钻孔灌注桩后压浆技术的应用

张彦彬，廖长生，李泽杰

(烟建集团第十建筑安装有限公司,山东烟台264003)

我国高层建筑甚至超高层建筑迅猛发展，对地基承载力的要求越来越高，基础形式一般采用灌注桩基础。钻孔灌注桩以其低噪音、对环境影响较小、无挤土效应等特点被广泛应用。但钻孔灌注桩施工存在桩底沉渣和桩侧泥皮，从而会降低端阻和侧阻，使钻孔灌注桩的端阻系数和侧阻系数比打入式预制桩的要低[1-2]。为解决这一问题，工程中采用桩底后注浆技术。该技术是在钻孔灌注桩浇灌完混凝土并待其达到一定强度之后，通过桩内预埋的压浆管对桩底压住水泥浆液，减少桩底沉渣和桩周泥皮的负面影响，改善桩土界面条件以提高单桩承载力。钻孔桩成桩后再进行灌浆，不但处理了沉渣，同时固化部分泥皮[3]，从而显著提高桩的承载力和降低桩的沉降。烟台某临海超高层公共建筑通过这种钻孔灌注桩桩底后注浆技术加固桩端地基的方法，大大缩短了桩长，其单桩承载力明显提高，取得了良好的经济效益。

1 加固机理

混凝土灌注桩浇筑完成后，在桩混凝土强度满足要求后，将水泥浆通过预埋注浆管由压力作用压入桩端土层空隙中，使原本松散的沉渣、碎石、土粒和裂隙胶结成一个高强度新土层，提高了桩端承载力及桩端阻力，减少了沉降。水泥浆在压力作用下由桩端在桩端土层孔隙里向四周扩散，对于单桩区域，向四周扩散相当于增加了端部的直径，向下扩散相当于增加了桩长；群桩区域所有的浆体连成一片，桩端土层连成为一个整体，从而使原来不满足结构承载力要求的土层满足设计要求。另外，钻孔灌注桩在浇筑混凝土前，孔底总会或多或少的存在不同程度的沉渣；在初灌混凝土时，因导管落差过大，桩端混凝土会造成混凝土离析形成“虚尖”；孔壁的泥皮降低了桩身与桩周土的摩擦系数，以上几点都会影响到灌注桩的桩端承载力和侧壁摩阻力。后注浆工艺压入桩端后首先固化沉渣，与桩端离析后的混凝土相结合，增强了桩端密实度；浆液沿桩身上返，消除了泥皮，提高了桩端侧阻力，同时浆液横向渗入桩侧土体中，也一定程度上起到了增加桩径的作用。

2 适用地质条件

钻孔灌注桩后压浆适用于桩成孔过程中，岩土体颗粒过大、易被扰动、沉渣易沉淀，且沉渣较难清除的碎石类土、砂类土和碎块状的强风化基岩等孔隙、裂隙发育、填充性差的地层条件。

3 桩端后压浆参数的设定及施工工艺

后压浆参数主要包括注浆水灰比、注浆量、注浆压力和注浆速度等。其中，注浆压力和注浆量是注浆施工效果好坏的关键因素。由于地质条件的不同，不同工程应采用不同的参数。先设定参数，根据设定的参数，进行试桩的施工，试桩完成后达到设计的强度，再进行桩的静载试验，最终确定工程桩压浆参数。

理想的注浆材料要满足浆液流动性好，可注性好，能够进入粉细砂砾层；浆液固化时能够和岩土粘结，易形成结合体；注浆材料粒度较细，易于扩散流动。桩端注浆一般采用水灰比0.4～0.7之间的纯水泥浆，对渗透性好的地层可注水泥砂浆，注浆时间宜在混凝土初凝后进行。成桩后至注浆前，要进行压水试验，以疏通注浆管道，即进行开塞，提高桩底可灌性。注浆时间过早会破坏桩体本身，过晚会较难打开注浆通道。浆液稀浆渗透力强，一般加固预定范围周边地带地层；中等浓度浆液用于加固预定范围的核心部分，起到填充、密实作用；高浓度浆液可灌性降低，必然增大压力，会使注浆转变为压密注浆。桩端注浆一般采用先稀浆后浓浆方式进行。注浆量是控制后压浆施工是否完成的主要控制因素。另外容许注浆压力也是控制注浆的关键因素之一，与地层密度、渗透性、初始应力、钻孔深度和位置以及灌浆次序有着密切的关系。

