钻孔灌注桩后压浆技术的应用研究

李恒宝，王圣典

（1.江苏省地质矿产局第五地质大队，江苏徐州221004；2.国投新集电力利辛有限公司，安徽利辛236700）

钻孔灌注桩后压浆技术的应用研究

李恒宝*1，王圣典2

（1.江苏省地质矿产局第五地质大队，江苏徐州221004；2.国投新集电力利辛有限公司，安徽利辛236700）

钻孔灌注桩后压浆技术是一种优势非常明显的技术，具有提高单桩承载力、提高生产效率、节约建设资金的优点。结合工程实际，对钻孔灌注桩后压浆技术施工工艺要点及施工质量控制进行了探讨，并通过试验结果初步探讨了钻孔灌注桩后压浆技术应用效果。

后压浆；施工工艺；质量控制；效果

近年来我国的高层建筑迅猛发展，对地基承载力的要求越来越高，基础形式一般采取灌注桩基础，钻孔灌注桩最大的缺陷就是桩底虚土较难清理，且护壁泥浆形成的泥皮影响桩侧摩阻力进一步发挥，采用桩底后压浆技术可以较好地解决这些难题。该项技术适用于泥浆护壁钻、挖、冲孔灌注桩及干作业钻、挖孔灌注桩等桩基工程。后压浆技术可以大幅提高单位面积承载力，克服泥皮效应，改善桩侧岩土特征，提高土体摩阻力，实现简单工艺解决复杂施工工艺难题，加快施工进度，达到经济适用的目的，越来越广泛的被应用于城市高层甚至超高层建筑的桩基工程中，并取得了重大的经济效益和社会效益。

1　基本工作原理

钻孔灌注桩后压浆技术是灌注桩成桩时在桩底和桩侧预置注浆管路，待桩身强度达到75%后，通过注浆管路，通过压浆管路利用高压注浆泵压注以水泥为主剂的浆液，对桩底沉渣、桩侧泥皮及桩周土体通过渗透、置换、劈裂等方式，经过一系列的物理和化学反应进行加强补强，从而消除传统灌注桩施工工艺所固有的缺陷，以达到提高桩身完整性及固化桩身摩擦介质提高承载力减小沉降量的效果。

灌注桩后压浆旨在通过桩底桩侧后压浆固化沉渣和泥皮，并加固桩底和桩周一定范围的土体，以大幅度提高桩的承载力，增强桩的质量稳定性，减小桩基沉降。灌注桩后压浆工法可用于各类钻、挖、冲孔灌注桩及地下连续墙的沉渣（虚土）、泥皮、桩底、桩侧一定范围内土体的加固。而后压浆又解决了钻孔灌注桩的固有缺陷，是一项有发展前景的施工技术。

钻孔灌注桩的后压浆基本上属于劈裂注浆与渗透注浆相结合。所谓劈裂注浆，即压入的高压浆体克服土体主应力面上的初始压应力，使土体产生劈裂破坏，浆体沿劈裂缝隙渗入土体填充空隙，并挤密桩侧土，促使土体固结从而提高注浆区的土体强度。如注浆区在桩底，则浆液首先在桩底沉渣区劈裂和渗透，使沉渣及桩端附近土体密实，产生“扩底”效应，使端承力提高，如注浆区在桩侧某部位，则该部位也同样出现“扩径”效应，提高桩侧摩擦力。

2　工程及地质概况

徐州新苏中心项目主楼总建筑面积485478m2，地上32层，2层地下室，框架—剪力墙结构，基础埋深约10m。桩基工程采用桩底后压浆灌注桩，桩长33m，直径800mm，桩数675根。该场地土类型为中软土，建筑场地的类别为Ⅲ类，场地内无可液化土层，为对建筑抗震一般地段。勘探范围内以粘性土、粉土、砂土为主的多种沉积交错构成。根据场内地层特性，场地内（13）层中粗砂，压缩性中等偏低，埋深适中，厚度5～10.2m，分布稳定，可作为桩基础持力层，不仅满足承载力和沉降两方面要求，还利于后压浆效果的发挥以及对钻孔桩施工质量的影响。从物理指标、埋深和层厚来看，砂土层作为桩底注浆层较为合适。

