后注浆灌注桩承载力的影响因素分析

孙 培 义

(山西省勘察设计研究院，山西 太原 030013)

后注浆灌注桩承载力的影响因素分析

孙 培 义

(山西省勘察设计研究院，山西 太原 030013)

介绍了后注浆工法的原理，结合某桩基工程项目的试锚桩破坏性载荷试验，对影响后注浆效果的不同因素进行了对比分析，着重对成孔工艺及后注浆形式进行了研究，以实现缩短桩长，提高桩基承载力的目标。

灌注桩，后注浆，成孔工艺，承载力

1 工法原理

后注浆工法是在灌注桩成桩后的一段时间内，通过预置于桩身和桩端的导管及注浆阀，将水泥浆压入，与桩侧、桩端的泥皮和沉渣以及一定范围的土体混合，将其加固，从而提高灌注桩承载力的一种措施。

由于灌注桩成孔必然产生泥皮、沉渣或虚土，对桩基承载力产生不利影响；最初，后注浆工法只是作为一种处理泥皮、沉渣或虚土的措施；经科研人员研究发现，后注浆注入的浆液也能够对桩端、桩侧一定范围的土体产生有利影响。

后注浆浆液随着压力的扩散，可能产生渗透作用、压密作用和劈裂作用，一般情况下，在注浆过程中，渗透、压密和劈裂是交替进行的。三种压力扩散形式共同作用的结果就是将土体压密、加固，从而在一定程度上提高了土体的极限端阻力和极限侧阻力，进而提高桩基竖向极限承载力。

笔者收集了一部分山西地区的后注浆灌注桩资料，经统计发现：多数后注浆对承载力的提高比例在30%～70%之间，少部分桩甚至达到100%以上。

2 影响后注浆的因素

影响后注浆提高承载力的因素很多，大致可归纳为以下三种：

1)地层条件；2)后注浆的形式；3)灌注桩成孔工艺。由于不同工程的地层条件差异较大，极其复杂，本文仅针对后两种因素展开分析。

2.1 后注浆的形式

随着后注浆工艺研究的深入，后注浆的形式呈现多样化趋势：桩端开放式后注浆，桩端胶囊式后注浆，桩端桩侧复合注浆，桩侧注浆又可分为单管、双管环形管注浆，双直管注浆等等，不一而足。不同的注浆形式效果不尽相同，一般而言，桩端胶囊式后注浆优于桩端开放式后注浆，桩端桩侧复合注浆优于单一的桩端注浆。

胶囊式后注浆一方面将桩端的泥皮及土体挤压加固，另一方面在桩端形成扩大头，一般情况下不存在浆液流失，而开放式后注浆的部分浆液可能沿软弱缝隙流失，因此，胶囊式注浆效果一般优于开放式后注浆，但是，在实际工程操作中，开放式后注浆非常简便而胶囊式后注浆则较为复杂，因此，前者应用更为广泛。

桩端桩侧复合注浆同时对桩端、桩侧进行加固，而单一的桩端注浆则仅对桩端及桩端上部一定范围的土体进行加固，因此，理论上前者的注浆效果优于后者，但桩侧注浆对桩基承载力贡献的比例仍无定论，缺乏大量的试验资料。

2.2 灌注桩成孔工艺

灌注桩成孔工艺分为干作业成孔与泥浆护壁成孔，其中后注浆在泥浆护壁成孔中的应用较多。常用的泥浆护壁成孔又可分为正、反循环成孔工艺、冲击成孔工艺、旋挖成孔工艺等。

成孔工艺对于后注浆效果的影响主要体现在桩侧泥皮与桩端沉渣的厚度，沉渣与泥皮的厚度越大，则后注浆的效果越差，甚至可能出现由于泥皮过厚而导致浆液无法注入，直接返上地面的情况。

桩端沉渣的厚度可在施工中通过清孔等措施降低，而桩侧泥皮厚度的可控性较差，基本取决于成孔工艺，以上几种工艺泥皮厚度自大而小依次为：正循环成孔、反循环成孔、冲击成孔、旋挖成孔。因此，从理论上讲，正循环成孔灌注桩后注浆的效果最差，而旋挖成孔灌注桩后注浆的效果最好。

3 对比试验

3.1 试验条件

太原市某项目桩基工程进行了三组试锚桩破坏性载荷试验，试验条件如下：S1，旋挖成孔，桩端开放式后注浆；S2，冲击成孔，桩端开放式后注浆；S3，冲击成孔，桩端桩侧复合注浆。

3.2 工程地质条件

取距离试验桩最近的钻孔数据，桩身穿越土层参数见表1。

表1 试桩地层情况表

从表1可以看出，场地地层较均匀、平坦，三组试桩的地层情况差别不大，试验具有很好的可比性。

3.3 桩基设计与施工

试验桩设计桩长45 m，桩径800 mm，混凝土设计强度等级C40，桩端持力层为第⑧层粗砾砂，计算非注浆情况下单桩竖向承载力分别为7 520 kN,7 200 kN,7 050 kN，平均约7 250 kN，预估注浆后单桩竖向极限承载力12 000 kN。

