钻孔灌注桩后注浆技术在高层住宅楼基础施工中的应用

赵振云

（山西省第三地质工程勘察院，山西晋中030620)

钻孔灌注桩后注浆技术在高层住宅楼基础施工中的应用

赵振云*

（山西省第三地质工程勘察院，山西晋中030620)

通过钻孔灌注桩后注浆技术在某高层住宅楼基础施工中的应用实例，对桩端压力技术提高单桩承载力的作用机理做了深入分析，介绍了灌注桩后注浆技术的施工工艺，探讨了地基基础处理方法的选择和实施过程，总结了地基基础施工过程中各种问题的解决方法和成功经验，拓展了类似工程的施工设计理念，也为今后类似工程的设计与施工开辟了新的思路。

高层住宅；后注浆技术；单桩承载力；应用

1 工程概况

某住宅小区拟新建高层住宅楼2幢，楼高均为32层，裙楼（商铺）为2层，北部车库为地下1层，建筑面积约56000m2。

该工程位于城区城市主干道旁侧，场地地形西高东低，最大高差9.69m。施工区域交通条件十分便利，水源充足，便于施工。

2 勘察情况

工程地质勘察结果显示，拟建场地位于盆倾斜平原与二级阶地交接带上，地层由第四系中更新统和下更新统冲湖积成因的粘性土和砂类土组成，场地东部地上近地表为第四系上更新统冲洪积成因的粉土、含砂粉土组成。层位及厚度空间分布较稳定，场地稳定性好，适宜本工程建设。

1#主楼及裙楼、2#主楼及裙楼、地下停车场东部为不均匀地基，地下停车场中西部为均匀地基。

3 施工方案

根据勘察结论及拟建场地地基稳定性、周边地质情况，确定采用泥浆护壁钻孔灌注桩复合地基，1#、2#主楼以埋深26.3～49.0m粗砂、砾砂层作桩端持力层，1#、2#裙楼以埋深4.5～15.8m粗砂、中砂层作持力层设计桩长。

本次灌注桩施工设计桩孔82个，孔深10～48m。其中1#、2#主楼设计桩孔58个，1#、2#裙楼设计桩孔24个，钻孔工作量3024m；设计混凝土灌注量6200m3。

4 施工重点

桩基础作为当今在国内外土木建筑深基础工程中主要的手段和形式,已随着土木建筑工程大型化、群体化及城市改造高层、超高层建筑的发展，得到愈来愈多的广泛应用，各种类型灌注桩的使用范围也越来越广。单一工艺的灌注桩已满足不了上述发展的要求，以泥浆护壁法钻、冲孔灌注桩为例，由于成孔工艺固有的缺陷（桩底沉渣和桩侧泥膜的存在），导致桩端阻力和桩侧摩阻力显著降低。由此，应用桩端压力注浆和桩侧压力注浆技术（即灌注桩后注浆技术)，解决桩承载力和质量稳定性成为了本次施工的重点。该技术的基本原理是在钢筋笼底部侧面预设注浆装置，成桩后20～30d内实施后注浆，使桩底沉渣和桩侧泥皮得到加固，并加固了桩底和桩侧一定范围的土体，从而大幅度提高桩的承载力，减小沉降。

5 施工难点

灌注桩后注浆是一种提高桩基承载力的辅助措施，后注浆的效果取决于土层性质、注浆的工艺流程、参数和控制标准等各种因素。如何根据地层合理选择注浆部位、注浆方式，优化工艺流程、工艺参数，控制浆液性能、提高单桩承载力，是本次施工的难点。因此，在施工开始时，就根据工程勘察结论为依据，编制了详细的施工组织设计，制定了周密的施工保证措施，施工全过程严格执行，严把质量关，层层落实到位。

6 采取的技术措施

6.1 注浆部位选择

根据钻孔结构设计，1#、2#主楼桩孔孔径为Ø800mm，桩孔平均深度40m，1#、2#裙楼桩孔孔径为Ø600mm，桩孔平均深度12m。为了保证桩的承载力，减少桩沉降，采用的后压浆注浆部位选择在：1#、2#主楼桩孔4～20m粉土、含砂粉土、中砂层孔段及桩孔底部；1#、2#裙楼桩孔底部。

