后压浆技术在钻孔灌注桩中的应用

刘家春

摘 要：后压浆技术是一种简单易行、施工质量容易保证、工艺先进的桩基辅助注浆方法，它克服了钻孔灌注桩普遍存在的沉渣难以清除，质量难以保证的难题，它不仅大幅度提高单桩承载力、减少沉降量，而且能减短桩长，节省人力、物力及投资。

关键词：后压浆 钻孔灌注桩 承载力

The using of the grouting technology after casting in bored-pile

Abstract： The grouting technology after casting is an aid grouting method that constructing is simply and easily and the technology is advanced in bored-pile. It solves the problem that the sediment in the bottom of the pile is difficult to clear and the quantity isn't easy assuring. It not only increases the bearing capacity and decreases the settlement， but also decreases the length of the pile and economizes lots of manpower and material resources and financing.

Key words： the grouting technology after casting， bored-pile， the bearing capacity

钻孔灌注桩单桩承载力较高，对地质条件的适用性较强，在高层建筑及桥墩工程中广泛应用。但钻孔灌注桩在成孔过程中及成孔之后，孔底沉渣及护壁泥皮不可避免地存在，导致桩体承载力降低。如何提高钻孔灌注桩的单桩承载力一直是设计、施工技术部门关注的热点问题。近几年，钻孔灌注桩后压浆技术的研究及应用，有效提高了桩体承载力，取得了良好的社会经济效益。

1.后压浆技术的研究与应用

后压浆技术能提高单桩承载力的原理早被人们所认识，并应用于生产实践。德国的Biltingert Berger公司，试验并开发了桩端压力盒及侧壁喷射注浆方法，明显地提高了桩的承载力，减少了桩的沉降量。他们首先将带有压力盒和注浆管的钢筋笼下入孔内，然后浇灌砼，再以一定压力将水泥浆压入压力盒，使桩底预先加载，提高桩底土体强度；再将喷嘴侧排压浆管上，当桩身砼硬化后，以提高压力喷射水泥浆液，喷射的水泥浆液在桩身与桩周土体之间起固结作用。

阿根廷的Zarate-Brazo Largo公路的-铁路桥梁工程（1971年由Soilmec公司施工）中应用了压力注浆技术，其主桥236根钻孔灌注桩桩径Φ2000mm，桩长50～73m不等，桩端进入密实的砂层，单桩承载力为15000KN。在压浆中采用"压力盒"装置（如图1所示），压力盒为高50cm、断面与钢筋笼差不多的园盒，盒内填满 3cm的碎石。压力盒固定在钢筋笼下端，盒盖与两根Φ38mm注浆管相连，两根注浆管形成一个灌浆循环回路。在浇注桩身砼两周后，利用注浆管将水泥浆液压入压力盒内，并通过底板孔眼挤入沉渣及软土中。灌浆压力：初始压力为50kg/cm2、结束压力100kg/cm2，每根桩压浆量为6吨左右。

我国从1995年在城市建设中开始使用后压浆技术以来，现已在高层建筑桩基、大型桥梁建设中逐步得到应用。武汉地区首次使用后压浆技术是汉正街改造工程高层住宅楼工程，原设计为嵌岩桩，桩长46～52m，单桩承载力3500KN，后改用后压浆技术，桩长减至38～45m，桩端进入中粗砂层。为检验后压浆技术的可行性和合理性，确保工程使用效果，工程参建单位在城建科研单位的指导下，进行了6组试桩荷载试验，其试验结果统计如下：

后压浆钻孔灌注桩荷载试验结果

序号

工程名称

桩长

（m）

桩径

（mm）

桩端持

力 层

设计承载

力极限值

（KN）

实测承载

力极限值

（KN）

残余

变形

（mm）

压浆情况

1

汉正街改造工程高层住宅楼

43.8

800

中粗砂

7000

9600

16.3

桩底压浆

2

46.8

800

中粗砂

7000

9800

14.6

桩底压浆

3

46.8

800

中粗砂

7000

5500

23.4

未壓浆

4

45.0

800

中粗砂

7000

9800

15.0

桩底、桩侧压浆

5

42.5

800

中粗砂

7000

13800

13.0

桩底、桩侧压浆

6

48.0

800

风化岩石

7000

8900

19.0

桩底压浆

试桩结果表明，压浆桩的承载力较不压浆的最低提高61.8%，最高达到150.9%；沉降最低减少18.8%，最高达到44.4%；由此可见，后压浆技术对提高桩的承载力和减少沉降效果十分显著。

2.后压浆提高单桩承载力的机理分析

众所周知，影响钻孔灌注桩单桩承载力的主要因素有以下几个方面：一是在钻孔灌注桩施工时形成的桩底沉渣是影响钻孔灌注桩单桩承载力的重要因素；二是在使用导管法灌注砼時，由于导管细而长，砼在导管内落差大，易造成混凝土离析，在桩底处产生"虚尖"、"干石"等弊端，使桩尖混凝土强度较低，造成灌注桩承载力不高；三是由于泥浆的影响，桩身砼与桩周土体间接触固结后，有一定的收缩性，使桩身与桩周土体不能很好地结合在一起，降低了桩侧摩阻力；四是在成孔过程中，桩周土与桩底土体受到泥浆浸泡而松软，特别是水敏性地层和嵌岩桩成孔时间较长而引起土体强度降低，从而使桩端承载力减小；五是因施工失误造成桩身砼离析、分散、蜂窝甚至断桩等现象发生，桩身强度减低，降低单桩承载力。

后压浆技术就是在钻孔灌注桩成桩之后，在桩侧或桩底压注水泥浆液，使桩底沉渣隐患得到消除，桩身强度得到补强，桩周土得到密实，桩身与桩周土体的结合牢固，从而使钻孔灌注桩单桩承载力获得提高的一种科学先进的技术方法。分析其主要机理如下：

