建筑工程桩基施工中的桩端后注浆技术研究

杨建伟

（甘肃一安建设科技集团有限公司炼化工程公司，甘肃 兰州 730060）

0 引言

当前，社会经济已然进入了高质量发展阶段，在新发展格局下，建筑行业需要迎合时代发展趋势，不断提升对施工工艺的研究深度[1]。桩基施工是建筑工程中非常重要的环节，直接决定了建筑工程的整体质量基础[2]。对此，国内学者开展了大量相关研究。余渊等（2022）以孤石底层建筑工程施工为研究对象，分析了桩基施工的设计方案，并以深圳某高层建筑桩基施工为具体应用案例，分析了该方案的有效性[3]。程鹏举（2022）分析了桩基施工技术在高层及超高层建筑中的应用，重点对比了常见的桩基技术的优劣以及选择原则[4]。万松琳、李原（2022）结合工程实例，在分析特殊地基的基础上，分析了基础的选型、桩基础类型的确定、基础持力层的最终确定、预制混凝土管桩的设计等问题及处理措施[5]。在建筑施工中，桩基施工经常面临着泥浆护壁冲钻孔孔底沉渣清理不净等技术性问题，直接导致桩端承载力难以满足要求，并且严重影响到桩体结构[6]。因此，结合相关学者的研究，明确在面对实际施工问题时，需要选择适宜的施工工艺，桩端后注浆施工技术是较为常用的桩基施工工艺，然而对此研究深度不足，尤其是其技术要点有待进一步明确。鉴于此，本研究详细探讨了桩端后注浆施工技术的要点，促进该技术在桩基工程中的高质量应用。

1 桩端后注浆技术概述

建筑工程桩基施工中桩端后注浆技术一般应用于灌注桩钢筋笼下放过程中，顺着灌注桩钢筋笼内壁预先埋设好注浆管，当检测到桩身混凝土强度合格以后，借助压力顺着注浆管将水泥浆液注入桩端土体空隙内[7]。

通常而言，建筑工程桩基施工中土体中若存在水泥浆液，水泥浆液便会在渗透、劈裂与挤密等作用力下，呈现出流动状态。因此，桩端后注浆技术的注浆原理可以借助球形扩散理论加以解释，受到压力作用的影响，桩端内的浆液将会形成一个理想的球体，而径向与竖向的扩散会分别增加桩的直径与长度，而增加区域的体积便可视为水泥浆在桩端内的渗透范围。然而，护壁的泥浆与注浆浆液在通过砂性土层过滤以后，处于桩端近处的土体将会因此降低渗透性，同时伴随生成一个“填充区域”，具体可见图1。

图1 桩端后注浆形成物示意图

从图1 可见，“填充区域”与桩侧泥皮共同构成一个近似U 型的封闭空腔，可以封闭水泥注浆，防止浆液进一步扩散。由实际工程经验可知，桩侧泥皮强度较小，其最大承受力一般不超过2MPa 的注浆压力，而一旦注浆压力超过2MPa，浆液将顺着桩身空隙上流，并于桩端内将形成趋于稳定的体积，并不断对桩侧泥皮进行推挤，从而不断顺着桩侧桩向上流动。因此，桩侧的浆液流动可以简单地看作平面径向渗流，主要沿着桩身空隙上流或横向渗透到桩侧土层，不仅可以有效提升桩侧侧面阻力，还可以延伸桩径。注浆浆液在桩侧土层将形成明显的径向压力作用，这一作用过程将直接导致对桩侧土层的径向挤压，而挤压体积量便是水泥注浆的填充量，具体可见图2。影响注浆浆液对桩侧土层的挤压体积量的因素有很多，其中较为主要的包括土体强度、土体深度、挤压处上方泥皮封闭效果。若土层处于均匀状态下，土层越浅，浆液位置水头所处位置越高，而桩侧土层所受到的注浆浆液挤压力越小，因此形成的封闭空腔的封闭效果越差，水泥泥浆对桩侧土层的挤压体积量越小，“水泥皮”便越薄。

