灌注桩后注浆技术在皖南卵石地层中的应用

周 干 （广东博意建筑设计院有限公司合肥分公司，安徽 合肥 230001）

1 桩端后注浆技术原理

利用桩端后注浆技术时，需要预先把注浆管埋设在钢筋笼的底部及侧面上，在成桩后实施高压注浆，浆液渗入之后，通过劈裂、填充还有挤密等方式跟桩体附件土体结合到一起，对桩底部位的沉渣，还有桩侧部位的泥皮加以固化，强化单桩承载力，避免大量沉降等效果。处理桩基时，桩端后注浆技术的加固机理包括以下几个方面。

①劈裂加筋。浆液能够在压力的作用下，平衡掉地层的初始应力跟抗拉强度，对土体跟岩石结构造成扰动、破坏，让地层产生新的裂缝或者是孔隙，同时，让地层中之前的孔隙、裂缝变大，这种沿垂直于桩体形成的平面劈裂，会让浆液在土中产生一种网状结石，实现相应的加固效果。

②填充挤密。通过钻孔方式，往桩基中灌注极浓的浆液，让注浆管周围产生“浆泡”，达到挤密土体的效果，浆泡较小时，灌浆压力会沿钻孔往外散，但却不会外渗，等到浆泡变大，其上抬力也变大，实现加固桩基的效果。

③渗透固结。浆液在压力下会渗入桩侧还有桩底的土中，产生一个高强度、具有结构性的结石体，从而强化桩侧摩擦力，增大桩端承载面积，以强化单桩的实际承载能力，该固结机理适用于卵土、碎石土或者是具有显著渗透性和可灌性的砂土。

2 计算分析

经过后注浆处理的单桩承载力极限值，需要利用静载试验予以确定，其计算公式为：

β、β是桩侧、桩端的阻力增强系数。

剩下的参数均取自《建筑桩基技术规范》，设计的关键是 β、β如何取值。应考虑当地工程的取值经验，并分析场地土层形状。在确定注浆压力跟注浆量等关键参数时也要借鉴同类经验。

3 设计工艺

备好注浆管→安装注浆管阀→桩身浇混凝土→备好注浆设备→准备水泥浆液→注浆→拆设备。

①制作注浆管。做钢筋笼时，就要用无缝的35mm钢管做注浆管，封堵其两端，再用丝扣连接接口，注浆管需要比钢筋笼长56cm，在桩底要自钢筋笼中突出4.5cm，上部要比桩顶混凝土面高出45cm，但不允许突出地面。将注浆管下端15cm位置上，按2.5cm的间距钻出5排直径为2.5mm的注浆孔，将其做成喷头。

②在桩端安装注浆阀。桩端的注浆阀也要在制作钢筋笼时装好，并把注浆阀跟注浆导管连好，桩底安装的注浆底阀要比钢筋笼长出180mm，用钻孔把出的部分钻花孔，并用生胶带封严孔隙。用超声波检测桩底浆管，合格后再投入应用，以防桩身被浆液塞住。

③把注浆管布置好。做好注浆管后，沿钢筋笼按桩径大小设置2根～3根，注意保持对称，在吊放钢筋笼时，钢筋笼不能变形，保证注浆管不受损。孔壁不得被磨损，以免堵孔，喷头处需加混凝土护垫，再按相关规范实施浇混凝土。

④确定注浆处。成桩4d～5d后，且该桩7.5m以内无别的钻孔作业，其附近7.5m内的桩体均至少完工4d，以免周边薄弱点溢浆。

⑤配备水泥浆。注浆要用P.0.42.5水泥来配备，第一盘水泥用量要加大，第二盘选择0.8的水灰比，当水灰比减到0.6时结束，为保证注浆管不会被未拌开的水泥颗粒堵住，制备时，要控制颗粒大小，并用筛网对水泥浆液实施过滤。

⑥设定注浆压力、注浆量还有注浆控制标准。因地质条件不尽相同，注浆量也未作明确规定，故此注浆量取决于地质条件跟施工状况。注浆时要对注浆压力和注浆量实施双重控制，当注入量满足设计要求时，注浆即停止。

⑦注浆施工。先对周圈桩位注浆，然后是中间桩位，对于承台中一次性压好的群桩，应该两根桩同时循环注浆：也就是先压桩1的A管，注浆量达到65%时，压桩2的A管，达到同样注浆量后，再压桩1的B管，然后是桩2的B管，这种使同桩两次注浆会有25min～35min的间隔，水泥浆能扩散得很充分，注浆要有施工记录。

