超长灌注桩桩端桩侧联合注浆质量控制影响因素

杨晖彬，刘 涛

（1.上海市建设工程监理有限公司， 上海 200080；2.上海建科工程咨询有限公司， 上海 200032）

0 引 言

随着时代的发展和建筑施工水平的不断提高，高层及超高层建筑的工程建设越来越多，对建筑物基础的承载力要求也越来越高。普通的中短桩已经不能满足高荷载下的承载力要求，大直径超长钻孔灌注桩以其承载力高、便于施工等特点被广泛应用于房建等超高层建筑的工程中。大直径超长钻孔灌注桩通常指的是桩长大于 60 m，桩径大于 800 mm 的钻孔灌注桩。目前国内在天津 117 大厦、台湾 101 大厦、上海环球金融中心，武汉绿地中心等超高层房屋建设工程中大直径超长钻孔灌注桩的应用已经屡见不鲜，桩端桩侧联合后注浆技术也日渐趋于成熟。

1 工程概况

本工程位于苏州工业园区金鸡湖西侧，南为苏惠路，西邻星阳街。本项目占地面积 2.5 万 m2，总规划建筑面积约 50万 m2，其中，塔楼高度约 729 m。超高层塔楼部分地上 138层，裙房地上 8 层；整体设置 5 层地下室。桩基础工程采用混凝土钻孔灌注桩，桩径分别为φ700、φ800、φ1 100，桩数共计 1 928 根，孔深 110 m，桩长 27 m～78.2 m，塔楼桩桩端持力层为粉细砂。本工程混凝土强度等级为水下 C50，注浆形式为桩端桩侧联合后注浆。

本工程场地位于苏州市工业园区金鸡湖西侧，地势较平坦。勘察深度范围内分 11 层，分别是：杂填土、粉质黏土、砂质粉土、粉质黏土、粉质黏土、粉砂夹粉质黏土、粉质黏土、粉砂夹粉质黏土、粉质黏土、粉砂夹粉质黏土和粉细砂。

2 桩端桩侧联合后注浆分析

2.1 桩端后注浆

2.1.1 施工工艺流程

桩端后注浆分注浆导管的制作安装、清水开塞、注浆等几道主要工序(见图 1)。

2.1.2 后注浆施工机具选用

后注浆施工设备包含水泥浆拌制系统、储浆容器及高压输浆管和压浆导管等。由注浆液搅拌、储浆桶、机浆泵、湿磨机、地面管路系统及显示仪表等组成现场水泥浆注浆装置；由桩身注浆导管和桩端注浆装置组成桩底注浆装置。整个系统组成见图 2。

图1 桩端后注浆流程图

图2 桩端后注浆示意图

(1)注浆泵的选择。桩端后注浆对泵的额定压力应大于要求的最大压力的 2 倍，同时注浆泵上必须配备有卸荷阀和压力表。本工程使用 BW-150 型泥浆泵，其技术规格见表 1。

表1 BW-150型泥浆泵技术规格表

(2)浆液搅拌机具。浆液搅拌机及储浆桶可根据施工条件选配，搅拌机制浆能力和储浆桶容量应满足注浆设计要求，且搅拌机出浆口应设置滤网。

(3)转浆泵。浆液搅拌好后、注入桩端前须转入湿磨机中细化，本工程转浆泵选用 NL40-7 立式污水泵，转浆设备技术规格见表 2。

表2 NL40-7立式污水泵技术规格表

(4)桩身注浆导管。桩身注浆导管与超声波检测管共的桩，选用内径 50 mm、壁厚 3.0 mm 的钢管；不能利用检测管的桩选用内径 25 mm，壁厚 3.0 mm 的钢管。本工程桩桩深，桩身注浆导管应连接牢固和密封。为保证导管的可靠性，宜采用外加套筒焊接连接，与钢筋笼加劲筋绑扎固定，随钢筋笼一起下放入孔内。

