浅析钻孔灌注桩桩端后注浆工法的控制措施

陈士凯

（浙江江南工程管理股份有限公司， 浙江 杭州 310013）

0 引 言

随着我国现代城市地标性高层建筑的迅猛发展，其对地基承载力的要求则越来越高。由于钻孔灌注桩具有单桩竖向承载力高，也能承受较大的水平荷载，有较强的抗震性能，且在沉桩过程中不存在挤土问题，振动和噪声均很小，对邻近建筑物、构筑物及地下管线、道路危害极小等优点，故钻孔灌注桩在高层建筑施工中得到愈来愈广泛的应用。为了满足设计承载力要求，钻孔灌注桩的规格通常设计得很大方能满足承载力要求，这使得桩基工程造价大幅增加而不经济，同时给施工造成较大的困难，施工工期也显著延长。由于桩端后注浆具有显著提高单桩竖向承载力、减少桩径、桩长，节约工程造价，缩短工期，减少桩基沉降量，减少泥浆排放量，消除钻孔灌注桩固有缺陷等特点，因此在苏州园区体育中心的体育场馆工程主体核心区域采用钻孔灌注桩桩端后注浆法施工。笔者就此对后注浆工法的机理及监理控制的技术要点作分析归纳。

1 注浆机理

在钻孔灌注桩施工过程中，无论采取何种方式清孔，在孔底都会或多或少留有沉渣；在初灌时，混凝土从细长的导管落下，因落差太大易造成桩底端部的混凝土离析形成“虚端”，影响了桩端持力的要求；孔壁的泥皮阻碍了桩身与桩周土的结合，降低了摩擦系数，从而影响灌注桩的侧摩阻力，降低了桩基承载力。为此将水泥浆液通过注浆管在压力作用下压入灌注桩底部的土层孔隙中，使得原本松散的沉渣、碎石、土粒和裂隙在水泥浆渗透、劈裂填充和固结作用下形成一片有机整体，消除软弱土层，改善桩土界面，增强土体强度，提高了桩基承载力；同时浆液沿着桩身和土层的结合面上返，增加了土层与桩侧的黏结，提高了桩侧摩阻力，从而提高单桩承载力，满足结构设计要求。

2 桩基工程概况

2.1 工程概况

苏州工业园区体育中心项目地处于苏州工业园区星塘街东侧，中新大道南侧，共耀路北侧。钻孔灌注桩桩端后注浆桩型直径为 800 mm，有效桩长 51 m，混凝土强度等级为水下 C35，桩端持力层为第 9 层，单桩竖向承载力特征值为 Ra=4 000 kN；一般工程桩，注浆管为每桩 2 根，规格为φ32×3。

注浆料水灰比控制在 0.5～0.7，采用 P.O 42.5 级普通硅酸盐水泥，注浆最大压力控制在 10 MPa，平均压力为 2.5 MPa，单桩注浆量(水泥质量)不小于 2 500 kg，以注浆量为主，注浆压力为辅，桩身混凝土强度达到 70% 后方可注浆。

2.2 地质特征

本工程的各土层由第四系冲湖积相沉积物组成，土层分布较稳定，呈水平层状分布的特点，各土层分布规律及工程性质，自上而下分别描述如下。

①淤泥：灰黑色，流塑，压缩性极高，工程特性极差。②黏土：青灰色，可塑，土质较均一，压缩性中等，工程特性中等。

③黏土：暗绿～黄褐色，可塑～硬塑。压缩性中等，工程特性良好。

④粉质黏土夹粉土：灰色，软塑为主。夹有粉土薄层、夹层，局部夹淤泥质粉质黏土。压缩性中等，工程特性一般。

⑤粉质黏土：灰色，软塑为主。夹有薄层状粉土。压缩性中等，工程特性一般。

⑥粉黏夹粉土：青灰色为主，可塑。压缩性中等，工程特性较好。

⑦粉土夹粉砂：灰色，饱和，中密～密实。压缩性中等～中低，工程特性较好。

⑧粉质黏土：灰色，软塑为主。夹少量薄层粉土。压缩性中等，工程特性中等。

⑨粉质黏土夹砂土：灰色，软塑为主。砂土和粉质黏土呈互层状分布。压缩性中等，工程特性中等。

⑩粉砂夹粉土：灰色，饱和，密实。主要成份为长石及石英，云母碎屑次之，夹有较多粉质黏土薄层、夹层，压缩性中等偏低，工程特性良好。

3 后注浆工法的监理控制

3.1 施工工艺流程

灌注桩成孔→钢筋笼制作→注浆管制作→注浆管安装→下钢筋笼→灌注混凝土→开塞试验→后注浆施工。

3.2 注浆前预控

首先要求施工单位应根据施工图纸、地勘报告、技术规范等文件结合实际场地状况编制专项施工方案，在施工单位技术部门完成内审后提交监理部审核。监理人员首先应掌握JGJ 94—2008《建筑桩基技术规范》、设计图纸、地质勘察报告等相关规定，对照后注浆专项方案，结合实际状况作出科学性、可行性的审核，经总监签字、确认后作为工程实施依据。在注浆前要求项目技术负责人对注浆人员做好书面技术交底工作，确保注浆人员做到分工明确，责任到人，保证技术方案落实到位。现场随机选取 2 根桩，要求施工单位根据确定的技术参数进行试注浆，以验证技术参数的有效性和可行性。

