旋挖钻孔灌注桩及后注浆工艺在桩基工程中的应用

官厚兵

(福建一建集团有限公司，三明 365000)

旋挖钻孔工艺自20世纪80年代引进国内以来，由于其施工速度、施工质量及对环境的保护作用，在桩基础工程中的应用越来越广泛。在桩基施工阶段中，旋挖钻孔桩与其他钻孔桩施工工艺相比具有更优的工程综合效益，可以有效减少工程总体成本[1,2]。这主要是由于后注浆法桩基础施工工艺能够提高桩基的安全性与工程质量，提高了钻孔桩的工程质量，降低了桩基工程的安全风险。

1 工程概况及工程地质条件

1.1 工程概况

福建一建·日月芳华(A地块)工程位于三明市梅列区列东街与东新五路交界处。该工程项目以住宅楼为主并配备幼儿园及商业的小区，总用地面积为37 304.38 m2，总建筑面积为195 381.50 m2，建筑总占地面积为36 000.00 m2。拟建工程由1#A住宅楼、1#B住宅楼、2#住宅楼、3#A住宅楼、3#B住宅楼、5#A住宅楼、5#B住宅楼、6#住宅楼、7#A住宅楼、7#B住宅楼、8#住宅楼、9#住宅楼、10#住宅楼、骑楼、幼儿园、整体地下室、商业1#、垃圾转运站、商业2#组成。

工程桩基础采用旋挖钻机成孔灌注桩，旋挖钻机成孔灌注桩桩径均为φ800，其中1#楼115根桩、平均桩长约40 m，2#楼56根桩、平均桩长约26 m，3#楼128根桩、平均桩长约19 m，6#楼51根桩、平均桩长约20 m，8#楼65根桩、平均桩长约23 m，9#楼35根桩、平均桩长约25 m，10#楼60根桩、平均桩长约28 m。

1.2 工程地质条件

桩端持力层为碎裂状强风化泥质粉砂岩,柱端进入持力层≥10.0 m。

碎裂状强风化泥质粉砂岩：该层在场地大部分地段有分布，由于钻探深度的影响，部分钻孔未揭穿、揭露，仅在JK3～JK9、JK25、JK26、JK31、JK32号钻孔揭露，在钻探深度范围内，揭露厚度1.05～42.20 m，层顶高程89.63～135.24 m，层顶埋深9.20～46.10 m；褐红、紫红色，由石英、黏土矿、针铁矿等矿物组成，泥质结构，层理构造，裂隙发育，岩石质量指标RQD=0，属极差的，岩芯呈碎裂状；该层为特殊性岩土层，具有泡水易软化、崩解使强度降低的特点；该层做点荷载试验19组(326块)，抗压强度范围值4.52～17.26 MPa，平均值11.23 MPa，标准值9.81 MPa，岩石按坚硬程度等级属极软岩～较软岩，岩体完整程度属极破碎，岩体基本质量等级属Ⅴ类；该层力学强度较高，工程地质性能较好；在勘探过程中，该层未发现有洞穴、破碎带、临空面等。

2 旋挖成孔灌注桩后注浆工艺施工技术要点

旋挖成孔灌注桩后注浆工艺是混凝土灌注完成后通过预埋的注浆管向桩侧和桩端注入高压水泥浆，提高桩端和桩侧摩阻力的施工技术。旋挖桩及后注浆施工工艺：桩位放样→埋设护筒→钻机就位→钻进成孔→吊放钢筋笼→吊放导管→灌注料斗就位→混凝土灌注→后注浆[3]。

2.1 泥浆制备

因钻机施工中泥浆可以防止孔壁坍塌、抑制地下水、悬浮钻渣等作用，为此泥浆是保证孔壁稳定的重要因素。由于地基岩土中又夹有粉砂土层、亚砂层，地面水位较高的特点，调制出良好泥浆的各项性能指标尤为重要。

泥浆池容积大小一般为施工孔体积的3倍，工程的桩身长度最长为40 m，每根桩需要的泥浆为20.5 m3，泥浆池的容积至少为62 m3。结合场地的实际情况，泥浆池设置在场地适当位置并动态调整。施工过程中随时检测清孔后灌注砼时泥浆的各项性能指标，确保泥浆对孔壁的撑护作用，避免发生质量事故。

