灌注桩桩底后注浆的实践效果与改进建议

卢莹先

福建工大工程咨询监理有限公司 福建福州 350008

摘要：阐述福州市某高程建筑后注浆冲孔灌注桩的质量控制要点。通过对两组对照样本施工与检测资料的分析，指出对强透水性卵石土层实施注浆时，掺加速凝剂对注浆效果的重要作用，并对大直径超长桩的静载试验成果判释以及注浆工艺的改进提出若干建议。

关键词：冲孔灌注桩；卵石地层；后注浆；质量控制

前言

对泥浆护壁灌注桩实施后注浆是我国近年来得到业界肯定的、能有效提高灌注桩承载力的一项先进技术。本文叙述作者参与监理的福建省某高层建筑的灌注桩后注浆实践及其取得的良好效果，并通过学习和思考提出个人对进一步完善这一技术的若干建议。

1.工程概况与基础设计要点

1.1工程概况

某高层建筑建于福建省福州市鼓楼区，总建筑面积43167m2，地下室面积6705m2，主楼21层，裙楼4层，地下室1层，建筑高度81.1m，剪力墙结构。场地与桩基工程有关的地层，自上至下依次为杂填土、淤泥、粉土、砾砂、粉质粘土、卵石⑥、粉质粘土、卵石⑧、强风化（散体状）岩，岩土层分布柱状图见图1，其主要物理力学指标和设计计算参数见表1。

表1 各土层的物理力学指标和设计计算参数

土层 γ/kN.m-3 Es/Mpa fak/Kpa 冲（钻）孔灌注桩

qsik/kpa qpk/kpa

杂填土① 17.5 80 20-30 /

淤泥② 15.9 2.30 45 12-18 /

粉土③ 19.3 7.65 220 35-50 /

礫砂④ 19.5 15.2 300 60-70 /

粉质粘土⑤ 18.2 5.84 220 30-40 /

卵石⑥ 19.8 E0=30.2 430 70-80 2500-3000

粉质粘土⑦ 18.4 6.35 230 50-60 /

卵石⑧ 20.0 E0=34.3 500 80-100 3000-5000

强风化岩⑨ / E0=40.1 500 80-100 3000-3500

图1 桩位土层柱状图

1.2 基础设计要点

基础采用冲孔灌注桩。桩身砼强度C35，选用⑧卵石层作为桩端持力层，桩的入土深度约40m，桩底全截面进入持力层深度不小于1m。对基桩实施桩底后注浆。单桩竖向极限承载力特征值：桩径800mm的取4750kN、900kN的取6000kN。注浆参数通过场地试验确定的。对于试验桩，初定：浆液水灰比宜为0.5～0.6，初始注浆流量不宜超过60升/分，终止注浆压力为5Mpa，单桩注入水泥量为1.5～2.0T。注浆管为预埋2根1吋钢管。注浆管宜成桩1天后开塞，7天后注浆。试验桩共三根，分别为桩径800mm的42#、147#桩和桩径900mm的148#桩。在桩身混凝土达到设计规定的强度，且在注浆结束后20天，进行静载荷试验以确定基桩承载能力。

2.试验桩成桩与桩底后注浆

三根试验桩按设计规定成桩，桩位处的地层构成见图1。桩身施工自2012年8月9日始，至

当月18日结束。施工安装过程中必须保证注浆管通畅。两根注浆管分别用于二阶段注浆。每阶段注浆启用一根注浆管。42号试验桩至始至终均灌注纯水泥浆，147、148号试验桩第一阶段灌注纯水泥浆，第二阶段在水泥浆中掺入相当于水泥量约6.0%的水玻璃。由于两阶段均系单管注浆，未设回浆管，故所记录的注浆压力均为进浆压力，无法测定回浆压力。第一阶段末期注浆压力变动在2.5Mpa左右。第二阶段开始注浆时，因为第一阶段浆体凝固，压力很快升至5Mpa左右，之后压力又下降到与第一阶段相近。压力下降是压入的浆液冲破桩底近处第一阶段注入的已凝固的浆体的标志。三根试验桩后注浆主要施工成果见表2。

