后注浆灌注桩的地基加固机理及施工

胡 雪 婷

(山西省公路局晋中分局，山西 晋中 030600)

后注浆灌注桩的地基加固机理及施工

胡 雪 婷

(山西省公路局晋中分局，山西 晋中 030600)

介绍了灌注桩后注浆的地基加固机理及其技术特性,概述了桩底后注浆技术的施工工艺,并通过工程实践证明:该技术实用性强,施工质量易控制,具有显著的经济和社会效益,且在我国有极大的应用与推广前景。

灌注桩，后注浆，地基，加固，施工

0 引言

随着市政建设的迅猛发展，许多大型建筑在施工时会遇到不良土质的地基土。由于建筑荷载大，地基土承载力不足，单一工艺的钻孔灌注桩在很多工程中难以满足承载要求。灌注桩后注浆技术克服了传统灌注桩施工工艺中的固有缺陷，是一种新型的、科学的、先进的灌注桩辅助工法。该技术通过桩底桩侧后注浆固化沉渣(虚土)和泥皮，并加固桩底和桩周一定范围的土体，大幅提高桩的承载力，增强桩的质量稳定性，减小桩基沉降。同时，在施工中避免了产生噪声、振动和土体挤压，是一种绿色的桩基施工工艺。

灌注桩后注浆技术自20世纪80年代传入我国，在我国得到蓬勃发展，成为了一种成熟的新型施工技术。2005年，列入我国建设部推广应用的新技术之一。2009年，“上海中心”主楼桩基工程施工中，为保证桩基安全，保护周边的环境，成功采用了世界先进的“大直径超深钻孔灌注桩后注浆”工艺。 2011年，石武客专郑州东站工程施工中，为提高承载力，采用了钻孔灌注桩后注浆施工技术，是在我国黄河中游地区典型的黄土地质的一次成功应用。工程实践表明，灌注桩后注浆工艺能够比较显著地提高单桩承载力，有效地节约工程成本，提高了工程施工的科技含量，有效地确保了工程质量施工安全，是一种经济的，有推广应用价值的桩基形式。

1 灌注桩后注浆工艺的机理

灌注桩后注浆技术，就是待成桩且桩身达到一定强度后，通过预先埋设好的注浆管道，利用高压将浆液注入桩底及桩体四周，通过浆液的渗入、劈裂、填充、挤密等作用，可使得浆液与桩周土体实现紧密结合，从而达到固化桩底沉渣和桩侧泥皮的效果，能有效的提高桩体承载力并减少沉降。工程实践表明，后注浆技术能够有效减少桩基沉降30%左右。

注浆后单桩垂直承载力的提高与桩底和桩侧土层性质关系极大。灌注桩后注浆技术提高桩承载力，减少桩沉降量的作用机理见图1。

提高桩端阻力。采用后注浆技术，将浆液注入桩底，会使得桩底沉渣的力学性能和桩尖及土体的边界条件发生极大改善。当桩周土体为粗粒土时，由于浆液的渗入作用会使得土体强度大大提高，浆液的固化作用会将粗粒沉渣形成为中低强度的混凝土。当桩周土体为细粒土时，由于浆液的劈裂作用会使得土体和浆液共同形成为网状加筋复合土体。当桩端处于非渗透性的基岩时，由于浆液的劈裂和挤密作用会使得桩端阻力得到极大提高。同时，后注浆技术会将原桩底形成为一个扩大头，使得桩端受力面积大幅增加，这对提高桩端承载力效果十分显著。

提高桩身侧阻力。采用后注浆技术，在桩侧注入的浆液与桩周土体实现紧密结合，以有效提高桩的侧阻力。当桩底注浆作业完成后，随着注浆量的持续增加，会使得部分浆液沿桩土界面向上移动。在高压作用下，浆液会冲破泥皮渗入桩周土体，由于桩周土体受到的挤密加强作用，从而使得桩身侧阻力显著提高。同时，在桩底注浆可使得桩上抬而产生反向摩阻力，有效提高桩的承载性能。

在注浆过程中，由于受到注浆压力的影响，部分桩端压缩变形会提前完成，这对减少日后投入使用后的竖向变形意义重大。

2 后注浆技术的特性

灌注桩后注浆技术是灌注桩施工的一种辅助工艺，技术实用性很强，具有以下特性：

1)克服了传统钻孔灌注桩的缺陷(见图2)。单一工艺的灌注桩得到了广泛应用，但由于成孔工艺的固有缺陷，也存在着一些问题，主要包括：桩侧泥皮及应力松弛，桩端沉渣及持力层扰动，桩身灌注混凝土质量及同一场地钻孔灌注桩竖向承载力离散性等问题，容易导致桩底沉渣和桩周泥膜等质量安全隐患。后注浆技术可固化桩沉渣、泥皮，改变了虚土沉渣的物理化学力学性能及桩与岩层土体的边界条件(见表1)。

2)大幅提高桩的承载力，有效减少沉降。以某工程桩端进入砂层区为例，比较注浆与未注浆对桩的承载性能的影响。由表1可以看出：

a.当采取桩底注浆法时，注浆后的单桩承载性能比不注浆大幅提升，提高幅度约为30%～60%；当采取的是桩侧、底注浆法时，比仅在桩底注浆提高桩的承载性能还要提高10%以上，比不注浆提高的承载性能最高可达85%。

b.桩底进入砂层越深，采用后注浆技术提高的单桩承载性能幅度越大。因此，在施工中，使桩端进入砂层一定深度后，再采取后注浆技术会使得桩承载性能提高的效果更佳。

表1 后注浆与未注浆的承载性能对比

3)有效的节省工程造价，特别是对大直径、超长桩的综合效益特别显著。与普通的灌注桩相比，采用后注浆技术能有效减少桩长和桩径，避免对难以穿越土层的穿透，从而使得施工难度大大降低，施工速度加快。后注浆技术具有很强的适应性，能适应各种地质土层及强、中风化岩层。同时，预先埋设的注浆管能够实现一管三用，除用于注浆作业外，还可用于在声波透射法下检测桩身的完整性，同时能够代替等强度的钢筋。

