关于冲孔灌注桩作为抗拔桩的探讨

梁叶沛

深圳市建筑设计研究总院有限公司

摘要：冲孔灌注桩基础在现阶段国内外土木建筑深基础工程中是关键的手段。可是单一工艺的灌注桩通常都会存在自身一些克服不了的问题，以泥浆护壁法冲孔灌注桩为例，因为成孔工艺的固有缺陷，存在桩底沉渣与桩侧泥膜，造成桩端阻力与桩侧摩阻力明显降低，对持力层为砾石层、土砂层等存在着持力层被扰动、水泡松软的情况，在灌注桩灌注混凝土的过程中无可避免会偶尔出现桩身加土、局部断桩、离析之类的问题导致桩承载能力无法符合设计要求，原桩报废重新冲孔灌注会严重影响工期，且很不经济。

关键词：冲孔灌注桩；承载力；抗拔；压力注浆

冲孔灌注桩属于灌注桩的一种。灌注桩是在施工现场桩位上直接成孔，接着再放入钢筋笼再灌注混凝土而成。冲孔灌注桩施工冲孔机冲击成孔，为泥浆护壁成孔。优点是：对邻近建筑物及周围环境的有害影响小；桩长和直径可按设计要求变化自如；桩端可进入持力层或嵌入岩层；单桩承载力大等。其缺陷：灌注桩成孔工艺具有复杂性，要求严格的操作，并且容易造成质量事故，而且技术间隔时间长，不可以马上承受荷载。

1、工程概况：

拟建工程位于深圳市，为33层剪力墙结构住宅樓，设置二层大地下室底盘，基础埋深为0.00以下10.1米，0.00相对绝对标高为56.70米，场地长期抗浮设计水位取绝对高程56.70，地下室部分通过计算拟采用冲孔桩作为承压桩和抗拔桩。

2、地质资料：

（1）根据勘察成果资料，依据广东省标准《建筑地基基础设计规范》（DBJ15-31-2003）并结合地区经验，当采用桩基础时，场地内各地层的桩侧摩阻力特征值（qsa）及桩的端阻力特征值（qpa）建议采用表值：