表2 试验桩后注浆主要施工成果表

桩号 桩径

/mm 第一阶段注浆 第二阶段注浆

（147、148掺加6%水泥质量的水玻璃）

注浆时间

/min 水泥用量

/kg 水灰比

总吸浆量

/l 注浆时间

/min 水泥用量

/kg 水灰比

总吸浆量

/l 最终吸浆量

/l*min-1

42 800 50 800 0.8：1 936 80 1700 0.5：1 1480 ≈18

147 800 55 800 0.8：1 936 90 1700 0.5：1 1480 ≈16

148 900 75 2350 1：1 3220 30 900 0.5：1 783 ≈26

3.试验桩静载试验成果

静载试验采用慢速维持荷载法。各桩的试验数据见表3，相应的Q～s曲线见图2。检测单位对各试验桩的试验成果分别判释如下：

42#桩加载至第7级6650kN时，持荷15分钟后突然沉降急剧增大，桩顶总沉降量由34.41mm突然增大至60.31mm，桩顶荷载下降至2370kN，取其明显陡降的起始点对应的荷载值5700kN，作为该桩的单桩竖向抗压极限承载力；

147#桩加载至9500kN，桩的竖向抗压承载力未出现极限状态，故取其最大桩顶荷载9500kN为单桩竖向抗压极限承载力；

148#桩加载至设计要求的极限荷载12000kN时，沉降量达42.96mm，超过40mm。检测单位取相应于40mm的桩顶荷载11214kN为单桩竖向抗压极限承载力。关于该桩的成果判释，笔者将在本文4.1中进行讨论。

表3 试验桩静载试验关键参数与极限承载力判定

桩号 桩长/m Nmax /kN Smax/mm ΔS /mm Quk/kN Suk /mm 备注

42# 41.7 6650 60.31 60.31 5700 23.24

147# 41.3 9500 21.68 7.42 9500 21.68

148# 41.1 12000 42.96 30.64 11214 40.00

注 Nmax—最大桩顶荷载；Smax—Nmax的桩顶沉降；ΔS—残余变形；Quk—单桩竖向极限承载力；Suk—Quk的桩顶沉降

42# 147#

148#

图2 静载荷试验Q-s曲线图

4.后注浆的效果分析

4.1 试验桩148#的试验成果的再判释

笔者认为，在对后注浆效果进行分析之前，应该先对148#试验桩的成果进行讨论和重新判释。按照《建筑基桩检测技术规范》（JGJ106-2003）第4.4.2之4规定，对于缓变型Q-s曲线，当桩长大于40m时，宜考虑桩身弹性压缩量。148#试验桩长41.1m，Q-s曲线呈缓变形，按该款规定，可取40mm加上桩身弹性压缩量的桩顶沉降量所对应的桩顶荷载，作为该桩的极限承载力。现将该桩的桩身弹性压缩量估算如下：

该场地地层宏观变化是渐深渐硬。根据地层的具体构成与持力层性质，可假定桩底压力为桩身压力的50%、桩身压力成直线分布，则有桩身平均压力σ

= 0.75*12/0.785*0.92 = 14.2Mpa

式中 —桩顶荷载/MN；—桩身断面积/m2。

则桩身弹性压缩量可按下式估算

== 41100*14.2/3.15*104 ≈18mm

式中—桩长/mm；—桩身砼弹性模量，砼强度级别C35/N

基于以上分析与估算，确定单桩竖向抗压极限承载力的桩顶沉降s = 40 += 40+18 = 58mm。按照这一标准，148#试验桩加载至12000kN的沉降量为42.96mm，远小于58mm，所以该桩的抗压极限承载力应定为12000kN。所以桩底后注浆达到了预期目的。

4.2 试验桩成果综合分析

综合分析三根试验桩后注浆的材料、工艺与静载试验结果，可以发现147#、148#试验桩的后注浆收到明显效果，达到预期目的，但42#试验桩没有收到预期效果。42#与147#两根试验桩，其桩径、桩长与地层构成基本相同，两根桩注入的总水泥量均为2500kg，两阶段注浆的水泥量、水灰比与压力也相近，关键在于42#试验桩注入的是纯水泥浆，而147#试验桩浆液中掺入了6%水泥量的速凝剂。而速凝剂使得浆液在近桩底处结硬，使持力层得到有效的加固。而42#桩未掺加速凝剂，则使浆液被推压至远处，持力层难以得到有效的加固。因此两桩的注浆效果差别很大。

5.对后注浆工艺改进的若干建议

通过本工程的监理工作实践，结合学习和思考，对后注浆工艺的改进提出下列建议。

5.1 水灰比的控制

注浆的起始水灰比应根据被注浆土层的透水性决定。本工程的持力层是⑧卵石层，根据地质报告该层50～120mm的卵石含量占65～80%。这一颗粒组成决定了该层的透水性肯定很高。参考《工程地质手册》提供的渗透系数经验值，该层的渗透系数K≈100m/d。在这一条件下，注浆的初始水灰比宜定为0.5～0.6。如灌入一定数量的水泥浆后，单位时间吸浆量不降、注浆压力不升，则应暂停注浆。并在第二阶段注浆时，如出现同样的情况，应考虑将水灰比宜调为0.5～0.4。这样控制水灰比，可节省水泥用量。或者说，在注入同样水泥时，可提高注浆效果。