（1）在桩底处采用压密注浆的手段压注水泥浆液，水泥浆液与桩底沉渣、"虚尖"、"干渣石"相结合，形成了"混凝土"，消除桩底沉渣的影响，提高桩底混凝土强度。

（2）压密注浆的效果会使桩底及桩周土体得到密实，提高土体粘聚力、内摩擦角、相对密度、标准贯入度等参数得以提高，从地基土承载力的公式可知，上述参数值的提高必然带来桩的承载力提高，桩体承载时沉降量大为减低。

（3）浆液在高压泵作用下渗透至桩底土体内，在增加土体强度同时，在桩底形成一个扩大头，增加桩底承压面积；同样浆液可渗透挤密桩周土体，形成竹节状的浆泡，具有竹节桩的效应，提高桩侧摩阻力。

（4）在桩底进行高压注浆，使桩身微微上抬，形成的向上的反向预应力将承担部分荷载，从而提高桩的承载能力。

（5）在桩侧压注水泥浆液，浆液充填桩身与桩周土体间的间隙，清除泥皮的影响，使桩身与桩周土粘结更牢固。

（6）在桩身缺陷部分夜注水泥浆，消除蜂窝、缩径、断桩等缺陷，保证桩身砼体质量，从而保证钻孔灌注桩的承载能力。

3. 后压浆施工工艺

后压浆技术施工工艺和施工设备如图2所示：在浇灌桩身砼以前，先将底部带有注浆系统的高压注浆管（一般为底部开口或侧面带有孔眼的钢管）与钢筋笼绑扎一起，并使注浆管插入软土（沉渣）中一定的深度（或投入一定高度的碎石）；砼浇灌完成后，待桩身强度达到70%，便可通过注浆管将水泥浆以一定的压力泵入桩底，泵入的水泥浆在压力作用下逐渐渗透到桩底松软土层的孔隙中，甚至还可以被挤压到原土中一定深度，起到挤压、填塞桩底软弱土层、增加端承力的作用，与此同时，在压力作用下，水泥浆沿着桩侧，也即桩土交界处向上曼延渗透，使桩侧摩阻力增大，从而提高单桩承载力。

3.1 施工设备

压浆设备主要有：高压注浆泵、水泥搅浆机、高压胶管、注浆管、流量计和压力表、

贮浆桶等。注浆泵多以电动式注浆泵为主，如ZDN-25/80、YSB250/120、HGB型计量泵、YZB型注浆泵，主要是根据注浆压力来选择确定。

流量计通常多用双笔自动记录式电磁流量计，一支笔记录瞬时流量，另一支笔记录稳 注入压力。注入量可以预置，当要求的进浆量达到预置数值时，可自动显示出累计流量，并用蜂鸣器报警。

注浆管的底口和侧面喷嘴，在压浆前用胶布缠住，以免堵塞。在桩侧分段注浆时，注浆管内须带有孔内注浆分隔器。

3.2 压浆工艺

压浆之前，先注高压水冲破密封胶带，打通注浆的通路。注水压力一般为1～3Mpa，浆液通路打通后，压力下降至0.3～1Mpa后注入泥浆液。在注浆过程中，注浆压力由低至高逐渐增加，直达到设计压力为止。根据各地地质条件及桩身实际不同，最终灌浆压力（即设计压力）也不同，一般在1～10Mpa之间，如上海地区细砂层中采用2～3Mpa，而武汉地区土层较上海、天津等地为硬，灌浆压力一般在4～6Mpa。

水泥浆液按设计要求确定，但通常为纯水泥浆或者加入一些流动性较好的可提高强度的成分。如加入1～2%的膨润土，可增加水泥的稳定性、防止水泥离析沉淀。压浆时浆液是由稀至浓逐渐加级，视吸浆量大小而定，通常的水灰比为1：1、0.8：1、0.6：1、0.5：1，必要时可加入少许活性硅粉及高效减水剂。

在达到灌浆设压力后，以吸浆量的大小作为结束标，即单位时间内单位长度（或单位面积）下进浆量小于某一值时方可终止压浆。在桩端和桩侧都需压浆时，为保证压浆效果，宜先进行桩侧压浆，后进行桩底压浆。侧压浆时根据桩深进行分段压浆，分段长度一般不大于5m，考虑到施工的便利，多用自下而上的分段压浆方法。

4.结论

后压浆技术克服了钻孔灌注桩在采用循环工艺成孔时，沉渣难以清除，质量难以保证的

问题，提高了单桩承载力，减小了桩体沉降。

（1）从理论和技术角度讲，对钻孔灌注桩进行后压浆处理，可提高其承载力，减少沉

降量；

（2）所有桩压浆后形成整片固化体，如同人造基岩，使高层建筑有坚实的支撑依托，

可使嵌岩桩成为历史，大大加快建设速度，取得较好经济效果；

（3）后压浆技术不仅保留了钻孔灌注桩的优点，而且利用预埋在注浆管上的传感器进行超声波检测，查明桩身有无缺陷及缺陷位置，实现桩基信息化施工，提高超深钻孔灌注桩的施工质量。

后压浆技术具有简单易行、施工质量容易保证、适用性广等优点，工程建设实践证明经济效益也十分显著，随着中国经济社会的可持续发展，后压浆技术必将在建筑、水利、电力等建设领域里得到广泛应用和推广。

参考文献：

（1）程骁、张凤祥编著.土建注浆施工与效果检测。同济大学出版社。

（2）王赫主编.桩基础工程施工与组织管理。中国建筑工业出版社。

（3）[南斯拉夫]E.农维勒编、顾柏林译.灌注的理论与实践。东北工学院出版社。