软土地区超长桩基后注浆施工关键技术

胡邦瑜

（重庆市市政设计研究院 重庆 400020）

前言

后注浆灌注桩技术是在灌注桩成孔过程中，预先在桩侧、桩端埋设注浆管、注浆阀，待灌注混凝土成桩一段时间后，再压入配制的水泥浆液的一种新工艺。软土地区的钻孔灌注桩的承载力受到诸多施工因素的影响，成为工程界一大弊病。降低单桩承载力的施工因素主要表现为：其一，孔壁完整性差，常采用优质泥浆护壁，它吸附于孔壁形成泥皮保护孔壁，而泥皮阻碍桩周土与桩身混凝土的粘结，大大降低了桩侧摩阻力；其二，在成孔过程中，由于桩孔内充满泥浆液体，桩侧和桩底土长时间受泥浆液体的侵蚀会引起桩周土抗压强度的降低，降低了桩周土体的摩阻力和桩端阻力；其三，施工时使用泥浆作为冲洗介质，不可能将钻渣完全携带至地表，形成可压缩的“软垫”，在桩底处会产生“虚尖”，从而影响单桩承载力及工后沉降。

针对上述软土地区超长桩基存在的弊病，国内外主要采用桩基后注浆来解决这一问题[1]-[5]，并收到良好效果，但其施工工艺仍有待完善。结合华东软土地区某高速铁路特大桥梁超长桩基（桩长大于50m）后注浆施工实践，介绍了桩基后注浆施工工艺、注浆设备、单向阀及注浆管制作等技术，并重点阐述了施工关键控制技术，建立了一套适合深厚软土地区钻孔灌注桩后注浆施工工艺、质量控制和验收标准。

1 后注浆灌注桩分类

1.1 按注浆工艺分类

(1)开式注浆。开式注浆是指浆液通过预埋的注浆管直接注入桩端或桩侧，浆液与桩底沉渣、桩端周围土体呈混合状态，有时会产生劈裂注浆。这种方法加固范围大，浆液与周围土体呈混合劈裂、填充、渗透等作用，在桩端形成复合地基的效果。

(2)闭式注浆。闭式注浆就是将浆液注入预制的弹性良好的空腔体内，随着注浆压力和注浆量的增大，弹性腔体逐渐膨胀、扩张，在桩端土层中形成浆泡。浆泡的产生及其逐渐扩大会对桩端土层进行有效压密，在砂性土层中的压密效果要优于粘性土层。这样可以对桩端土层进行局部加固，加固范围小而且稳定，针对性强。

采用闭式注浆，单桩承载力提高幅度比较稳定，但闭式注浆施工工艺比较复杂；开式注浆承载力提高的幅度不如闭式注浆，并且不稳定，难以控制，但开式注浆施工工艺比较简单，应用比较广泛。

1.2 按注浆管埋设方法分类

(1)桩身预埋注浆管注浆。桩身预埋注浆管注浆是指在灌注桩施工前预先将注浆管放置好，待灌注桩身混凝土时灌注在桩身中。预埋注浆管一般采用以下方法：在钢筋笼绑扎完毕后，将注浆管固定在钢筋笼上，钢筋笼下沉时，固定在钢筋笼上的注浆管随其一起放入桩孔内；或者是在钢筋笼放好之后，将注浆管单独插入孔底并用适当的方法将其固定在钢筋笼上，防止灌注桩身混凝土时注浆管移位；注浆管可以放置在桩身的中部，也可以放置在桩身的侧面。

(2)钻孔埋管注浆。桩身钻孔埋管注浆一般是在桩承载力不能满足要求和进行桩基事故处理时采用的方法，钻孔埋管注浆可分为桩身中心钻孔埋管和桩外侧钻孔埋管。桩身中心钻孔埋管注浆是在成桩之后，在桩身中心钻孔埋设注浆管，并深入到桩端以下约1～2倍桩径范围内，然后注浆。桩外侧钻孔埋管是指成桩之后，沿着桩身四周0.2～0.5m的间距钻孔并注浆。