4)后注浆作业工艺简单，机具操作方便，技术优势显著，推广普及前景广阔。

3 施工工艺

灌注桩后注浆技术适用于泥浆护壁钻、挖孔灌注桩及干作业钻、挖孔灌注桩，包括了桩底后注浆、桩侧后注浆和桩底、桩侧复式后注浆。在施工设计中，应综合地层土质情况，结合考虑桩长、承载力等多种因素，合理选择适用的注浆工艺。在我国施工中，桩底后注浆技术是使用最为广泛的后注浆技术之一。

钻孔灌注桩后注浆技术主要包括两个步骤：一是钻孔灌注桩施工；二是后注浆施工(见图3)。本文以桩底后注浆技术为例介绍后注浆施工工艺。

1)制作注浆管。正确制作注浆头是确保施工质量的关键，要确保成桩后能顺利开塞，注浆作业中不会发生堵塞。注浆管一般采用φ25 mm或φ30 mm的钢管制作。由于管内摩阻力会对注浆压力造成影响，在对超长桩进行注浆时，建议采用内径较大的钢管，如φ30 mm或φ38 mm的钢管。制作注浆管时，注浆管分为端部花管、中部直管及上部接头三部分。在注浆管端部花管的侧壁上设置孔径为6 mm～7 mm的出浆孔(见图4)，并使用胶带、塑料膜或橡胶膜等包裹好，用铁丝等缠绕扎紧，防止渗漏。

2)安装下放注浆管。将两根注浆管点焊在钢笼内圈上，花管端部应与钢笼底端齐平，焊缝应饱满、连续、密封性好。在确保注浆管之间良好对接的情况下，将注浆管内注满水并密封，连同钢笼一起放入钻孔内。为防止施工中发生磕碰注浆管等情况，注浆管顶应比地面低20 cm左右。

3)进行压水试验。压水试验是注浆作业中的一个重要环节，目的在于疏通注浆通道，确保注浆管道的可灌性和联通性。在成桩3 d～7 d后，采用高压水将注浆通道疏通，注浆口顺利开塞是确保注浆成功的基础。在压水试验中，一般将压水量控制在0.2 m3～0.6 m3，压水压力控制在0.5 MPa～1.0 MPa为宜，压水时间控制在3 min～5 min左右。

4)注浆施工作业，这是后注浆技术的最后环节，也是确保施工质量的关键。为确保施工质量，在注浆中对注浆压力、浆液中的水灰比和水泥量进行控制极为重要。在注浆作业中，注浆起始压力通常采用的是压水压力，终压压力一般是起始压力的2倍～3倍。在进行水灰比控制时，遵循先稀浆，再中等浓浆，最后浓浆的控制原则。在地下水位以下时，水灰比按照(0.4～0.7)∶1的比例进行控制。在地下水位以上时，水灰比按照(0.7～0.9)∶1的比例进行控制。在施工设计中，上述三个指标应综合施工现场土质、地下水位、桩长、施工机具等因素，结合压水实验数据合理确定，并不是固定不变的。

在施工设计中，在计算需注入的浆液体积时，应综合考虑桩端持力层特性和沉渣等多种因素合理确定。要结束注浆时，应确保注浆压力达到终压压力标准并稳定一段时间，一般为10 min左右。同时，注入的浆液体积应达到或超过设计要求。

在注浆过程中，当达到下列情况之一时，即可终止注浆作业：a.浆液的注入总量和终压压力均达到了设计要求。b.注浆总量达到或超过设计要求的75%，且注浆压力值超过设计要求。

在注浆过程中，当出现下列情况之一时，应立即改为间歇注浆或是将浆液的水灰比调低：a.注浆压力长时间达不到设计要求。b.地面出现冒浆或周围桩孔出现串浆现象时。当改为间歇注浆时，时间一般为30 min～60 min为宜。

4 结语

灌注桩后注浆技术能够实现对桩底沉渣和桩侧泥皮的有效加固，同时通过对桩周土体的渗入(粗粒土)、劈裂(细粒土)和压密(非饱和松散土)等作用，实现提高地基承载力，减少桩基沉降的效果。同时，在施工中，后注浆具有低噪声、低振动的优势，能够在各种复杂的地质条件下使用。该技术实用性强，施工质量易控制，具有明显的经济和社会效益，在我国具有极大的应用和推广前景。

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[2] 李 傲，谢春全.论建筑工程桩端后注浆灌注桩施工的要点[J].科学与财富，2013(7)：23-25.

[3] 徐如柏，杨文斌.后注浆灌注桩技术在高层建筑桩基工程中的应用[J].科技创新与应用，2012(18)：15-16.

On foundation consolidation mechanism and construction of post-grouting bored piles

HU Xue-ting

(JinzhongBranch,ShanxiRoadBureau,Jinzhong030600,China)

The paper introduces the foundation consolidation mechanism and technical features of the post-grouting bored piles, surveys the post-grouting construction craft, and proves by the engineering practice that the technique has higher application and its construction quality is easily controlled with better social and economic benefits, so it has broader application and extension in China.

bored pile, post-grouting, foundation, consolidation, construction

2014-07-12

胡雪婷(1980- )，女，工程师

1009-6825(2014)27-0083-03

TU473.14

A