灌注桩后压浆技术在厚层杂填土地基中的应用

陈永敢

（广东腾越建筑工程有限公司广东佛山528311）

0 前言

目前建设用地紧张的局面日趋明显，深层杂填土地区也已成为比较常见的地基条件，为达到设计承载力的要求，必须解决成孔难、桩侧摩擦力不足等技术难题。灌注桩后压浆技术因其承载力高，工艺相对成熟，在高层建筑和桥梁等桩基工程应用中被国内外广泛研究，但不同地质条件下各类技术参数相差较大，针对厚层杂填土的探讨和可参考的案例经验并不多，有待进一步的积累。

1 工程概况

郑州南四环某高层住宅项目，原地基局部为厚层建筑垃圾和生活垃圾杂填土，该区域拟建3#楼、5#楼均为地下2 层、地上33 层住宅，基础形式为桩基，桩径1 000 mm，桩长45 m，共127 根。经综合分析论证后，桩基工程采用了钻孔灌注桩（后压浆）工艺。首先在对场区岩土构成和特性分析的基础上进行桩基方案设计，并编制科学合理的工艺流程，通过试桩测试后，调整并确定桩基施工方案，随后组织工程桩钻孔灌注成桩和后压浆施工，并对2 个施工过程的质量关键点严格控制。

2 场区岩土构成和特性

在勘察深度（60.0 m）范围内，将场地内地层划分为10 层，其中第①层为杂填土层，厚层杂填土范围7 800 m2，深度0.6～15.5 m，第②层为粉土层，其他层为粉质粘土层；拟建2 栋高层建筑若采用天然地基筏板基础，将基底下残留的第①层杂填土全部挖除，用三七灰土分层回填夯实，可按第②层粉土考虑，垫层的承载力特征值不宜小于170 kPa［1］；经计算不满足承载力要求，如表1所示。

表1 天然地基承载力修正情况（按筏基）Tab.1 List of Correction of Bearing Capacity of Natural Foundation（Based on Raft Foundation）

3 桩基方案承载力验算

根据场地地基土质条件及施工条件，结合地区施工经验，考虑采用桩基础形式，其中钻孔灌注桩后压浆技术可以解决单桩承载力，并减少建筑物沉降量［2］。桩基方案以满堂正方形布桩、桩基加筏基的形式验算桩基承载力的结果。

3#楼桩基方案布桩形式为桩基加筏基，筏基桩顶埋深7.5 m，桩径0.8 m，桩间距2.4 m，布桩方式为正方形，采用后注浆工艺。从表2可知，以上述正方形布桩方案可满足上部荷载要求。

表2 3#桩基方案承载力验算Tab.2 Checking of Bearing Capacity of Pile Foundation Scheme of No.3 Building

施工前进行了试桩，具体桩径、桩长及布桩方案由设计单位结合试桩结果、上部荷载、地基变形及地层的变化等进行了调整，并最终确定。

4 后压浆灌注桩工艺流程

图1 试桩详图Fig.1 Detail of Pile Test

2 次试桩均采用双层钢护筒（见图1），护筒高度12 m，保证护筒穿过杂填土层，成孔后下放护筒。钻孔灌注桩混凝土浇筑完成后，在初凝前拔出内护筒，混凝土强度达到设计强度的75%时，拔出外护筒。双层钢护筒的作用除可避免塌孔、缩颈、桩基移位等病害外，另一重要功能是确保护筒能够可靠拔出，具体做法是在第一次试桩时保留双护筒在地基内，第二次试桩时拔出双护筒，将2次试验桩的混凝土充盈系数、注浆总量、注浆压力、抗压承载力数据进行对比，分析厚层杂填土层对各参数的影响程度，从而为实际工程桩施工流程、注浆终止条件等提供判定依据。

工程桩施工工艺流程：施工准备→测放桩位→安装旋挖钻机→钻进→（遇到大块建筑垃圾）换冲击钻机→钻进→（破除大块建筑垃圾后）换旋挖钻机→钻进→通过建筑垃圾层后下钢护筒→旋挖钻机成孔→泥浆护壁→清孔→吊装钢筋笼→安装料斗和导管→二次清孔→灌注混凝土→拔出护筒→回填夯实→压注水泥浆。

5 质量控制重点和难点

5.1 钢护筒埋设

为防止孔壁坍塌现象，工程桩位点均设置单层钢护筒，一般护筒埋深1～3 m，垃圾土范围内护筒随垃圾土深度，已探明垃圾土范围内护筒需6 m、9 m、12 m，施工过程中，如有垃圾土更深区域，护筒随之加长，超出垃圾填埋深度0.5 m。