4 与普通灌注桩的对比

与普通灌注桩相比，经过桩端后注浆处理的灌注桩的优点如下。

①桩数少，桩径小、桩长短；周期短，工作量少，成本低；经济效益好，在大直径超长桩中的体现更明显。

②桩端阻力得到强化。能强化持力层的性质，强化桩基础的抗震、抗拔性，还有承载力。

③桩土与桩基之间能够更好地粘结。强化桩与侧壁土层之间的摩擦力，再通过劈裂渗入地层，实现加筋效果。

④通过注浆管可以声波透射法对桩身完整性做检测。可替代等强截面钢筋，强化建筑物的安全性，强化经济效益。

⑤在溶岩地区，通过注浆可以实现填充溶洞的效果。

⑥在以较厚卵石层为持力层处，能改善地层的不稳定状态。

5 应用实例

5.1 基本情况

场地在皖南宣城泾县，东邻泾县医院，南邻隆裕路，西邻瑶庄路，北邻潭西路,其地貌系河流冲积形成的河谷平原，局部存在沟塘等微地貌。在皖南，这种地貌比较普遍。

图1 工程地貌示意图

5.2 土层状态

本次勘察按成因，结构及力学性质等，将土层分为5个主亚层，即耕土(Q4al)是①层；粉质粘土（Q4al）为②层；淤泥质粉质粘土(Q4al)是③层；粉细砂夹粉土(Q4al)是④层；卵石(Q4al)是⑤层。其中⑤层的50%～60%是20mm～60mm的粒径，粒径最大超过100mm，混杂砾砂、中粗砂还有粉质粘土，砾径分布混杂，不均匀、无层理。基本成份是石英砂岩，偶含漂石，磨圆度强，表面光滑，上部含少量大粒径卵石，下方含卵石较多、砾径也在加大。⑤层层顶在1.90m～10.0m埋深处，层顶未揭穿，对应的黄海高程大约在25.30m～31.80m，揭露厚度最大为20.40m。勘察时发现，当钻机钻进混杂中粗砂、砾砂段时，漏水、漏浆严重。

图2 工程地质剖面图

5.3 确定桩型

根据地勘资料对成桩工艺做对比后，灌注桩以卵石层为持力层，采用了泥浆护壁方式钻孔。参照勘察资料，若持力层选强风化基岩，就要穿透整个⑤层，20多米的卵石无法钻进，且可能渗漏、塌孔，再考虑到承压含水层跟泥浆会影响地下水环境，不宜如此施工。⑤层力学强度较高，呈密实状，工程性尚可，承载力高，分布更稳定，厚度也大。故而以⑤层为持力层，桩径设定为0.6m。桩身混凝土强级水下C35，单桩承载力设计极限值为4400kN，其特征值为2200kN,桩长按各土层的侧、端阻力来算应该为18m，桩端至少进入卵石层15m，后来在试成孔时发现，卵石最大粒径有180mm，难以钻进，总是卡钻，频繁塌孔，效率低下。最后决定选择后注浆技术，以缩减桩端沉渣厚度、强化桩侧阻力，缩减桩端进入持力层深度，消除不利因素，优化施工效率。

5.4 注浆指标

① β、β的确定，由于本工程⑤层粒径大，上部稍密，往下一点点由中密到密实，计算 β时取 2.0，β则取 3.0，并以试桩方式加以验证。计算当单桩承载力极限为4400kN时，原18m桩长可缩至11m，卵石层内进入部分缩减了7m的长度。同时，竖向增强段也不超过12m，只在桩端后注浆即可，桩侧跟桩端无须复试注浆，降低施工难度。

②后注浆导管共2根，须在成桩前预埋，并与钢筋笼加劲箍固定在一起，绑扎或者焊接均可。不允许注浆导管漏水，连接时用螺纹，本工程的桩身纵筋不能用注浆管替代。注浆要求进到桩底土层内0.2m～0.4m处。

图3 桩身构造

③确定注浆量：控制注浆液水灰比，使其在0.55上下。注浆量应为：

GC=αd+αnd

α对中粗砂应该取0.7，由于本工程是承台桩，其间距相对较大，注浆量需要加个系数，大概1.2～1.5，算出的注浆量是1.5（以t计）。

④注浆压力为3MPa～5MPa，注浆速度在75L/min以内。

⑤成桩2d后，30d内，注浆作业开始，注浆距成孔作业点至少8m，依次对同桩的两注浆管做等量注浆，桩群注浆时，要求先外围，后中间。

⑥注浆量和压力达到设计值时，注浆终止。若注浆压力一直比正常值小或地面开始冒浆，或者是附件桩孔串浆，都要改为非连续注浆，最好间歇0.5h～1h，也可把浆液水灰比适当调低。

⑦注浆期间，应经常检查工艺参数。发现异常要马上复核，按现场情况处理。

⑧桩基完成后，应按工程质量要求实施验收。在桩身混凝土强度达标时，注浆完成20d后，方可检验单桩竖向承载力。

注浆20d后，通过小应变桩身检测，还有静载试验，发现本工程单桩无论是竖向承载力，还是桩身完整性，全都达到了设计要求。

6 结语

后注浆技术的技术含量非常高，在卵石地层中应用，能强化单桩承载力，缩减沉降量，降低桩基成本，强化建设效率。设计只要合理，再对工艺精准控制，通过严格管理，采用得当措施来施工，就能强化桩基质量，使其技术先进，安全适用，经济合理。