图2 桩侧后注浆生成物示意图

2 注浆参数设定与压浆孔设计

2.1 注浆参数设定

桩端后注浆技术作业中，焊接管的最佳参数为壁厚2mm与直径为25mm，注浆管接头最好选择螺纹套筒锁扣，注浆所用水泥最好选择42.5 强度的硅酸盐水泥，注浆设备最好选择高压注浆泵[8]。桩端后注浆技术的主要参数主要包括三个方面：第一，施工水灰比参数。在桩端后注浆技术中，施工水灰比参数的合理设定对整体工程质量具有重要影响，主要可分为两种情况，第一种是施工水灰比过小，此时将会造成压力性过大，从而出现水泥浆离析情况，影响到施工进度与质量，第二种是施工水灰比过大，此时将大大增加施工难度。因此，需要十分注重对施工水灰比参数的把控，需要具体施工人员根据材料特性、施工实况，并结合自身施工经验，合理调整施工水灰比参数，施工水灰比的合理设定范围为0.5～0.65[6]。第二，注浆使用量参数。在实际施工中，设定注浆使用量参数时需要结合桩间距参数与实际施工中存在的碎石数量进行设定，合理设定范围为2.0～3.0t。注浆量主要包括桩端注浆量与桩侧注浆量，因此在计算注浆量时可以分为桩端注浆量计算与桩侧注浆量计算，再结合二者的具体影响因素与计算方式可以得到合理的估算值，从而确保注浆使用量保持在的合理参数范围内[9]。需要注意的是，在注浆过程中一旦发生冒浆、串浆等异常情况，一定要及时采取间隙式注浆技术，间隙时间最好控制在0.5～1h 之间。第三，注浆控制压力参数。在实际施工中，注浆控制压力主要由注浆量决定，需要在确定具体注浆量以后，设定合理注浆控制压力范围。当注浆控制压力达到临界点后，一定及时停止注浆作业，避免影响施工质量。

2.2 压浆孔设计

桩端后注浆技术作业中，压浆孔设计非常重要，所有灌注桩应按照相关要求配备压浆孔，并需要在桩顶预留出排气孔，底部是否预留出排水孔可以根据实际情况进行确定。在选择具体的压浆管与排管时，最好确保其内部钢管的内径为20mm，可以采用钢丝或者塑料扣件来连接相邻的管道，管道应处于桩基上方[10]。通常情况下，管道在设计压浆孔与排气孔时，都应该选择在锚座上，需要注意的是排气孔还应当设计在锚具近处位置。需要观察好灌注桩直径、桩底持力层与桩端的空隙差异，视情况在灌注桩钢筋笼附近均匀布设好2～4 个压浆管。若是灌注桩直径变大，则持力层与桩端的空隙将会变小，则此时便需要合理增加压浆管。

3 建筑工程桩基施工中端后注浆技术应用要点

3.1 注浆管制作与布设

注浆管制作在桩基施工桩端后注浆技术应用中具有重要地位，其本身会对建筑施工整体造成较大的影响。为了保证桩端后注浆技术的正常开展，需要对注浆管的制作流程与强度设置进行严格规制。为了保证注浆管满足施工应用强度，通常选用无缝钢管和镀锌管。制作过程中，首先需要将注浆管放置到钢筋笼的前端位置，使用管径为20mm 的制作材料，通过锁扣或套筒方式将二者进行连接。此阶段要保证注浆管超出钢筋笼长度在10m 左右，同时应保证注浆管的位置与施工地面距离保持在2m 左右。若在桩端后注浆技术应用中钢筋笼与地面距离在3cm 以上，则需要在桩基地步增加注浆喷头，以保证桩端后注浆工作的正常开展。注浆喷头在设置中应保证可旋转45°，并且需要在喷头附近钻三排小孔，每个小孔为6mm。

桩基施工注浆管布设中需要根据建筑工程要求进行科学化设计，根据桩端后注浆技术应用的基本要求，要将注浆管分段且均匀地绑在钢筋笼内侧，并按照施工顺序完成小孔清理和提钻等准备工作，防止在桩端后注浆技术应用中出现注浆管堵塞的情况。桩基施工中应注意将注浆管顶部与钢筋笼连接，保证注浆管底部处于空闲状态，以此为后续的衔接工作提供可利用空间。

3.2 注浆设备与注浆速度

桩端后注浆技术应用中需要考虑到设备的土层结构情况，建筑工程桩基施工作业中通常会选择注浆泵设备进行注浆作业，根据土层渗透系数和施工压力标准情况下，常规注浆设备的压力值基本保持在6MPa 左右，此时，桩端后注浆技术应用中注浆设备可以达到最佳的施工效果。注浆设备作业中通常采用浇灌方式进行，该方式不仅可以有效减少注浆时间，缩短施工工期，还可以保证桩端后注浆技术的施工质量。建筑工程桩基施工中要及时观察注浆设备的注浆速度情况，防止因大颗粒混入出现管道堵塞的情况。为有效控制注浆速度，防止注浆管道堵塞，需要在注浆设备施工中将水压控制在3MPa，防止管道内出现空余的压力空间，防止管道堵塞。

3.3 压浆施工

桩端后注浆技术中的压浆环节应在一次性施工下完成工作流程，以此提高施工质量。压浆施工中要以群浆为基础，在两根独立桩柱下开展循环压浆，压浆施工环节要以工程施工标准为依据，在标准要求下对压浆时间进行合理控制，通常情况其施工要求应保持在0.5h 内完成。整个施工过程中要保证闭盘压力满足标准，以保证压浆施工高质量完成。在桩端后注浆技术压浆施工全部完成后，需要通过压水试验进行检测工程施工的质量水平，且保证桩端后注浆技术施工中注浆管的畅通性，防止出现施工管道堵塞的情况。具体施工流程如图3 所示。

