。

3.桩端压浆工艺提高承载力机理简析

由于此工法应用时间尚短，研究有待深入，对其机理简述如下。

对于采用泥浆护壁工艺成桩时，往往在孔底形成一个沉碴软弱层，即使通过置换泥浆或抽碴筒排碴等认真清底措施，也很难达到清除沉碴的标准。通过设置于桩底的柔性注浆腔压入水泥浆，浆泡逐步扩大并向外挤压，就会压密沉碴软层而硬化此层，继而对桩端土层产生压密，从而大大提高桩底土层的刚度和强度，促使端阻同步甚至超前发挥。同时，压力胶囊在注浆压力作用下产生径向扩张的过程中，将使其周围梨形区范围内的土体受到挤压和剪力作用（近似于图2中的I区、Ⅱ区），将迫使Ⅲ区土体压密并对桩身下端产生握裹效应，使得桩侧阻力也会有所提高。至于能够对桩身下端产生握裹作甩的范围，参照梅霍耶夫承载力公式解约为桩径的4-8倍，甚至更大，并随桩端处土体抗剪强度增大而增加。桩底沉渣软层的压实硬化，桩端土层的压密，相应的支承面积的扩大以及在桩身下段土层对桩体产生的握裹效应等综合作用，使桩端压浆能提高桩的承载力。

关于采用压浆工法提高单桩竖向承载力的数值，对于不同持力地层、不同长度的桩，据已有注浆桩与普通桩试桩资料对比，综合为0.2～2.0倍（这里的0.2倍是指桩端持力层为软弱的粉质黏土土层）。本地区的持力层多为中密一密实砂、砾石或卵石层，桩端压浆桩的极限承载力较未压浆桩增幅一般达到60-200%。其变动幅值是与桩端持力层条件、桩土工作体系状况、工艺条件及工艺参数诸因素密切相关。

4.结束语

工程实践表明后压浆技术能有效地提高钻孔灌注桩的承载力，减少沉降量，降低工程造价，缩短工期，有显著的经济效益和社会效益，为高层建筑和复杂工程地质条件下的基础工程应用提供了一种新的途径，值得大力推广。目前存在的不足之处为：①采用后压浆技术后，浆液在桩侧、桩端胶结体的具体形状、尺寸、强度以及浆液的影响范围尚不确定；②设计中计算公式和参数的取值没有统一的标准和规范；③施工中如何保证压浆质量和桩身质量。进一步研究后压浆钻孔灌注桩的设计计算理论，逐步提高施工工艺和管理水平是我们今后努力的方向。