注浆过程中，应尽量避免被迫中断注浆。注浆中断后应立即查明原因，采取有效措施排除故障，尽快恢复注浆。恢复注浆时，宜从稀浆开始，若进浆量与中断前的稠度接近，则尽可能恢复到中断前的稠度，否则应逐级增加浆液稠度。在进行桩端后注浆的时候，如果成桩时间短，注浆压力过大，就有可能造成桩体上抬。如果桩本身比较短，还有可能造成地面隆起。当注浆过程中发现桩体有明显上抬现象或地面有隆起时，应立即降低注浆压力，再继续灌注一段时间停止，采取间歇性注浆。

4 实例分析

烟台某新建公共建筑工程包含三个单体。总建筑面积为317 614 m2，主塔楼地上48层，建筑高度203.1 m，基础为钻孔灌注桩基础及筏板基础,其中灌注桩基础部分采用桩端后压浆技术。

主塔楼桩基采用176支Φ1 000钻孔灌注桩(桩端后压浆)，两副楼各采用231支Φ800钻孔灌注桩(桩端后压浆),裙楼及车库采用共计2 722支Φ600钻孔灌注桩(部分桩端后压浆)，有效桩长不小于15 m，单桩竖向抗压承载力特征值不小于1 400 kN。

根据现场施工，Φ600钻孔灌注桩桩底达到设计标高时，地层一般达到粉砂土持力层,桩底注浆42.5 R纯水泥浆20包。

该工程地基土主要物理力学性质指标参数如表1所示。

表1 物理力学性质指标参数

通过现场桩端后注浆Φ600钻孔灌注桩和未进行桩端后注浆Φ600钻孔灌注桩的静载试验，试验采用堆载-横梁反力装置，加载方式为慢速维持荷载法，试验对比结果如图1所示。

图1 桩荷载-沉降关系曲线

根据钻孔灌注桩静载试验结果表明：

(1)桩底未进行注浆的K24试桩在最大加载量2 963 kN时，桩顶累计最大沉降量为23.64 mm。且在加载至2 466 kN时，产生最大沉降值4.03 mm。

(2)位置相邻(地质条件相近)相同尺寸的M14试桩(桩底注浆)在最大加载量2 963 kN下时，桩顶累计最大沉降量为14.71 mm。

(3)未注浆K24试桩与桩底注浆M14试桩在相近沉降量值的情况下，M14荷载值2 963 kN较K24荷载值2 466 kN提高约20 %。

(4)注浆桩M14对较未注浆桩K24的Q-S曲线更为平缓，桩顶沉降以桩身压缩为主，单桩承载力提高。 在相同荷载水平下，注浆桩的桩身压缩量小于普通桩，更有利于桩承载性能的发挥。

5 结束语

对桩底后注浆效果检测一般是对注浆桩抽样进行静载荷试验，并与未注浆桩进行对比，通过试验对比得出在合适的土层、软土地基中，注浆桩其极限承载力较普通桩有较大幅度提高，对粉砂土持力层其单桩竖向极限承载力可提高20 %左右。在桩底持力层中注浆对沉渣和泥皮固结有效，亦即主要对群桩的变形控制有效。这大大提高施工进度和降低工程造价。所以，在具备条件的工程中推广后注浆施工工艺具有重要的意义和广阔的前景。

[1] Fleming W G K. The improvement pile performance by base grouting [J].Civil Engineering,1986,(97):88-93

[2] 张忠苗，吴世明，包风.钻孔灌注桩桩底后注浆机理与应用研究[J].岩土工程学报，1999,21(6)：681-686

[3] 黄生根，张晓炜，曹辉.后注浆钻孔灌注桩的荷载传递机理研究[J].岩土力学，2004,25(2)：251-252