后注浆钻孔灌注桩工作机理研究

王会龙

【摘 要】后注浆钻孔灌注桩技术是改善泥浆护壁钻孔灌注桩桩底沉渣、桩侧泥皮固有缺陷的一项重要技术，具有提高承载力、减少桩数、缩短桩长等优点。该技术在建设建筑中得到广泛应用中，已产生显著的经济效益和社会效益。本文着重对后注浆钻孔灌注桩的工作机理进行系统分析。

【关键词】后注浆钻孔灌注桩 工作机理

在道路桥梁、建筑等工程领域中为满足钻孔灌注桩承载力的设计要求， 通过传统扩大桩径 、增加桩长使桩端进入基岩技术， 给施工造成了很大的困难。应用后注浆钻孔灌注桩技术，可显著提高桩基单桩承载能力、减少桩数 、减少群桩的总体沉降、降低施工难度 、节约造价， 取得了良好的经济效益 ，因此对该项技术工作机理的研究有非常重要意义[1]。

1后注浆钻孔灌注桩技术的优势

（1）后注浆钻孔灌注桩技术构造简单、施工方便、成本较低、可靠性高、承载力增大[2]。可固化桩沉渣、泥皮，大幅度提高桩的承载力，减少沉降量， 其承载变形性状改善，可简化上部结构设计。

（2）经济效益显著，采用后注浆钻孔灌注桩技术与普通灌注桩相比可以减少桩径，缩短桩长，还可避免穿透较难穿越的地质土层，大大降低了施工难度，加快了施工速度，特别对于大直径，超长桩效果更为明显。

（3）适用范围广，后注浆钻孔灌注桩技术几乎可以适用于各种地质土层及强、中风化岩层。开始多用于泥浆护壁钻孔、冲孔、挖孔灌注桩，近几年已经逐渐在各种干作业灌注桩工程中使用，效果明显。

2后注浆钻孔灌注桩工作机理

后注浆钻孔灌注桩技术主要通过对桩底、桩侧在混凝土凝固后进行注浆，通过浆液压力渗透作用对桩底和桩周一定范围内的土体进行加固，使桩基础的实际承载能力大幅提高。 后注浆钻孔灌注桩技术主要分为桩侧后注浆技术和桩端后注浆技术。桩侧后注浆技术是在桩体达到一定强度后 ，通过预埋的注浆管在桩侧进行注浆，使浆液进入持力层的泥皮及土体。桩端后注浆是指在钻孔灌注桩成桩达到一定的强度后，通过预埋的注浆通道把水泥浆压入桩底。

灌注桩后注浆是预先在桩孔内下桩身的钢筋笼时设置数根管钢管，注浆管底预留压力注浆孔需临时封闭，以防灌注时注浆孔被堵塞。混凝土完成初凝后，将临时封堵预埋管开塞后，水泥浆液注入桩周，浆液在填充桩周缝隙的同时，并在桩周的沉渣与疏松土体中渗透，混合、胶结、压密这些土体；随着注浆量和注浆的压力的持续增长，扩大土体的压密范围，桩底的扩大头也在逐渐形成，增大承压面积，从而改变这些土体内部的应力状态和固结状态；在注浆的最后阶段，渗透性较好的砂土层，注浆量与注浆压力表现为持续而同步的增长，浆液扩散范围会进一步扩大，渗透性较差土层的注浆压力则会突然增大，而注浆量的增长却较小，此时浆液主要是缓慢渗入劈裂后的土体缝隙[3]。这时浆液主要是以渗透与压密土层。因此，在注浆的整个过程中，随着注浆量和注浆压力的持续增长，桩周的土体依据其不同的特性其渗透性在发生变化，这个过程中水泥浆液与桩周土体发生了填充—挤密—渗透—劈裂等一系列的物理过程，在施工过程中注浆泵的压力值表现为下降和上升的波动，而不是一个稳步持续增长的过程，当然，总的趋势还是随着注浆压力的增长，注浆量液随之增加，浆液在土体内的渗透范围也随之扩大[4]。

灌注桩后注浆在注浆之初，主要表现为力学机理，对桩体土体产生挤密作用。随着注浆时间的推移，浆液和土体充分接触后，化学机理起主导作用，浆液中的化学物质参与反应，增强持力层的强度。

注浆作用在土体内产生渗为填充胶结作用、化学胶凝作用、离子交换作用、加筋效应和固化反应等。对于粉土、细砂等孔隙率较小的土中，注装时，其渗透性小，主要通过高压注浆的劈裂作用，使高压液浆沿着持力层的裂隙，水泥浆液填充了土体的孔隙后自身凝固，凝固后的胶体在土体内形成网状的水泥结石体和加筋体具有一定的刚性，能够约束土体的几何变形，大幅提高持力层扰动面及持力层的变形模量和强度。对于碎石土等孔隙率较大的岩土体，浆液主要以渗透注浆作用为主，对土体起到填充、胶结及加筋作用。水泥浆凝结后在砂粒间产生胶结作用，将一定范围内的砂粒和土粒在胶结成一个整体，从而提高了土体的强度、加强了土体的整体性；在凝固过程中水泥浆液中的化学物质与砂土中的化学物质进行离子交换， 以上的化学作用不是孤立存在的，往往是几种情况在同时发生而共同作用的结果，其原理为：当水泥浆液与砂土层充分接触后，与水发生了水解和水化反应，生成具有较高强度的水稳性物质如水化硅酸钙、水化铝酸钙、水化铁酸钙等增加了土体颗粒之间的粘结力；同时，其溶液中的 Ca2+离子与土颗粒产生的阳离子进行了交换，形成了水泥与砂砾团粒结构，封闭了砂层中的空隙，出现更为坚固的联结，形成了类似于硅化物的物质[5]。

灌注桩后注浆桩侧后注浆对桩周软弱泥皮起到胶结、挤密和加筋作用，加固了桩周的软弱泥皮，消除了桩周土的薄弱层，有效地改善桩土界面的力学特性和桩侧摩阻力。通过在桩周土体中的充填挤密效应，在桩表面形成水泥固结体， 有效地加固了桩周土，对桩侧土体产生紧固作用，增大了桩周表面积， 较大的提高了总桩侧摩阻力。而桩端后注浆通过对土体的替换、挤密和加筋作用， 明显提高了桩端土体的力学性质，减弱了桩端软弱层的不利影响，将桩端的破坏形式从刺入破坏转化到局部剪切破坏。土体力学性质的明显提高，扩大了桩端破坏滑移面，明显增大了桩端阻力。

3 结语

后注浆钻孔灌注桩技术施工参数依然需要依赖于试验桩的结果或参考相似工程的经验，而全国可以借鉴的经验并不多，有待进一步的积累，再加上理论的探讨，最终形成一个成熟的技术。后注浆钻孔灌注桩技术具有提高单桩承载力、提高生产率、节约建设资金的优点，所以，其的推广与应用有着重要的意义和广阔的前景。

参考文献：

[1]郑昌晶，张顺英.钻孔灌注桩后注浆加固机理及其应用[J].探矿工程，2011， 38（8）： 45-49.

[2]王有振，劉明. 钻孔灌注桩后压浆机理分析及工程施工应用[J].山东轻工业学院学报， 2010， 24（2）： 96-98.

[3] 沈保汉.后注浆桩技术[J].工业建筑，2001，31（7）：62-64.

[4] 高卫华.桩端后注浆钻孔灌注桩施工及处理措施[J].广东科技，2011，16：152-153.

[5]张建强.后注浆钻孔灌注桩事故分析及处理[J].中华建设，2011，4.