混凝土浇筑结束后，即时拔出钢护筒，否则由于护筒过长和混凝土凝固，在自重和摩擦力的作用下，很容易造成护筒无法拔出。

5.2 孔底沉渣厚度

成孔施工时，由于泥浆质量和施工操作等不符合规范要求，经常出现孔底沉渣过厚的情况［3］，桩底沉渣厚度将直接影响桩基的承载力，摩擦灌注桩孔底沉渣厚度应控制在40～50 cm。成孔结束第一次清孔，浇筑混凝土前必须再次进行一次清孔。成孔后应严格检验实际成孔深度，防止出现专业分包单位超挖孔深造成沉渣厚度过大的误差［4］。

5.3 坍落度与充盈系数

选用可灌性好的混凝土，灌注导管直径300 mm，坍落度保持在20±2 cm［5］。为防止混凝土离析现象，混凝土灌注时控制导管深度在2～6 m，应随时查看混凝土上升高度，保持连续施工，避免在单桩未浇筑完前，初灌混凝土已经发生固化的情况。

根据土层性质不同，钻孔灌注桩的充盈系数有所不同，一般桩基工程，如钻孔灌注桩，混凝土充盈系数为 1.3［6，7］。实际厚层杂填土灌注桩施工中，1#、2#试验桩的充盈系数分别为1.28、1.50，2#试验桩混凝土充盈系数较大的原因是双层钢护筒被拔出，杂填土层部分桩身侧壁缝隙较多，导致混凝土灌入量增加。3#、5#楼主楼工程桩共127根，平均充盈系数1.45，再次表明厚层杂填土地基中灌注桩混凝土充盈系数高于一般地基。

5.4 注浆压力和注浆量

第1 次试桩时双层护筒未拔出，注浆压力未达到正常值和终止值，且注浆总量远超过设计值2.6 t，第二次试桩改为间歇注浆施工，控制间歇时间在60 min左右，试桩结果如表3所示。

表3 试桩检测结果Tab.3 Results of Pile Test

第2 次试桩注浆总量8.4 t，终止注浆压力6 MPa，静载荷试验结果满足抗压承载力特征值7 500 kN 的设计要求，最终确定以桩端注浆压力不小于6 MPa 为工程桩终止注浆条件。

在相同注浆条件下，注浆量越多，桩基承载力提高的幅度就越大［8］，本工程上部建筑垃圾杂填土非常厚，对后注浆桩侧注浆量影响较大，时常出现冒浆、串浆现象，为此注浆施工在成桩2 d后开始，且保证作业点与空孔位置距离大于15 m［9］。

因注浆总量较大，为保证注浆质量，现场埋设4根注浆管，直径25 mm、壁厚3 mm，分别进行柱端和柱侧注浆。导管埋深要求：桩侧埋深在杂填土深度范围内不得注浆（3#、5#楼杂填土深度范围分别为4.3～13.55 m、0～7.97 m）；注浆导管下端控制在距离孔底0.5 m左右。

桩端桩侧注浆时，为确保后注浆对承载力的增强效果及避免跑浆过多，间隔时间不小于2 h［10］。图2展示了当注浆压力达到6 MPa 以上时，3#楼工程桩单桩注浆总量与设计值（5 t）的比值，由图2 中数据可以看出，61根工程桩的实际注浆总量均超过了一般灌注桩后压浆的注浆量要求，即设计值的75%（3.75 t），这说明以建筑垃圾为主的厚层杂填土后压浆施工时，以注浆总量作为注浆终止条件是不可行的。

图2 3#楼桩基注浆总量百分比分布Fig.2 Percentage Distribution of Total Grouting Amount of Pile Foundation of No.3 Building

6 单桩静荷载试验检验

3#楼总桩数 61 根，抽检试验 3 根，5#楼总桩数 66根，抽检试验3根，最大加载量15 000 kN，检测结果为7 000 kN（3#楼）/7 500 kN（5#楼），均满足设计单桩竖向承载力特征值的要求。

7 结语

厚层杂填土地质条件下灌注桩施工工艺和后压浆压浆参数，很大程度需要通过试验桩的数据来确定，文章案例的分析结果表明：灌注桩后压浆施工具有一定的特殊性，混凝土充盈系数高于一般地基灌注桩；单桩注浆总量偏差较大，应以注浆压力作为注浆终止条件，并应进行间歇注浆施工，避免漏浆、串浆引起注浆压力过低；灌注桩后压浆技术在合理控制压浆参数的条件下，可满足提升单桩承载力的要求，可在类似工程中推广。