专业监理工程师根据设计图纸、地质勘察报告、施工专项方案、JGJ 94—2008《建筑桩基技术规范》等及时编制“桩底后注浆监控要点”，作为《钻孔灌注桩施工监理实施细则》的补充，经总监理工程师审核确认后作为监理人员的控制措施，对担任旁站的监理人员组织监理内部交底，让其理解并掌握后注浆实施的重点、难点，确保监理工作的有效开展。

3.3 过程控制措施

3.3.1 水泥质量的控制

首先检查施工单位提交的产品合格证的品种、强度等级等指标是否符合 P.O 42.5 级普通硅酸盐水泥要求，进货单的品种是否与合格证相符，然后按规定对其强度、安定性、凝结时间等必要指标进行复验，结论符合国家现行的规定后方可使用。

3.3.2 注浆管质量的控制

注浆管进场时，首先检查施工单位提交的生产许可证、出厂合格证、质量检验证明等资料，然后对注浆管的规格型号、外观的裂痕、变形、管壁厚度进行验收，检查底管距底端 30 cm～50 cm 的范围内是否有梅花型小圆孔(注浆管喷头)均匀分布，验收合格后根据购进的数量对注浆管按检验批代表量进行现场取样送测。φ32×3 钢管检测的依据是 GB/T 3091—2008《低压流体输送用焊接钢管》，检测合格后现场还需对注浆管丝口的密封性做水密试验。采取最大压力值 10 MPa 观察10 min，丝口处若不发生渗漏滴水，即表明钢管之间的丝口连接密封良好，满足不漏水、不漏气的工艺要求。

3.3.3 注浆管安装控制

为了让压浆喷头能形成一个简易的单向装置，即注浆时浆液在压力作用下能顺利注入土层中，而在混凝土灌注时该装置又保证喷头不被灰浆堵死，所以对注浆喷头的单向装置检查显得尤为重要，在安装验收时应重点检查如下内容。

①注浆管的梅花型注浆管喷头的表面是否用自行车内胎套紧，表面是否用塑料胶带密封；

②注浆管内有无铁锈及其他异物；

③注浆管是否对称绑扎在钢筋笼内，扎点是否牢固；

④注浆管与钢筋笼的主筋是否平行顺直；

⑤为保证注浆管喷头处于需注浆的土层中，检查最下端注浆管是否超出钢筋笼 30 cm～50 cm；

⑥注浆管接丝处是否已拧紧，连接可靠。

3.3.4 开塞试验

在开塞前，首先督促施工单位对注浆设备系统进行试运行，检查注浆泵、单向逆止阀、注浆管是否处于正常的无渗漏状态，压力表、流量计是否在核定有效期内，现场的配电箱、电缆线、漏电开关等是否安全有效。

开塞试验主要对开塞时间及开塞压力进行控制。开塞时间关系桩端混凝土的完整性，过早开塞则因桩端混凝土未形成一定强度，在高压水冲射作用下对桩端混凝土的成形和强度产生破坏；过迟开塞则因包裹注浆管的混凝土强度大，易造成注浆喷头打不开而致开塞失败，故开塞试验应在混凝土强度 C10～C15 之间进行，即成桩 2 d～3 d 为宜。所以开塞时监理人员首先应检查成桩时间，以确定混凝土是否已具备一定强度，满足开塞条件；其次在开塞过程中，应严格地控制好开塞的最大压力应不大于 10 MPa，开塞后压力应明显回落，即表明注浆管头在有压作用下处于贯通状态，为后注浆创造必要条件，同时还应督促施工单位对已开塞的桩位做好开通记录；若无法通过开塞试验的，则需研究处理对策。

3.3.5 注浆顺序

注浆时对整个承台群桩应一次性注浆，注浆先施工外围桩以便形成一个封闭圈，然后再施工中间桩，以此控制中间桩位的注浆质量及注浆效果。在实际施工中，还应考虑注浆桩位应与成孔作业点距离控制在不小于 8 m～10 m，以防止注浆时对成孔产生串浆现象。

3.3.6 注浆控制

根据地质勘探报告对场地第 9 层土质状况及渗透性结合设计图纸要求进行综合分析：若浆液的水灰比过小则因其稠度大而导致注浆困难；若水灰比过大则流动性强，浆液在压力作用下渗透远离桩端土层而导致注浆效果不佳，经分析后确定本工程浆液的水灰比按 0.6 控制。