(5)桩端注浆装置。桩端水泥注浆为工程桩提供桩端补偿承载力。注浆管设有单向阀，注浆时，浆液由桩身注浆导管经单向阀直接注入土层。注浆器有如下要求：注浆孔设置机械加工钻孔，禁止烧焊，注浆器总出浆孔面积大于注浆器内孔截面积；注浆器须设置单向阀，避免下方钢筋笼及浇筑混凝土过程中浆液进入管内，防止注入后土层中水泥浆液回流；注浆器上注浆孔用胶带缠绕，应做试压试验保证水泥浆液不冲开胶带；注浆器与注浆管的连接必须牢固、密封、连接简便；注浆器的末端必须利于进入较硬的桩端持力层。

2.1.3 桩端后注浆施工方法

(1)注浆管路的安装(见下图 3)。

图3 桩端后注浆管安装示意图

①下放钢筋笼以前，必须检查注浆管安装是否牢固，并在成孔一清后用测绳对孔深进行测量，满足设计深度要求。②注浆管路安装：桩端注浆器机械连接在注浆管路上，且注浆器超出钢筋笼底部 500 mm，注浆管绑扎在钢筋笼主筋内侧，随钢筋笼一起下放，直至孔口为止；为保护注浆导管，注浆管不得高出地面。③注浆管路设置要求：注浆管路连接处必须使用止水胶带，并牢固拧紧密封；钢筋笼下放至孔口后注浆管内注满清水，并保持水位稳定不下降为准；注浆管必须用铁丝按每间隔 2 m 与钢筋笼主筋牢固地绑扎在一起，出露在孔口的注浆管上部管口，使用堵头拧紧，防止杂物掉入注浆管内，确保注浆管路畅通。

(2)桩端后注浆。①待成桩 7 h～8 h 后，进行注浆管清水开环，检查注浆导管是否畅通，冲开注浆阀。②桩身混凝土强度达到设计强度的 70%，开始进行桩端后注浆，一般成桩7 d ～8 d 后。③按设计水泥量和水灰比进行水泥浆液的配制，水灰比控制在 0.50～0.6 之间，水泥标号必须符合设计要求，计量装置确保有效；水泥浆液搅拌好后，必须用不大于 3×3 mm 的滤网进行过滤，方可开泵注浆。④水泥浆液必须进行细化处理，细化处理时间根据颗粒分析和渗透系数确定，一般在 1 min～3 min 之间。⑤注浆泵量控制在 30 L/min～45 L/min 之间，常规注浆压力控制在 0.8 MPa 以内；每根桩注浆必须一次完成，两根注浆导管的注浆间隔时间不得少于 1 h 且不得大于 12 h。⑥压浆总体控制原则：实行压浆量与压力双控，以压浆量(水泥用量)控制为主。总压浆量按设计要求或注浆量达设计值的 80%，且注浆压力达 3 MPa 且持续 3 min，可以终止注浆。⑦压浆次序与压浆量分配：压浆分 2 个回次；压浆量第一回次 2 t 水泥、第二回次 1.5 t 水泥，第一回次与第二回次间隔时间 1 h～2 h。

(3)注浆管畅通保证措施。桩端后注浆是本工程钻孔灌注桩的重要组成部分，必须确保成功，而后注浆成功的关键在于注浆管在开始注浆以前是否保持通畅。本工程在施工过程中采取了以下措施来确保注浆管畅通：①选用黑铁管作注浆管时，管壁厚不小于 3.0 mm，确保注浆管自身强度；注浆管接头采用无缝钢管加工成的外丝接头，确保接头的强度和密封性能。②注浆管必须用铅丝绑扎固定于钢筋笼之上，不得点焊固定，同时钢筋笼焊接时须避免碰到注浆管，防止烧穿管壁。③钢筋笼下放时，每 2 节笼子即在管内灌一次水，平衡泥浆压力。④在混凝土浇筑完(第一次拔导管)后 7 h～8 h内，对注浆管进行劈水。

2.2 桩侧后注浆施工流程(见图4)