2 工程概况

某高速铁路特大桥桩基位于昆山阳澄湖内，属长江三角洲深厚软土层，地质条件如下：(1)粉质粘土，褐黄色，软塑，厚度2.77m；(2)淤泥质粉质粘土，褐灰色～灰绿色，流塑，厚度10.4m；(3)粉质粘土，褐灰色，硬塑，厚度5.0m；(4)粉土，褐黄色，饱和，厚度9.2m；(5)粉土，灰黄色，饱和，厚度16.8m；(6)粉土，灰褐色，饱和，厚度11.0m；(7)粉砂，青灰色，中实～密实，厚度12.14m；(8)粉质粘土，褐灰色，软塑～硬塑。桥位处软土层超过60m，桩长设计为50～60m，由于桩周土摩阻力较低，桩端土的承载力也较低，因此采取桩侧和桩端注浆技术控制桥梁的沉降。

3 深厚软土桩基后注浆施工

《后注浆灌注桩技术规程》中关于深厚软土地区超长桩基后注浆的施工技术存在以下不足：注浆头详细制作过程；此类软土地区的建议注浆压力、注浆量、注浆浓度及注浆顺序。通过开展该大桥的百余根桩基后注浆施工，结合获得的工程技术经验，初步探讨了上述规程中的不足之处，以供类似工程借鉴。

3.1 施工工艺

后注浆灌注桩施工遵循《后注浆灌注桩技术规程》，结合工程实际，提出工艺流程如图1、图2所示。

图1 成桩、元件安装流程

图2 后注浆工艺流程

成孔。视土层地质和地下水位情况采用合适的成孔方法(泥浆护壁钻成孔法、全套管护壁法、干作业钻成孔法及冲击钻成孔法)。成孔中对孔径要求严格，孔径的变化不应过大。

放钢筋笼及注浆管。当桩侧注浆管沿钢筋笼纵向设置时，一般均为花管，绑在钢筋笼外侧，其孔眼用橡皮箍、胶带等绑紧，以防止灌注混凝土时水泥浆进入花管内而造成堵塞；当采用环向桩侧注浆花管时，则将其环绕在钢筋笼外侧，两端插接于竖向注浆管底端的短接管上，并用铁丝扎紧于钢筋笼上；当采用桩侧压力注浆器时，则将其连接于竖向或环向注浆管上，并固定在钢筋笼上。

按常规方法灌注混凝土。

冲水开塞。

进行后压力注浆。实施压力注浆的时间，待桩身混凝土初凝后，成桩后7～10d内。桩身有若干桩侧注浆段时，实施桩侧压力注浆的顺序，按照自下而上进行注浆。

卸下注浆接头，成桩。上述为共同的施工程序，视不同的压力注浆工法，具体施工时还会有所变通。

3.2 注浆设备

注浆设备：注浆泵采用BW-250泥浆泵(两台，一台注浆，一台冲水开塞，其参数见表1)，浆液搅拌机，储浆桶，注浆管路，10MPa压力表，球阀，溢流阀，16目纱网。注浆泵必须配备卸荷阀，限定压力8～9MPa。注浆泵的最小流量不大于60L/min。为确保注浆过程中不因机械事故而停顿，注浆设备必须有足够备用件，配有专业的机械维修师。

表1 注浆泵参数

注浆装置：桩端注浆管，桩身竖向导浆管(桩身竖向导浆管可由声测管兼)。

其他设备：除注浆设备以外，尚应配备以下机具：电焊机，切割机，称量外加剂的计量器具等。

后注浆施工班组可配5～6人，其中包括操作工人和具有施工经验的技术工人。施工前应对有关人员进行技术培训和安全教育。施工区设立警示牌，非工作人员严禁入内，防止受到高压注浆液伤害。

应经常检查和维修注浆设备、机具、并建立安全员负责制，对设备、电路等进行全面的检查，对压力表应定期检查、标定，合格后方可使用。

3.3 单向阀及注浆管制作

遵循《建筑桩基技术规范》（JGJ94-2008），对注浆管及单向阀有如下要求：

后注浆导管应采用钢管，且应与钢筋笼加劲筋绑扎固定或焊接。

桩端后注浆导管及注浆阀数量宜根据桩径大小设置。对于直径不大于1200mm的桩，宜沿钢筋笼圆周对称设置2根；对于直径大于1200mm而不大于2500mm的桩，宜对称设置3根。