根据设计要求，灌注桩混凝土的强度必须达到设计强度 70% 时方可注浆，故在施工单位提交的注浆申请报告时应检查同养试块强度检测报告，确认试块强度不小于设计强度70% 时方准许开压注浆。

注浆时首先把注浆设备系统与其中一根注浆管连接牢固，初压控制在 0.5 MPa～1 MPa，平均压力控制在 2.5 MPa，最大压力不超过 10 MPa，注浆流速控制在 50 L/min ～75 L/min。现场浆液拌制时以方便控制每桩水泥用量为原则，采取每桶料水泥质量按 500 kg、拌合水按 300 kg 的重量进行称量搅拌，搅拌时间控制在 2 min～3 min 为宜，保证浆液无结块且具有良好的流动性。第一根管的注浆量按水泥质量 1 500 kg 制成的浆液注入桩底(3 桶浆液)，完成后稳压 15 min(防止浆液回冒)，堵住此注浆管。换成第二根管进行注浆，注浆压力和流速按照第一根管的参数控制，注浆量按水泥质量 1 000 kg 制成的浆液注入桩底(2 桶浆液)，完成后稳压 15 min，拆除上部注浆设备，进入下一根桩施工。

在具体注浆过程中，监理人员应要求施工单位采用现场称量及记录的方式对水泥用量进行控制。重点称量水泥运输小车 100 kg 水泥量是否足量或在误差范围内，一车水泥误差量按 ±3 kg 为限，超限则需采取多退少补方式处理并提出口头警告，若情节严重则按相关处罚条款进行处罚。其次，看小黑板记录“正”字累加数与已注入桩底水泥浆量数是否吻合，以确认注入水泥用量的准确与否，只有通过注浆量的动态控制才能确保注浆效果及注浆质量。

注浆的同时还应督促注浆人员填好《后注浆施工记录》，记录的内容应包括桩位号、注浆日期、注浆开始及结束时间、注浆量、注浆压力以及注浆异常处理情况等，保证记录及时、准确、真实、完整、有效。

3.3.7 终止注浆的条件

当注浆总量和注浆压力达到设计要求时，应停止注浆。但当注浆总量已达到设计值的 75% 且注浆压力值达到 10 MPa，应停止注浆。

3.4 注浆中异常情况及处理措施

喷头打不开：若压力达到 10 MPa 以上仍然打不开压浆喷头，说明注浆喷头已经损坏堵塞，不要强行增加压力，可在另一根管中补足注浆数量。

出现冒浆：注浆时常会发生水泥浆沿着桩侧或在其他部位冒浆的现象，若水泥浆液是在地面上冒出或周围桩孔冒出，说明桩底已经饱和，可改为间歇注浆，间歇时间宜为30 min ～60 min，或调低浆液水灰比重新注浆。

单桩注浆量不足：若出现个别单桩注浆量达不到设计要求，应及时通报参建各方，共商产生的原因，提出具体补救方案(如加大临近桩的注浆量作为补救)，经设计人员认可后实施。

4 后注浆效果分析

根据桩头土方开挖后现场查看，在后注浆桩顶处，部分桩身有 3 mm～10 mm 水泥浆层护裹桩身，还有局部散状浆脉延伸，厚度 30 mm～120 mm，长度 1.0 m～2.0 m，表明水泥浆与桩周土层固化良好。根据桩基检测部门在试桩期对注浆与非注浆桩的单桩竖向抗压承载力极限值进行列表比较(见表1)。

表1 试桩期对注浆与非注浆桩的单桩竖向抗压承载力极限值比较

由上表中数据分析看出，桩端注浆的单桩竖向抗压承载力极限值均大于非注浆桩的承载力，平均承载力值增加幅度为 35.62%，由此可见后注浆在桩端产生了固化、扩底、扩径、改善桩土界面、消除软弱土层、增强土体强度、修复沉渣厚度大、减少沉降变形、提高桩基承载力的效果，同时也达到施工方便快捷、缩短施工工期、降低建筑能耗的目的。

从经济角度来看，由于后注浆使每根桩增加 1 184.33元的造价，根据每根桩合同价 24 788.67 元计算，造价仅增加 4.8%，再根据承载力增加值计算，每根桩节约工程造价7 645.70 元。因此本工程采取后注浆做法无疑是合理且非常经济的，获得了可观的经济效益和社会效益。

5 结 语

由于后注浆技术对工程的应用尚待进一步推广，采用该技术处理的钻孔灌注桩如何根据土性对单桩承载力的估算及注浆参数进行优化，目前尚无相关规定，故相应的技术规程有待进一步的积累完善，以最终形成一门成熟的施工技术。建议建设行政主管部门应建立这方面的信息收集、技术应用与成果共享的渠道，从而为项目设计者提供有益的技术参考，为施工人员及监理人员提供必要的技术支持。相信在不久的将来，后注浆技术经验通过不断积累完善，一定会有更加广泛的应用前景。