图4 桩端后注浆管道安装示意图

2.2.1 施工方法

(1)桩侧注浆导管安装。桩身注浆导管采用内径 25 mm，壁厚 3.0 mm 的黑铁管，每个注浆断面设置一根注浆导管，注浆导管的长度根据设计要求的注浆标高计算。注浆导管安放在钢筋笼外侧，应连接牢固和密封，与钢筋笼主筋绑扎固定，随钢筋笼一起下放入孔内(见图 5)。

图5 注浆管安装示意图

(2)环形注浆器。该装置是整个桩侧压力注浆施工工艺的核心部件，由高压复合管(见图 6)、注浆器组成，其高压复合管与桩身注浆导管连通，并固定在钢筋笼外侧；每个环形注浆器均布 4～6 个注浆点。

图6 进口高压复合管

(3)接通地面注浆系统。当钻孔桩钢筋笼放置到位后，接通地面注浆系统，压清水，使环形高压软管张开并紧贴孔壁。

(4)浇注混凝土以后，7 h～8 h 之内进行清水劈裂，打通注浆器单向阀。

(5)桩侧注浆施工技术参数。桩侧注浆施工参数主要包括泵压、泵量、浆液注入量、浆液配方等，其中泵压包括开塞压力、注浆压力、终止压力等，另外最重要的泵压为清水劈裂，打通注浆器单向阀压力的控制。

(6)注浆流量。泵量的选择要满足渗透注入，理论上越低越好，但考虑到施工可行性，本工程注浆流量为 32 L/min～45 L/min。

(7)水泥浆配制要求水泥采用 P42.5 级新鲜普通硅酸盐水泥，同时要求水泥新鲜、不结块。

注浆水泥用量及注浆压力根据现场试压浆确定，水灰比为 0.6～0.7，搅拌时间不小于 3 min。搅拌好的水泥浆液用孔径不大于 3×3 mm 的滤网进行过滤。

(8)单桩注浆终止标准。桩侧注浆终止标准应采用注浆量与注浆压力双控的原则，当注浆量达到设计要求时，可终止注浆；当注浆量到要求量的 80%，泵送压力超过 2.0 MPa时，也可终止注浆。否则，需采取补救措施。

3 联合后注浆质量影响因素

无论是桩端后注浆还是桩侧后注浆，都能明显改善桩身周围土体特性，从而提高单桩的极限承载力。由于本工程桩径较大、桩长较长，对桩的承载力要求较高，所以采用的是桩端桩侧联合后注浆。对于大直径超长钻孔灌注桩来说，影响联合后注浆质量主要有以下几种因素。

3.1 桩底沉渣

桩底沉渣对于大直径超长钻孔灌注桩荷载的传递影响较大，如果在注浆前沉渣过厚则会导致桩端阻力以及桩侧阻力过早的发挥，桩端阻力得不到较好发挥，荷载主要由桩侧阻力提供，桩体土的极限相对位移就会偏小，导致的结果是桩极限承载力的降低和注浆后沉降量的偏大。

3.2 注浆量

通过后注浆可以提高桩身 40%(本工程提高了 34%)左右的承载力，最高可达 70%。对于大直径超长钻孔灌注桩来说，其单桩极限承载力会随着注浆量的增大而增大，但是到达一定界限之后增长会很缓慢，所以存在一个最优的注浆量，当注浆量达到这一最优注浆量，单桩的极限承载力几乎不再增加。

3.3 长径比

长径比对单桩极限承载力比较显著，桩长一定时，长径比与极限承载力成反比，即长径比越小极限承载力就越大。但是存在一个最优长径比，当这一数值继续变小时，单桩极限承载力几乎不再增加。

后注浆的质量影响因素除了以上几种外，还有土体特性、灌注桩施工质量影响、注浆水泥用量及水灰比、注浆管注浆阀的制作及安装等。在实际工程中要根据不同情况采取相应控制措施。

4 结 语

通过以上对工程实例的简单介绍可知，对于超长钻孔灌注桩来说，由于后注浆提供了大量承载力，所以要确保单桩的承载力满足要求，不仅要控制成桩过程的质量控制，更要注重后注浆施工过程的质量控制及对于主要质量影响因素的控制。

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