6.2 后注浆装置设置安装

（1)为保证注浆管连接强度，后注浆导管采用Ø25mm× 3.25mm钢管丝扣连接，与钢筋笼加强筋绑扎固定，随钢筋笼沉放到底。

（2)根据桩径大小设置桩底后注浆导管及注浆阀数量。Ø800mm的桩，沿钢筋笼圆周对称设置2根；Ø600mm的桩，设置1根。注浆管底部长出设计桩底端50cm，注浆管顶部高出地面30cm，桩底后注浆导管出浆口安装管阀并压入桩底沉渣30～50cm。

（3)桩长超过15m桩采用桩底桩侧复式注浆，并根据地层情况、桩长、承载力要求等因素确定桩侧后注浆管阀设置数量。在离桩底5～10m以上，每隔6～8m的含粒粉土、中砂层下部设置一道管阀。

（4)后注浆管阀要求具备逆止功能，并能承受1MPa以上的静水压力；管阀外部保护层应能抵抗砂、石等硬物质的刮碰而不受损。

6.3 注浆参数选择

（1)浆液配比。注入的浆液为水泥浆液，水灰比的确定取决于土的饱和度、渗透性。水灰比一般不宜过大或过小，过大会造成注浆困难，过小会使水泥浆在压力作用下形成离析。根据本工程地层情况及设计要求注浆材料选用32.5普通硅酸盐水泥，水灰比控制在0.6～0.7，搅拌时间不少于2min。搅拌好的水泥浆液用孔径不大于3mm×3mm的滤网进行过滤。

（2)注浆量。注浆量是指单桩注浆的水泥用量，它与土层的孔隙率以及桩间距有关，取决于土层的孔隙率。单桩的注浆量设计主要考虑桩的直径、长度、桩底桩侧土层性质、单桩承载力增幅、是否复式注浆等因素来确定，可按下式估算：

式中：ap、as——桩底、桩侧注浆量经验系数，ap=1.5～1.8,as=0.5～0.7，对于卵、砾石、中粗砂取较高值；

n——桩侧注浆断面数；

d——桩直径，m；

Gc——注浆量，以水泥重量计，t。

（3)终止注浆压力。桩底注浆终止工作压力根据土层性质、注浆点深度确定，桩侧注浆终止压力为桩底注浆终止压力的1/2。一般情况下，终止注浆应该根据事先设定的注浆量来控制，但同时也要控制注浆的压力值。在达不到预先设定的注浆量，但达到一定的压力时就要停止注浆，注浆的压力过大，一方面造成水泥浆的离析，堵塞管道，另一方面，压力过大可能扰动土层，也有可能使得桩体上浮。本工程桩底注浆压力控制在6～8MPa，桩侧注浆压力控制控制在3～4MPa。

注浆流量控制在40～50L/min，每根桩必须一次完成注浆，特别是两根注浆管注浆时间间隔不得超过12h。

（4）优化注浆参数。后注浆作业开始前，先进行试注浆，优化并最终确定注浆参数。

6.4 注浆作业注意事项

（1)注浆作业在成桩2d后开始进行。注浆作业区离成孔作业点的距离为8～10m。

（2）复式注浆顺序在饱和砂土中为先桩侧后桩底，非饱和砂土中为先桩底后桩侧，桩侧桩底注浆间隔时间为2～3h。

（3)桩底注浆对同一根桩的各注浆导管依次实施等量注浆。

（4)桩群注浆采取先外围，后内部的方式进行。

6.5 注浆结束标准

（1）注浆结束标准是指注浆终压和终量。当满足下列条件之一时可终止注浆：

①注浆总量和注浆压力均达到设计要求。

②注浆总量已达到设计值的75%，且注浆压力超过设计值。

（2）当出现下列情况之一时即改为间歇注浆，间歇时间为30～60min，或采取调低浆液水灰比的方法进行注浆。

①注浆压力长时间低于正常值。

②地面出现冒浆或周围桩孔串浆。

6.6 质量控制与检查验收

（1）后注浆施工操作及质量标准执行《灌注桩后注浆技术规程》。后注浆施工过程中，要经常对原材料和浆液的质量以及各项工艺参数进行严格检查，严格按标定进行配浆。对于注浆管，须检查其长度、材质、接口的质量，严禁使用不合格产品，发现异常应采取相应处理措施。

