后注浆技术在复杂地质桩基工程上的应用

时间：2024-07-06

黄发源，王逢朝，蔡雪霁，田尔布

(1.福建省第一建筑工程公司,福建三明365004;2.三明学院,福建三明365004)

后注浆技术在复杂地质桩基工程上的应用

黄发源1，王逢朝2，蔡雪霁2，田尔布2

(1.福建省第一建筑工程公司,福建三明365004;2.三明学院,福建三明365004)

通过对三明市图书馆工程冲孔灌注桩的3根试桩进行注浆前和注浆后2次静载试验对比，结果表明采用后注浆技术后的灌注桩，其最大沉降量大幅下降约3～7 cm，回弹率值增加近30%，承载力提高约1倍。

后注浆；桩基；灌注桩；静载实验

Abstract：Two static load tests of three bored piles before grouting and after grouting were carried out in the library project of Sanming city.The results present that the bored piles with the technique of post-grouting reduced the maximum settlement by 3 to 7 cm,increased the resilient rate by nearly 30% and improved the bearing capacity by 100%.

Key words：post-grouting;pile foundation;bored pile;static load test

后注浆技术是一种通过预埋注浆管(桩端或桩侧)在桩基成型后进行高压注浆，注入的浆液能够与桩周围的土体紧密结合，固结桩底沉淤物和桩侧泥皮,增强桩底桩周土的结构强度，从而提高桩的承载力，减少沉降的施工方法，是近年桩基施工的热点之一[1-5]。本文以三明市图书馆的桩基施工检测为例，对3根试桩采用后注浆技术和未采用后注浆技术的测试结果进行对比分析，以期为后注浆技术的推广和应用提供一定借鉴。

1 工程地质概况

三明市图书馆大楼由A、B塔组成，该工程地质条件比较复杂，场地中、下部(埋深>30 m)的中风化灰岩中存在溶洞或裂隙，具体土层分布如表1所示。

2 试桩布置及浇筑

由于该场地长期受地下水潜蚀，溶洞规模可能会扩大，其顶板会不断塌陷扩展，从而不断降低地基土强度，影响地基稳定。通过试桩，发现单桩竖向极限承载力均不满足设计要求，其主要原因为沉降量过大，桩端阻力未得到充分发挥，因此决定采用后注浆技术进行加固处理[6-10]，以提高桩基的承载力，并通过第2次静载试验加以验证。

表1 场地土层分布

2.1 试桩布置

试桩共3根，桩号分别为57#、96#、108#。试桩采用机械冲孔灌注桩，桩径依次为1.0、1.2、1.2 m，桩身混凝土强度等级为C30。试桩布置示意图如图1。

图1 图书馆B楼试桩布置示意图

2.2 试桩浇筑

采用桩端后注浆施工的桩基，每根桩埋设2根内径250 mm，壁厚3 mm的钢管，宜沿钢筋笼四周对称布置，钢管与钢筋笼加劲箍绑扎固定或焊接。钢管连接采用钢套管密封焊接，不留空隙，管底设置注浆阀，注浆阀深入桩端以下200 mm(如图2)。

图2 桩端预埋注浆管做法

以96#桩浇筑施工为例，冲孔至50 m时，出现极速漏浆，孔内泥浆下流25 m，表明在此周围存在溶洞。为此，采用32.5 R水泥、黏土、毛石(体积比为3∶1∶1)作为混合料回填的方法进行处理，随后反复再冲孔再回填6次。继续冲孔，出现第8次漏浆。为了防止大面积塌孔，往孔内注制浆进行补浆并往孔内回填混合料，回填后再次出现漏浆塌孔现象。经反复回填混合料及补浆，浓浆封堵了部分溶洞的截面，基本呈现效果，没有再出现漏浆现象，最终冲孔完成。经过清孔和孔壁测定后，放入钢筋笼，桩端预埋注浆管，进行第2次清理后灌注混凝土，随后进行后注浆处理。