对于桩长超过15m且承载力增幅要求较高者，宜采用桩端桩侧复式注浆。桩侧后注浆管阀设置数量应综合地层情况、桩长和承载力增幅要求等因素确定，可在离桩底5～15m以上、桩顶8m以下，每隔6～12m设置一道桩侧注浆阀，当有粗粒土时，宜将注浆阀设置于粗粒土层下部，对于干作业成孔灌注桩宜设于粗粒土层中部。

对于非通长配筋桩，下部应有不少于2根与注浆管等长的主筋组成的钢筋笼通底。

钢筋笼应沉放到底，不得悬吊，下笼受阻时不得撞笼、墩笼、扭笼。

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管阀受损。

注浆阀应具备逆止功能。

4 后注浆施工关键控制技术

4.1 注浆管埋设

对于桩端注浆，每根桩一般应埋设2根注浆管。对桩径大于1500mm者宜埋设3根注浆管。

注浆管直径一般宜为30～50mm，壁厚大于2mm。桩长越长，注浆管直径应越大，注浆管底端原则上应比通长配筋的钢筋笼长50～100mm。

注浆头制作很关键，要做到既在浇灌桩身混凝土时不使注浆孔堵塞，又要使其在成桩7d后能用清水顺利开塞。注浆头可按下列方式制作：首先将注浆管底压成扁尖形，然后在管底约40cm段打上4排每排4～5个φ8mm的小孔，接着用图钉堵塞每个小孔，并外包绝缘胶布，最后用硬包装带再包扎一层，再扎上两道铁丝。

两管应沿钢筋笼内侧对称且垂直下放，管底端比钢筋笼长约50～100mm。管子连接可以采用丝扣连接或外接短套管(长约20cm)焊接的办法。注浆管一直通到桩顶，管顶端临时封闭。同时对有地下室的工程，注浆管在基坑开挖段内最好不要有接头，以避免漏浆。与此同时，还应保护好注浆管，防止其弯曲。

4.2 注浆量及注浆压力

根据理论计算和参考经验值，确定单桩注入水泥量为3.0t，这样既保证了桩端底土层水泥的注入量，又不会对邻桩产生挤压作用。注浆量的多少直接决定注浆的效果与成效。影响注浆量的主要因素有桩端土的密实度、含泥量、渗透性及注浆压力。一般桩径越大，设计单桩竖向承载力取值越高，所以注浆量也要越大。同时设计要求注浆后达到的增幅越大，则注浆量也应越大，表2为推荐的注浆量值，最终注浆量的确定，应通过几根试桩的试注来综合确定。根据本工程桩的地质条件和桩径为1m，采取三根注浆管埋设，单管注浆量为0.75t～1.0t。注浆压力为0.5～2.5MPa，在此压力范围内能顺利完成3吨水泥的注浆量。

表2 一般砾石层注浆量(水泥量)的经验数据表(t)

4.3 浆液浓度

不同浓度的浆体其行为特性有所不同：稀浆(水灰比约为0.8：1)便于输送，渗透能力强，用于加固预定范围的周边地带；中等浓度的浆体(水灰比约为0.6：1)主要加固预定范围的核心部分，在这里中等浓度的浆体起充填、压实、挤密作用；而浓浆(水灰比约为0.4：1)的灌注则对已经注入的浆体起脱水作用。

在桩底可灌性的不同阶段，调配不同浓度的注浆浆液，并采用相应的注浆压力，才能做到将有限浆量送达并驻留在桩底有效空间范围内。浆液浓度的控制原则一般为：依据压水实验情况选择初注浓度，通常先用稀浆，随后渐浓，最后注浓浆。在可灌的条件下，尽量多用中等浓度以上浆液，以防浆液作无效扩散。在实际工程应用中，施工单位往往多半只使用水灰比为0.4～0.6：1的浓浆。如注浆压力低，通常在浆液中可放入减水剂(木钙)、固化膨胀剂(UEA)。当砂砾层很松散，注入水泥浆压力很低，注浆量很大时，可改注水泥砂浆，但应注意不要堵塞注浆管。