2.2 钢筋笼及注浆管的制作和下放

钢筋笼长度根据桩身实际长度进行调整，钢筋笼保护层采用直径160 mm的素砼垫块，绑扎固定在钢筋笼螺旋筋上。为防止钢筋笼上浮或脱落，吊筋为两根主筋，主筋应在护筒上可靠固定。起吊时，钢筋笼挂钩应焊接牢固，防止钢筋笼在起吊过程中脱落。钢筋笼存放时，应放置在平坦地面上，防止钢筋笼受力形变。注浆管直径为32 mm(当注浆管兼作超声波检测管时，其直径均不应小于50 mm)，采用丝口连接；连接时应安装密封胶垫和密封圈。为防止注浆管下放时法盘与钢筋笼碰撞刮蹭，法盘与导管连接处应焊接加劲板。导管利用吊车的卷扬机进行吊装。

2.3 水下混凝土浇筑

水下浇筑混凝土是一项关键性工序，其施工质量直接影响桩基础质量。因此在施工过程中，应严格控制以下几点：1)混凝土配合比必须与导管法灌注水下混凝土相适应。混凝土应具有优良的工作性，使其在导管中流动顺畅且不发生离析现象。

2)导管应具有良好的密封性。在进行混凝土浇筑时，导管应位于桩孔中央位置，避免跑管现象，防止导管撞击钢筋笼导致导管破损。导管底端一般应放置在距离孔底300～500 mm处，根据施工现场情况确定。导管底端应便于放置隔水塞，并顺利放出第一批混凝土。

3)在进行混凝土灌注作业前，应先在隔水塞上的导管内放入配制好的水泥砂浆，再放入混凝土。在完成上述工作后，通过混凝土自重将导管内的水排出，并将隔水塞安置在孔底。进行首批混凝土灌注作业时，导管的埋深应≥1 m。在首批混凝土正常浇筑后，混凝土浇筑作业应保持连续，不得中断。混凝土浇筑不得采用整斗灌注，应在导管顶端设施溜槽，使混凝土缓慢进入导管，防止导管内部产生气囊导致导管漏水等现象。

4)导管提升须专人指挥，用测锤探测混凝土面上升高度，探测次数一般不宜少于所用的导管节数，保持导管的合理埋深。随孔内混凝土的上升，需要逐节快速拆除导管，时间不超过15 min。拆下的导管立即冲洗干净。

2.4 后注浆

旋挖成孔灌注桩桩后注浆工艺在提高桩基础承载力的同时对桩基础周围土体加固，分为桩端后注浆、桩侧后注浆及桩端桩侧复式注浆三种。后注浆工艺对桩基承载力的增强主要由四个方面提供:1)水泥浆对桩端沉渣及桩侧泥皮的固化效应；2)水泥浆液渗入粗粒土的充填胶结效应；3)桩端及桩侧细粒土通过劈裂注浆形成加筋效应；4)单桩的扩底扩径效应，即桩端形成扩大头，桩表面形成紧固于桩体的水泥结石层。

后注浆是桩基施工工序中的最后环节，旋挖成孔灌注桩桩后注浆施工过程应严格监督和记录，严格控制质量，由此可以提升桩基础工程质量控制。

注浆过程中应对注浆压力和注浆量严格按照施工方案进行。对注浆速度、浆液浓度等关键指标进行严格控制。注浆应于成桩7 d后进行,根据施工现场情况确定具体时间，但一般不宜迟于30 d。桩端开始注浆时，水泥浆水灰比为0.5，水泥选用P.O42.5低碱水泥。注浆过程中对注浆压力实时监控，注浆压力由小到大,在增大注浆压力的同时,逐渐提高水泥浆液浓度。当压力接近注浆终压时,应停止注浆。注浆过程中还应实时记录水泥压入量，当水泥压入量达到设计值的70%，而注浆压力不足70%时，应提高浆液浓度。当桩侧注浆量不足时，以不足部分的1.2倍从桩端注入。

3 施工注意事项

3.1 钢筋笼质量控制

钢筋笼的制作应分段进行，钢筋笼吊放入孔时再分段进行焊接。在进行钢筋笼的运输和吊放作业中，应设置加强箍筋，加强箍筋每2 m设置一道，为保证钢筋笼质量，钢筋笼在运输过程中，其内部应安装临时加劲架，加劲架应每3～4 m一个，并方便拆卸。钢筋笼吊放作业时，应保证钢筋笼垂直且缓慢进入孔内，防止钢筋笼碰撞孔壁。钢筋笼吊放入孔后应按设计要求固定位置。储存、运输及吊装过程中，若发现钢筋笼发生变形，必须在修理后方可使用。