根据技术规范要求，本工程采用自上而下灌浆法。注浆段长度为冲孔桩深度，注浆参数如表2。灌注浆液方式采用循环式灌浆，灌浆泵以一定的排浆量压送浆液，当泵的排浆量大于桩的吸浆量时，孔段内的浆液一部分进入裂隙并扩散，余下的部分经回浆管路流出孔外，回至浆液搅拌机中。当注浆总量和注浆压力均达到设计要求，或注浆总量已达设计值的75%且注浆压力超过设计值时，终止注浆，完成后注浆形成该桩。

表2 注浆参数

3 检测结果与分析

3.1 注浆前实验

第1次试桩96#、108#和57#桩的桩长分别为55.50、42.70、58.20 m。单桩承载力设计值分别为11 100、11 250、12 120 kN。成桩后20 d按《建筑基桩检测技术规范》(JGJ 106—2014)有关规定进行静载抗压试验，试验加荷方式为慢速维持荷载法。加载分级进行，采用逐级等量加载，分级荷载为最大加载量或预估极限承载力的1/10,其中第1级取分级荷载的2倍，故该试验分9级加载，当加载到第7级荷载9 600 kN时，桩顶沉降量明显大于前一级，因此该级荷载为破坏荷载，前一级的荷载8 400 kN为极限荷载。当总沉降量超过70 mm或曲线出现陡降段且总沉降量超过40 mm时停止加载。卸载分级进行，每级卸载量取加载时分级荷载的2倍，逐级等量卸载。试桩静载测试结果见表3。

表3 第1次试桩静载试验结果

表3表明，3根试桩均因沉降量过大，影响桩端阻力的发挥，故桩的极限承载力未达到设计要求，因此，必须对桩端进行后注浆处理。

3.2 注浆后实验

针对第1次试桩时发现的问题，决定采用后注浆技术以改善桩端的受力性能。注浆后20 d进行静载试验，试验方法与第1次试桩试验相同，分9级加载，最大加载量分别达到20 000、20 000、16 000 kN时终止加载。第2次试桩静载试验结果如表4所示。

表4 第2次试桩静载试验结果

由表4的静载试验结果可以看出，3根试桩采用后注浆技术后，在最大试验荷载20 000 、20 000、16 000 kN作用下均未达到极限承载状态，极限承载力满足设计要求，故96#、108#和57#的单桩竖向极限承载力取最大试验荷载值分别为20 000、20 000、16 000 kN。

3.3 注浆前后静载实验对比分析

根据实验加载过程，对注浆前后的沉降量与荷载进行对比分析，每根桩具体实验结果如图3～5。

图3 96#桩Q-S曲线

图4 108#桩Q-S曲线

图5 57#桩Q-S曲线

由图3～5可知，注浆前96#桩、108#桩和57#桩的极限承载力均为8 400 kN，均不满足设计要求。在达到极限荷载前，沉降量随荷载等级的增加按比例缓慢增加，呈线性关系，弹性状态；在极限荷载时，桩顶沉降分别为2.43、2.69、3.32 cm，此时曲线出现拐点，呈现弹塑性状态；破坏荷载9 600 kN时，桩的沉降量出现大量增加，快速增到3.53、3.86、5.35 cm；当荷载达12 000 kN时停止加载，最大沉降分别为4.86、7.08、7.92 cm。卸载后，残余沉降量很大，回弹率仅百分之十几。

注浆后96#桩、108#桩和57#桩在分别加载到最大荷载20 000、20 000、16 000 kN的过程中，曲线发展平缓，未出现明显拐点，桩顶沉降量仅1.14、2.55、0.76 cm，卸载后残余沉降不大，变形恢复较好，回弹率96#桩可高达45.61%。同时从图3～5可以看出，3根桩均未达到极限承载力，实验中最大承载力均大于设计承载力，且单桩竖向极限承载力比注浆前约提高1倍。

从注浆前后静载实验可以看出后注浆技术使灌注桩的桩底沉渣得到了有效胶结，形成了一个“水泥浆-土”结合体，增加了桩底土的刚度，这对减少采用钻孔灌注桩的桩基沉降量十分有效。桩端注浆时，浆液沿桩身向上延伸，使一定范围的桩侧泥皮得到加固，桩侧摩阻力比未注浆的有所提高，最大沉降量减少约3～7 cm，回弹率增加近30%，承载力约提高1倍。