岩土层名称 岩土状 态 桩侧摩阻力特征值qsa（kPa） 端阻力特征值qpa（kPa）

代号 岩性及层号 预制桩（打入式桩、

静压桩） 钻、冲孔桩、

挖孔桩及沉管灌注桩 预 制 桩 水下钻、冲孔桩 人工挖孔桩、

钢管护壁挖孔桩

桩入土深度（m） 桩入土深度（m）

930 L≤15 L>15

Qml ①素填土 松散 0 0

Qdl ②含砾粘土 可～硬塑 35 28

Qh ③淤泥 流～软塑 15 12

Qal+pl ④-1粘土 可塑 20 15

⑤-2粗砂 稍密～中密 40 35

Qel ⑥砾质粘土 可塑～硬塑 35 30 1200 1800 2500 700 800 1000

r53 ⑦燕山期黑云母二长花岗岩 全风化 70 60 3000 4000 800 950 1200

强风化 110 90 4500 5500 1200 1600 2000

桩侧摩阻力特征值（qsa）及桩端阻力特征值（qpa）建议值

注：上表数值宜通过试桩校核

桩侧岩层和桩端岩层的岩石单轴抗压强度frs、frp及C1、C2系数建议值

成因代号 岩石名称及层号 桩端岩层岩石单轴

抗压强度frs，frp（MPa） C1 C2

r53 ①中风化黑云母二长花岗岩 15 0.3 0.04

②微风化黑云母二长花岗岩 30 0.3 0.04

注：1、对于钻冲孔桩，表中数值乘以0.8

2、桩端扩大头时，扩大头斜面部分取C2=0

3、当桩端嵌入基岩深度hr<0.5m时，取C2=0

3、抗拔桩承载力计算

按广东省标准《建筑地基基础设计规范》（DBJ15-31-2003），桩端进入中风化、微风化岩层的嵌岩桩，单桩竖向承载力特征值可按下列公式进行计算：

Ra=Rsa+Rra+Rpa

Rsa=u∑qsiali Rra=upC2frshr Rpa=C1frpAp

式中 Rsa-桩侧土总摩阻力特征值；

Rra-桩侧岩总摩阻力特征值；

Rpa-持力层总端阻力特征值；

up- 桩嵌岩段截面周长；

hr- 嵌岩深度，当岩面倾斜时以低点起计；

frs frp -分别为桩侧岩层和桩端岩层的岩样天然湿度单轴抗压强度；

C1 C2 -系数，根据持力层基岩完整程度及沉渣厚度等因素而定；

对于本工程抗拔桩计算：桩径1.2米，桩取18米，嵌岩（中风化）1.0>0.5米，

保守计算不考虑桩侧土总摩阻力，只考虑嵌岩部分摩阻力：

Ra =Rra=upC2frshr =1.2X3.14X0.04X15X1.0= 2260KN

桩自重：

Gp=15*Ap*Li=15X1.13X18=305KN

抗拔桩总承载力：

Nk=Rra+Gp= 2260+305=2565KN

通过计算本工程单桩抗拔承载力确定为1500KN。

4、现场抗拔试验

因为本工程桩基础设计为甲级，基桩的抗拔承载力应通过现场单桩上拔静荷载试验确定，根据试验结果显示，当试验荷载加大到2000KN时，基桩上拔量出现了陡降而停止试验，最终基桩抗拔承载力判定为1000KN。不满足设计要求。

5、针对本工程桩抗拔力的问题补救。

1.通过对试验桩的抽芯和小应变显示桩身质量完好，桩身混凝土强度，桩长满足设计要求，桩底沉渣几乎为0，在桩身两侧岩土超前钻显示，桩嵌岩深度也满足设计要求（中风化嵌岩1.6米）。由于本工程抗拔桩设计富裕量不多，设计院不考虑降低单桩抗拔承载力，考虑到加抗拔桩或加抗拔锚杆既不经济也影响到施工周期，需要加深嵌岩深度，由于本工程中风化层夹有孤石，致嵌岩相当困难，容易出现卡锤、掉锤事故，也严重影响了工期。鉴于上述情况，我方提出通过压力注浆提高灌注桩的承载能力，适当减少嵌岩深度。针对工程中出现的一条灌注桩出现中间局部离析的情况，也采用的压力注浆工艺进行了补强处理，压力注主要集中在桩端，通过采用此工艺后，第二根试验桩均能通过试验，满足了设计要求。

通过采用该技术，嵌岩深度大大减少，保证了工期、质量、效益。由此我们分析了成桩后压浆基本原理、机理，并对施工工艺作引导、以期望对成桩后压力注浆技术在冲孔灌注桩施工中的运用提供参考。

6、压力注浆基本原理

桩侧压力注浆是指冲孔灌注桩在成桩后，在压力作用下将能固化的浆液通过桩身预埋注浆装臵或钻孔预埋花管强行压入桩侧土层中，充填桩身混凝土与桩周土体的间隙，同时与桩侧土层和泥浆护壁法成 孔中生成的泥皮发生物理化学反应，提高桩侧土的强度及刚度，增加剪切滑动面，改变桩与侧壁土之间的边界条件，从而提高桩的承载能力以及减小桩基的沉降量。

7、桩侧压力注浆提高桩承载能力的机理

1. 在桩侧粗粒土层中注浆时，浆液通过渗透、部分挤密、填充及固结作用，使桩侧土空隙率降低，密度增加，呈现渗透填充胶结效应，在桩侧细粒土层中注浆时，注浆压力超过劈裂压力，则土体产生劈裂，呈现劈裂加劲效应。

2. 在桩侧注浆点处，由于浆液的挤压作用，形成凸出的浆液包结石体，