（2)后注浆桩基工程完成后，按现行标准进行单桩竖向承载力及桩身完整性检验。承载力检验应在后注浆20d后进行，浆液中掺入早强剂时可提前进行。

（3）后注浆施工完成后提供下列资料：水泥材质检验报告、压力表检定证书、试注浆记录、设计工艺参数、后注浆作业记录、后注浆桩检验及特殊情况处理记录。

（4)桩底密实度、桩底浆液均匀性、桩底浆液有效深度在现场进行实测，每处检测不少于2根桩，每根桩须一个钻芯取样，确保注浆质量。

（5)对于注浆量等主要参数达不到设计时，应根据工程具体情况采取相应措施。

7 发现的问题及采取的措施

（1）钢筋笼及注浆管下放不到位。原因是正循环成孔后孔底沉渣太多，厚度超过1m，无法保证钢筋笼及注浆管下到孔底。后采用了气举反循环清孔，至孔底沉渣小于10cm后，停止清孔，再按要求将钢筋笼和注浆管及时下入孔内，一次成功率达到了100%。

（2）注浆管上浮。原因是注入孔内的浆液直接冲击孔底，造成反压；其次是注浆管与钢筋笼绑扎不牢固，形成窜动。后采用注浆管与钢筋笼焊接后下入孔内，有效地防止了注浆管上浮，减少了注浆管事故的发生。

（3）注浆管堵塞、逆止阀打不开。在注浆时出现注浆压力上升到10MPa以上仍然打不开注浆喷头，造成注浆管堵塞。采取的补救措施是，一根注浆管堵塞，可将全部的水泥浆量通过另一个畅通的导管一次压入桩端，补足注浆数量。若2根注浆管全部不通，则须采取补注浆措施。

（4）出现冒浆。注浆时发现水泥浆沿桩侧或其他的部位冒浆的现象，分析原因可能是桩底浆液已经饱和，若满足设计要求，可以停止注浆。一般情况，是将注浆管用清水或压力水冲洗干净，等到第二天原来压入的水泥浆液终凝固化、堵塞冒浆的毛细孔道时再重新注浆。

8 试桩检测与效果分析

本工程58根Ø800mm的钻孔灌注桩应用了桩端、桩侧复式后压浆技术，24根Ø600mm的钻孔灌注桩应用了桩端后压浆技术。单桩竖向承载力设计值为4700kN，经确定试桩竖向抗压极限承载力最大加荷值为8040kN。试桩选取了1#楼试桩进行对比静载试验，单桩静载仪器为RS-JYB。通过试桩检测提供的试验数据以及Q-S曲线、s-lgt曲线分析，24组试桩试验结果均符合设计要求。

（1)加载分级：每级加载为预估单桩极限承载力的1/10～1/15,每次加载350kN，首次加载为700kN。

（2)沉降观测：每级加载后隔5min、10min、15min各测读一次桩顶沉降量，以后每隔15min测读一次桩顶沉降量，累计1h后每30min测读一次桩顶沉降量。

（3)稳定标准：在每级荷载作用下，桩顶的沉降量在每小时内小于0.1mm，且连续出现2次。

试验结果表明，灌注桩后注浆抗压桩比普通抗压桩单桩竖向承载力明显提高，提高幅度约18%。

9 结论

通过本工程应用后注浆技术工程桩静压测试结果与周边未注浆同类情况工程桩测试结果比较，实施了后注浆技术的钻孔灌注桩单桩承载力提高了25.30%，沉降量减小了10.5%。实践证明：在持力层以粗砂、中砂、砾砂、砂粉土孔段及桩孔底部地层中，运用桩侧、桩端后注浆技术，压力浆体更易扩散，使桩端持力层在一定范围内易形成浆液和土的结合体，改善了持力层的物理力学性能，恢复和提高了持力层土体强度，有效提高桩的承效力，减小桩的沉降量。

TU473.14

B

1004-5716（2015)10-0004-03

2015-05-29

赵振云（1970-），男（汉族），山西晋中人，一级建造师，现从事岩土工程勘察、基础工程施工、地质灾害治理等技术工作。