4.4 注浆节奏

为了使有限浆液尽可能充填并滞留在桩底有效空间范围内，在注浆过程中还需掌握注浆节奏，实行间歇注浆。间歇时间的长短需依据压水试验结果来确定，并在施注过程中依据注浆压力变化，判断桩底可灌性现状再加以调节。间歇注浆的节奏需掌握得恰到好处，既要使注浆效果明显，又要防止因间歇停注时间过长堵塞通道而使注浆半途而废。对于短桩，桩底注浆时往往会出现浆液沿桩周上冒现象，此时应在注入到冒浆后暂时停止一下，待桩周浆液凝固后，再施行补注浆，经过反复补注，这样可以达到设计要求的注浆量。

4.5 注浆顺序

对桩位图上同一承台或附近的桩，最好同时注浆，此外对同一根桩宜边开塞边注浆。若开塞后久不注浆，那么由于地下水活动，砂子有可能要从注浆头倒灌进注浆管内从而堵塞注浆头。对同一根桩若一根管注浆已能达到设计要求的注浆量，那么另一管可以不注浆。另外，对大面积工程注浆，宜先注四周桩，再注中间桩。

4.6 注浆后保养龄期

所谓注浆后的保养龄期，即桩底注浆后需多长时间，才可以做静载试验或作为工程桩使用的时间，通常要求注浆后保养15d以上，才能做静载试验，此时注入的水下水泥浆刚初凝。

4.7 注浆管堵塞处理

在注浆管埋设时要组织严密，精心施工，尽量不要使注浆管堵塞。如堵塞其中一个注浆管，另一注浆管可以注浆并能达到设计要求的注浆量则也可以认为满足要求；若两管同时堵塞，则应进行处理。

对注浆管堵塞的桩，可以采用在该桩外侧土层用小钻机重新打小孔到桩底砂砾层，并补充注浆办法来处理，此时要注意注入浆液沿小钻孔回浆问题，即做好钻孔封堵工作。

5 注浆效果检验及桩基验收

对单桩注浆效果检验的最可靠办法是静载试验法，一般要求每一个注浆工程要做3组试桩，进行注浆与不注浆的效果对比，并检验是否达到设计要求。桩身质量检测可采用预埋管作孔中超声波法检测或低应变反射波法检测，检验数量按规范规程办。对采用桩底后注浆处理的桩基，其设计、施工、验收的其他规定，按有关桩基规范进行；同时，在房屋建造过程中还应按规定实时观测沉降情况。

结语

后注浆技术应用于深厚软土地区超长泥浆护壁钻孔灌注桩，可大大提高单桩承载力，有效减小桩基沉降，缩短工期，且操作简单、施工方便、质量稳定可靠，具有良好的技术经济效益。结合工程实践，介绍了桩基后注浆施工工艺、注浆设备、单向阀及注浆管制作等技术，并重点阐述了施工关键控制技术，建立了一套适合深厚软土地区钻孔灌注桩后注浆施工工艺、质量控制和验收标准，可供软土地区类似工程提供参考。

[1]王宏.钻孔灌注桩桩端桩侧后注浆技术在某工程中的应用[J].重庆建筑， 2009， 8(12)： 25-28.

[2]苑敏，吴建友.天津奈伦国贸大厦钻孔灌注桩后压浆施工技术[J].施工技术，2009，38(5)：77-79.

[3]黄立强.钻孔灌注桩孔底注浆施工质量控制[J].施工技术，2000，29(9)：80-82.

[4]郑爱荣.钻孔灌注桩后注浆技术 [J].中国港湾建设，2008，6：46-49.

[5]闫永茂，庞军辉.某工程灌注桩复式注浆施工技术[J].施工技术，2010，39(1)：78-80.