浇筑混凝土时，应随时观察钢筋笼位置。为防止混凝土浇筑导致钢筋笼上浮，应采取以下措施：1)钢筋笼上端孔口位置处应采取固定措施；2)应严格控制混凝土浇筑时间，保证混凝土流动性符合要求，防止混凝土流动性过小进入钢筋笼；3)当混凝土顶面接近钢筋笼底端时，浇筑速度应适当减小，并保持埋管深度；4)当浇筑混凝土顶面达到钢筋笼底端1～2 m后，应适当减小埋管深度，钢筋笼在混凝土中的埋置深度适当增加；5)在灌注临近结束时，如导管外泥浆所含渣土比重增大，混凝土灌注压力降低，混凝土浇筑困难时，应采取稀释泥浆或清理沉渣等措施以便完成混凝土浇筑工作。

3.2 孔口坍塌处理

3.2.1 坍孔预防

施工前根据地层勘察结果拟定钻进措施。预防坍孔首先要设计符合工况的合理的泥浆参数。护筒使用卷板机在制作车间卷制加工，护筒所用材料为5 mm厚钢板，其内径应大于桩径20～30 cm。为防止坍孔需要加强护筒整体刚度，采取的措施为在护筒焊接接头处设置15 cm宽钢带，筒底设置50 cm宽钢带作为刃脚，分段制作，通常每段长2 m，施工现场接长。钢带焊接采用坡口双面焊，焊缝连续并保证不变形。钢护筒垂直度偏差不应超过1%，为控制护筒埋设垂直度，首先由人工挖孔，直至准确的平面位置，通常平面位置偏差≤5 cm。护筒顶端高度根据地质、水位等情况按照技术规范的要求设置，护筒高度通常高出施工水位或地下水位1.0～2.0 m，并应高出施工地面至少0.3 m，埋置深度为2～4 m。护筒四周用粘土夯实，满足技术规范要求。

3.2.2 坍孔处理

施工过程中发生偏孔、坍孔或护筒周围冒浆等情况，可采取以下措施进行处理。1)当发现偏孔时，应立即停止钻孔并将钻头提升，将钻头置于偏孔处上方，采用慢速，并反复修正偏差。2)当偏孔情况严重导致无法修正时，应采取回填措施。回填高度应高于偏孔位置约0.5 m，在回填密实后重新钻孔。3)施工过程中，如果发现护筒内水位下降严重并有大量气泡冒出，根据施工经验，可能出现了坍孔现象。坍孔程度较轻时，应采取控制钻进速度、提高泥浆浓度等措施；坍孔程度较严重，必须立即停止钻孔，并用粘土进行回填，待回填密实后再进行钻孔作业。4)钻孔灌注桩施工，必须严格按照施工工序组织施工，为避免成孔时间过长导致的坍孔现象，钻孔完成后，应立即组织灌注作业施工。为避免发生串孔，相邻桩的作业时间间隔不小于24 h。

3.3 沉渣控制

旋挖桩桩端沉渣控制一直是一个技术难题。经对相关文献分析[4,5]及福建一建·日月芳华(A地块)工程现场调研，本项目桩基础工程施工采用以下3种方法进行桩端沉渣控制。沉渣厚度用沉渣仪或重锤测量，端承桩沉渣厚度≤50 mm，摩擦桩沉渣厚度≤150 mm。1)混凝土浇筑方式采用隔水塞施工工艺；2)采用桩端后注浆对桩端沉渣进行固结；3)清孔用专用捞砂钻头将沉渣清出孔位。

4 结 论

通过福建一建·日月芳华(A地块)工程实例对旋挖成孔灌注桩及后注浆技术的应用，对旋挖成孔灌注桩及后注浆工艺施工中的相关问题进行了分析，为该技术在工程中的推广应用提出了以下对策及建议:1)灌注桩后注浆工艺有效提高了桩基承载力和桩基工程质量，同时对桩端沉渣和桩身泥皮进行固化，有效地减小了单桩沉降量。无论是对于抗拔桩还是抗压桩，均能提高50%以上的桩身承载力，可以减少设计桩量的投入，缩短施工全周期的时间。2)后注浆工艺对桩基础承载力的提高，相同承载力特征值前提下，可以适量减小桩长，有效缩短施工进度。3)经超声波对桩身完整性检测结果，后注浆工艺可以对桩端沉渣进行有效控制，桩基质量优良。

近年来，旋挖钻孔灌注桩及后注浆施工技术在不断的改进，该技术与现有的钻孔桩施工工艺的综合运用也逐渐成熟化和多样化。随着旋挖钻孔灌注桩及后注浆施工技术的发展，该技术与其他工艺的融合和技术创新将成为桩基础工程施工技术人员关注的焦点。