S1,S2,S3桩端后注浆注浆量均为2 000 kg；S3桩侧注浆三道，自桩端向上每10 m设置一道，每道注浆量500 kg。

灌注桩施工严格按规范要求进行，三组试桩桩端沉渣均满足规范要求，小于100 mm；充盈系数按编号次序依次为：1.25,1.31,1.23。

3.4 载荷试验

单桩竖向抗压静载试验采用慢速维持荷载法，首次加载3 200 kN，每级加载1 600 kN，直至满足JGJ 106—2003建筑基桩检测技术规范规定的破坏条件；试验数据如表2所示。

表2 静载试验记录表

表2试验结果表明，三组试桩均在加载至16 000 kN时达到破坏，只是桩顶沉降量有差异，需要说明的是，S1，S3在最大加载时，维持时间3 h，沉降量基本趋于稳定，而S2在最后一级加载后，Q—s曲线出现陡降，加载15 min后停止试验。

通过试验，最终将单桩竖向极限承载力确定为14 400 kN，能够达到设计预估的承载力12 000 kN，并且与非注浆情况下计算的承载力7 250 kN相比，承载力提高量将近100%，说明该工程使用后注浆工法效果明显。

3.5 成孔工艺的影响分析

通过试桩S1，S2的对比可以发现，每级加载时，S2的桩顶总沉降量均大于S1，最后几级加载时，沉降量差异保持在10 mm左右，最大加载时，S1沉降量虽然超过40 mm，但仍能趋于稳定，而S2桩则基本完全破坏。

由于两桩施工时，桩底沉渣的厚度控制比较严格，差异不大，且两桩灌注混凝土的充盈系数相近，说明扩径情况基本相似。由此推论，如果排除其他特殊因素，造成沉降差异的原因应在于两种成孔工艺的泥皮厚度。

两组试桩均为桩端开放式后注浆，这种形式的注浆除加固桩端的泥皮与土体外，在注浆压力的作用下，浆液还可能沿桩侧上返一定的高度，从而加固该高度范围内的桩侧泥皮与桩侧土体。旋挖成孔的泥皮厚度略小于冲击成孔的泥皮厚度，因此注浆加固的效果略强于冲击成孔，这与普遍的工程经验是相符的，而两组试桩并不悬殊的沉降差异也从侧面印证了这一点。

3.6 后注浆形式的影响分析

对比试桩S2，S3，每级加载时，S3的桩顶总沉降量均小于S2，荷载越大，沉降差也越大，最大加载时，S3沉降量趋于稳定，而S2桩基本破坏。对比结果与预期结果是相同的，桩端桩侧复合注浆优于单一桩端注浆。

非注浆情况下计算的承载力7 250 kN，S2桩单桩竖向极限承载力14 400 kN，后注浆对承载力的提高比例为98%；S3桩在最后一级加载时，沉降量为51.62 mm，如果以16 000 kN作为该桩的极限承载力，后注浆对承载力的提高比例为120%；与单一桩端后注浆相比，额外的桩侧注浆仅将承载力提高了22%，说明桩侧注浆本身对承载力的贡献并不大。

科研人员经过研究发现，桩端支承条件是影响基桩承载力的关键性因素，当桩端支承条件较差时，其桩端阻力较小而相应的桩端沉降较大，使桩侧摩阻力在较小的剪力位移时达到极限，反之，当桩端支承条件好时，桩端阻力较大而相应的桩端沉降较少，使桩侧摩阻力在较大的剪切位移时尚未达到极限，该理论在JGJ 94—2008建筑桩基技术规范中得到应用。这为桩端后注浆在灌注桩后注浆技术中占主导地位提供了机理支撑。

4 结语

经过试验，该项目桩基设计最终选定旋挖成孔工艺，桩端后注浆工法的方案。

同时，通过对比分析，可得出如下结论：在相同的地层、施工条件下，1)旋挖成孔的后注浆效果优于冲击成孔；2)桩端桩侧复合后注浆对承载力的提高优于单一的桩端后注浆，但桩侧后注浆对承载力的提高贡献有限，远小于桩端后注浆。

当然，本次试验三种试验条件下的桩各仅有一根，且该项目场地地层以砂层为主，试验具有一定的局限性。希望在未来的工程项目中，能够进行较多类似的对比试验，并通过大量试验得出具有普遍意义的结论。

[1] 刘满林,高振鲲,邢立军，等.后注浆钻孔灌注桩单桩承载力研究[J].施工技术,2012,41(379):59-61.

[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] 刘利民,舒 翔,熊巨华.桩基工程的理论进展与工程实践[M].北京:中国建材工业出版社,2002.

[4] JGJ 94—2008，建筑桩基技术规范[S].

[5] JGJ 106—2003，建筑基桩检测技术规范[S].

Analysis on factors influencing bearing capacity of post grouting bored pile

Sun Peiyi

(ShanxiAcademyofSurvey&Design,Taiyuan030013,China)

With an introduction of post grouting method, combining with anchor-testing pile damage load test of the pile engineering project, the paper comparatively analyzes factors influencing post grouting effect, and mainly studies hole-forming technology and post grouting forms, so as to shorten pile length and improve pile foundation bearing capacity as well.

bored pile, post grouting, hole-forming technology, bearing capacity

2015-04-28

孙培义(1980- )，男，工程师

1009-6825(2015)19-0064-02

TU473.14

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