灌注桩后注浆技术在某超高层建筑中的应用

瞿慎俊 （大连市建筑设计研究院有限公司,辽宁 大连 116011）

0 前言

灌注桩后注浆作为一种提高灌注桩承载力的技术广泛应用于工程建设中，此技术即灌注桩成桩后一定时间，通过预设于桩身内的注浆导管及与之相连的桩端、桩侧注浆阀注入水泥浆，使桩端、桩侧土体（包括沉渣和泥皮）得到加固，从而提高单桩承载力，减小沉降。根据已有的工程经验及资料显示：注浆对承载力的提高幅度因桩周土性、桩端土类别、注浆压力、浆液配比、施工工艺等因素的不同而变化，通长的提高幅度在20%～100%，一般来说，由于粗粒土属于渗透注浆，故后注浆技术在碎石土层、中粗砂土层的效果显著。

超高层建筑因其自身荷载较大，一般普通桩基础承载力难以满足要求，通常会采用后注浆技术来提高桩身承载力，以增强桩身的质量稳定性与改善桩基础沉降。

1 工程概况

本项目位于沈阳市和平区，地上共十栋超高层住宅建筑，采用全现浇的钢筋混凝土剪力墙结构，地下四层（其中含一层设备层），地上46 层，建筑高度为约139.0m。超高层住宅的基础采用筏板基础，根据地质条件，可满足设计要求。但因其中两栋超高层住宅附近有规划即建地铁线，为避免后期地铁开挖施工对高层住宅基础产生不利影响，经方案论证及专家评审，改用直径800mm 的泥浆护壁钻孔灌注桩基础，采用桩端桩侧后注浆工艺。

场地地形平坦，地貌形态为冲积平原，地层结构为沉积韵律，成层条件稳定，各岩土层分布较均匀。场地地面绝对标高46.36～48.32m，地层共划分为12个大类土层，各土层物理力学指标见表1，泥浆护壁钻孔灌注桩设计参数见表2。

根据《建筑桩基技术规范》（JGJ 94- 2008）中第5.3.1 规定，建筑桩基的承载力应通过单桩静载试验确定[1]。桩径为800mm，有效桩长24m，桩身采用C50 的混凝土，注浆阀六个：桩端注浆阀两个，桩侧注浆阀四个，注浆阀分三组埋置与桩顶下8m（桩侧注浆阀），16m（桩侧注浆阀），24m（桩端注浆阀），桩身断面见图1。

2 试桩工艺要求

2.1 泥浆护壁灌注桩成桩工艺要点

①施工期间护筒内的泥浆面应高出地下水位1.0m 以上，在受水位涨落影响时，泥浆面应高出最高水位1.5m 以上；

土层物理力学指标 表1

图1 桩身断面详图

钻孔灌注桩设计参数 表2

②在清孔过程中，应不断置换泥浆，直至灌注水下混凝土；

③灌注混凝土前，孔深度必须保障达到设计要求的深度，并进行清孔，此时孔底500mm 以内的泥浆相对密度应小于1.25，含砂率≤8%，粘度≤28s；

④在容易产生泥浆渗漏的土层中应采取维持孔壁稳定的措施；

⑤钻孔达到设计深度，灌注混凝土之前应清孔，孔底沉渣厚度指标应≤50mm。

2.2 泥浆护壁灌注桩后注浆工艺要点

①后注浆导管采用Q235BΦ42×3.5mm 无缝钢管，且应与钢筋笼加劲筋绑扎牢固或焊接。

②后注浆阀应具备下列功能：注浆阀应能承受1MPa 以上静水压力；注浆阀外部保护层应能抵抗砂石等硬质物的刮撞而不致使注浆阀受损；注浆阀应具备止逆功能。

③根据试桩工艺及结果，浆液配比、终止注浆压力、流量、注浆量应符合下列参数：本工程注浆水泥采用42.5 普通硅酸盐水泥；浆液水灰比根据本场地土的饱和度及渗透性确定为0.55；桩端终止注浆压力为2.8MPa；注浆流量不宜超过75L/min；单桩注浆量（以水泥质量计）为3.05t。

3 试桩单桩承载力估算

根据《建筑桩基技术规范》（JGJ 94- 2008）中第5.3.10 规定，后注浆灌注桩的单桩承载力特征值可按下式估算：

式中：R为单桩承载力特征值（kN）;u 为桩身周长（m）；l为后注浆非竖向增强段第j 层土厚度（m）；l为后注浆竖向增强段第i 层土厚度（m）；q为后注浆非竖向增强段桩侧阻力特征值（kPa）；q为后注浆竖向增强段桩侧阻力特征值（kPa）；q为桩端阻力特征值（kPa）；A为桩端截面面积（m）；β、β分别为后注浆侧阻力、端阻力增强系数。

根据地层信息，采用桩端桩侧后注浆技术，根据式（1）～（3）估算的三个试桩点的单桩承载力特征值为：

试桩承载力综合评估给出单桩承载力估算值为R=7100kN。

1#桩静载试验成果 表3

2#桩静载试验成果 表4

3#桩静载试验成果 表5

图2 1#桩Q-s 曲线

图3 2#桩Q-s 曲线

图4 3#桩Q-s 曲线

单桩竖向承载力特征值对比表 表6

4 试桩静载试验结果

试桩的试验结果详见表3～表5，根据试桩结果绘制1～3# 桩的Q- s 曲线，如图3～图4 所示。

根据表3～5 及图2～4 的荷载位移曲线可知，桩体未达到破坏。因本次试桩试验为验证性试验，即按照地质资料和设计规范估算出单桩承载力特征值，然后指导试桩试验。按照《建筑基桩检测技术规范》（JGJ106- 2014）的规定：在试桩过程中按估算的单桩极限承载力的1.1 倍加载后，桩未发生破坏，说明此单桩承载力可按预先估算值用于设计。

若此桩不使用桩端、桩侧后注浆技术，根据地层信息，按《建筑桩基技术规范》（JGJ 94- 2008）中第5.3.5 规定估算的三个试桩点的单桩承载力特征值为：

则采用桩端、桩侧后注浆技术后，通过试桩试验验证可知，单桩承载力对比如表6。

因桩周土为砾砂、圆砾土，采用桩端、桩侧后注浆技术能够显著提高灌注桩的单桩承载力，单桩承载力特征值提高幅值为116.7%～131.3%，比以往的设计经验幅值要高。究其原因：因未采用后注浆技术时单桩承载力的估算是采用规范经验公式，而非通过现场试桩试验得到。

5 结论及建议

本文通过对某超限高层建筑试桩试验的介绍与对比，得出如下的结论及建议：

①通过试桩验证试验可知，采用桩端桩侧后注浆技术能够显著提高灌注桩的单桩承载力，较按规范经验公式计算的不采用后注浆技术的单桩承载力特征值提高幅值能达到110%～130%；

②超高层住宅建筑采用桩基础时，应充分了解桩侧、桩端土层类型，合理采用桩端和桩侧后注浆技术以达到显著提高单桩竖向承载力特征值的目的，从而解决布桩密集或布不下桩（因桩间距的要求）的问题，同时因单桩承载力提高，基本能满足剪力墙墙下布桩的要求，极大地减小了基础底板的厚度，且能显著降低基础底板的造价；

③灌注桩后注浆技术对单桩承载力特征值的提高幅度超过经验幅值，若想搞清楚沈阳地区承载力的提高幅值建议进一步做对比试验，同时对采用后注浆技术的灌注桩和未采用后注浆技术的灌注桩进行破坏性试验，根据试验结果即可得更精确的承载力提高幅值。