5.2 浆材成份

如上节分析，三根经后注浆的试验桩，二根在浆材中掺入6%水泥量的速凝剂取得了显效，达到了预期目的，未掺入速凝剂的一根效果很差，甚至可以说几乎没有效果。所以在透水性很强的土层中，注浆中掺加一定数量的速凝剂是必要的。速凝剂有很多品种，具体采用的速凝剂品种和掺入量应通过场地试验确定。

5.3 注入水泥量

《建筑桩基技术规范》（JGJ94-2008）列出了灌注桩后注浆专节。该节第6.7.4-4条提出了注入水泥质量的估算公式。按该式对嵌入卵石地层的基桩进行桩底后注浆时，当桩底径分别为0.8m、0.9m时，乘上1.2的系数之后，注入水泥质量高限值仅1.73t、1.94t。设计文件规定为1.5～1.9t，实际注入水泥质量约为2.5t、3t。综合考虑各种因素，对透水性很强的砾卵石地层，实施桩底注浆时，该规范公式（6.7.4）的注入量经验系数αp宜从1.5～1.8调高为2.5～3，福州地区类似条件的桩底后注浆经验也支持这一认识。

5.4 注漿管道系统

注浆施工控制的关键参数之一是注浆压力。迄今，大部分工程采用单管注浆，未埋设回浆管。记录的注浆压力是灌浆机的压力或是进浆管口的压力。真正意义上的注浆压力是桩底处压入地层的浆压。为测定这一压力，应增设回浆管，并在回浆管口装设压力表。其表压加上回浆管的浆液重度与桩长之积，才是真正意义上的注浆压力。而且，回浆管的设置为循环注浆创造了条件，也有利于提高注浆效果。

5.5 注浆结束标准

注浆结束标准以压力和单位时间吸浆量两个指标双控为宜。既然往桩底注浆（有时还包括桩侧），总以灌注至基本不吸浆为宜。如吸浆量仍大，可实行二次或者多次复注。为控制水泥用量，可依据单位时间吸浆量与压力调增水灰比，和确定速凝剂的掺加量。注浆应进行至吸浆量明显下降，同时回浆管口压力上升才能考虑终止。具体标准应根据工程的现场试验确定。

5.6 确定单桩抗压极限承载力的桩顶沉降限值

以往，基桩的单桩承载力取值相对较低，即桩身的压应力水平较低，且桩长相对较短，所以桩身弹性压缩量占桩顶总沉降量的比例不大。建筑材料与桩工技术的进步，使得桩身压应力水平也大大提高。与此同时，长桩被大量采用。这一变化使得桩身压缩量占桩顶总沉降量的比例大大提高，因此，桩身弹性压缩量就成了确定单桩抗压极限承载力的不可忽视的因素。《建筑基桩检测技术规范》（JGJ106-2003）4.4.2-4规定，当桩长大于40m时，宜考虑桩身弹性压缩量，正是反映这一进步。本例桩身砼为C35，桩身平均压力14.2Mpa，桩长41m，估算的弹性压缩量为18mm，相对于一般标准的40mm，其增加量为45%。考虑与不考虑这一因素，就会得出两种完全不同的判释结论。

6.结论

1）从42#与147#试验桩的承载力对比中可以看出，有效的桩底注浆可以使单桩竖向承载力提高约60%。这证明对于孔底沉碴难以清理干净的基桩，实施桩底后注浆是必要的。

2）在强透水性的地层中，如细颗粒含量低的砾卵石层中，实施桩底后注浆宜掺用速凝剂，否则注浆效果难以保证。

3）桩底后注浆宜埋设循环管路，以便测定真实的注浆压力。注浆过程中，应根据吸浆量和压力及时调整浆液的水灰比，尽量采用低水灰比的浓浆。

4）注浆过程中如吸浆量较大，应采用二阶段或多阶段注浆。每阶段注浆结束时，用清水清洗循环注浆管道，以利下阶段续注。注浆的间隔时间应通过实验确定。

5）注浆的结束标准宜采用注浆压力和单位时间吸浆量两项指标同时控制。

6）对桩身压应力水平高、桩长大于等于40m的基桩，对Q-s曲线呈缓变形的试验桩，确定竖向极限承载力的容许最大变形值时，应考虑桩身的弹性压缩量。