图3 桩端后注浆技术基本施工流程

3.4 注浆作业

建筑工程桩基施工中应逐一完成桩端后注浆量估算工作、注浆压力确定工作和注浆液浓度控制工作。

首先，对桩端后注浆量进行合理估算。建筑工程桩基施工中对桩端后注浆量的计算通常只考虑浆液与土体的“挤密”作用，而忽略劈裂和渗透情况下浆液损失。本次对桩端后注浆量的计算需要使用桩侧内浆液的最大压力值，该压力值的确定以土体的极限承载力和上泥皮阻力的较小值为依据。由此，依据桩端后注浆填充的作用机理，可以将桩端后注浆量视作以桩基为直径的球体结构，由此可以计算桩端的注浆量体积为：

式中，Qp为桩端后注浆量体积，r 为灌注桩的半径数值。

完成桩端注浆量后需要继续计算桩侧注浆量，对于桩侧注浆量的计算需要考虑建筑工程施工中注浆压力对桩侧土体造成的位移影响，因此将桩侧位移后土体位移体积纳入其中，并考虑到桩侧泥皮体积部分实际体积量，其计算公式为：

式中，Qs为桩侧注浆量体积；δi为灌注桩桩侧的泥皮厚度情况，该条件与建筑工程施工的地理位置和地层条件以及施工质量等多项因素具有直接关系；为注浆压力作用下土体的移动距离；为建筑工程作业下土层的厚度。根据《工程地质手册》，按照建筑工程桩基施工中注浆量计算公式可以估算出施工所需注浆量。

其次，完成建筑工程桩基施工注浆量估计工作后，需要对注浆压力进行确定。桩端后注浆技术应用中需要在施工作业完成后，在要求时间内对灌注桩的轻度性能进行全面检查，其中需要考虑到桩端后注浆中的起渗压力、扩展压力和注浆摩擦压力。因此，在建筑施工中需要由专业技术人员对各项压力进行专业检查，结合施工标准要求中的压力设定符合桩端后注浆技术应用的注浆压力。通常情况下注浆压力标准应控制1MPa，但随着桩端后注浆技术作业的进行，注浆压力值会在多种压力的共同作用下不断提升，由于桩基施工中桩孔地步吸浆程度存在不同程度的变化，因此在作业过程中注浆压力使用会保持在4MPa 左右，该数值为建筑工程桩基施工中的注浆压力临界值，桩端后注浆技术应用中应保证注浆压力临界值出现时间在3min左右，同时需要根据施工环境的变化，对注浆压力的变化时间进行合理调整，施工中应及时参考注浆压力值变化情况与临界值情况，若注浆压力较大，则应该及时停止注浆工作，防止因桩端后注浆压力过大影响桩基施工的整体质量。

最后，通过科学化手段确定桩端后注浆浆液浓度。桩端后注浆浆液浓度的确定需要对施工作业中的水泥和石灰比例进行合理控制，通常情况下二者的配比为4:6。建筑工程桩基施工中初始的桩端后注浆浆液浓度较低，主要由于初始作业时，注浆中的水泥浆液黏稠度较低，此时注浆的稳定效果较差，随着注浆量的不断增加以及注浆压力的增大，在注浆贯通桩基底部后浓度则会明显增加，此时建筑工程施工中的注浆密封效果较高。施工中需要考虑桩体自身的问题，当桩基的可灌性较低时，此时需要根据施工作业情况减少注浆量，以此防止建筑工程桩端后注浆施工中出现水泥快速凝结的情况。为保证桩端后注浆技术应用的合理性，需要在施工作业中将水泥浆的凝结时间控制在1h 左右，并且需要根据施工的外部环境严格控制混凝土的表面温度，并且严格控制桩柱的注浆时间，建筑工程施工中单个桩柱的注浆时间应控制在0.5h 左右，在此施工条件和时间控制下可以保证桩端后注浆浓度达到施工标准要求。

4 结论

桩端后注浆技术作为当前建筑工程桩基施工中的一种常见技术，具有很大的应用优势，可以有效增强桩基承载力，大大提升建筑主体稳定性，有效提升工程效率与工程整体质量。在具体施工中，桩端后注浆技术的应用需要做好以下把控工作：（1）严格规制注浆管的制作流程与强度设置，科学布设注浆管；（2）注浆设备压力值应控制在6MPa 左右，比合理控制注浆速度；（3）压浆作业时间应在0.5h 内完成，确保注浆管的畅通性；（4）严格控制桩端后注浆技术的注浆量、注浆压力与注浆浓度。