3　后压浆施工

3.1施工工艺选择

后压浆法是提高钻孔灌注桩垂直承载力及减小承载力离散性的一项有效措施，有显著的经济效益和社会效益。经过注浆后的桩其沉降量较未注浆的桩要小，承载力有较大提高，对重要工程中单根钻孔灌注桩的基础，后压浆尤为必要。有些工程因建筑物需要，设计桩长较大，有的进入砂层很深，土层分布不均匀，这些桩在施工时承载力离散性较大，若适当采用注浆方法能确保桩侧及桩周能和桩保持很好的接触关系，减少土层不均匀的效应，大大改善单桩承载力的离散，同时在满足承载力要求的同时可以缩短桩长，为工程节约了施工时间和节约施工费用，同时还降低了施工的难度，创造了可观的经济效益和社会效益。

本工程选择钻孔灌注桩后压浆施工技术，是因为其具有以下几方面的优点：

（1）改善持力层条件，提高桩端强度。在砂土桩端持力层中注浆，在高压作用下，砂土被高压水泥浆劈裂，达到劈裂注浆的效果，水泥浆呈网状劈裂渗透，形成固结体，造成扩底效果，增大了桩端的受力面积，增强了持力层刚度，使得桩端承载力从未注浆到注浆后有很大提高。

（2）提高桩侧摩阻力。采用泥浆护壁的钻孔灌注桩，在桩端注浆后，在压力作用下，浆液在桩端以下一定高度范围内沿着桩间土渗透、劈裂、填充、挤密和胶结作用，填充桩身与桩间土里面的空隙，并渗入桩周土体一定的深度范围，凝结成强度高、性能稳定的结石体，使得桩侧摩阻力从未注浆到注浆后有很大提高。

（3）减小承载力离散性。在桩基施工过程中，因设计桩长较长、土层分布不场匀、孔底沉渣的清理等诸多原因都对其承载力有较大影响，导致这些桩承载力离散性较大。通过采用注浆方法能确保桩侧及桩周能和桩保持很好的接触关系，减少土层不均匀的效应，大大改善单桩承载力的离散。

3.2后压浆施工工艺

3.2.1工艺流程

后压浆工艺流程为：制作压浆管→安装压浆管→检查压浆管质量→灌注混凝土→打开压浆管，并做注水试验→配制水泥浆，桩侧压浆→配制水泥浆，桩底压浆→养护。

3.2.2压浆主要工艺

（1）注浆管的制作。采用车丝机在焊管的两端车丝，每个车丝段的长度为50mm，车出来的丝应平正圆滑，不得出现偏丝滑丝，若出现应用切割机将该段切除后重新车丝。车丝后应用生胶带缠绕3～5圈，然后在一端安装直通。安装时应用管钳拧紧，防止在整个注浆管管道安装过程中出现脱离或者是不封闭，导致漏浆现象的发生。同时根据实际孔深制作相应的短节，短节的两端按上述要求车丝。

（2）在下入钢筋笼的同时对称下入Ø25mm焊接管2根，注浆管采用丝扣连接，并使注浆管下端的射浆管插入桩底持力层20cm。

（3）射浆管下部沉淀管长60mm，加工成扁平状，并封焊牢，以利其插入持力层，其上段步有梅花型Ø8mm@45mm的孔22个，外部装有逆止阀层，经地表清水试验可在不大于0.7MPa时打开，射浆管下入孔内，由于逆止阀的作用，孔内泥浆、混凝土中水泥浆液不会逆向流入射浆管，注浆管不会被堵塞。但注浆时，当压力达到一定注浆压力后，逆止阀层自行开启，水泥浆顺利注入地层。

（4）开阀。当钻孔灌注桩成桩48h后，向注浆管注入清水开阀，以清除射浆管逆止阀周围混凝土中水泥浆液，防止封闭射浆管，确保以后压浆能顺利进行。开阀压力约2MPa，稳定压力0.8～1.2MPa，整个开阀工作大约持续2～3min即可终止。

（5）注浆。①本工程钻孔桩发布较密，全场注浆分数片进行，注浆基本上由边缘向中心顺序进行，中间注浆按间隔跳开施工，独立单桩逐个进行；②每桩2根注浆管采取并联注浆，注浆管上部均装压力表，注浆前先泵入清水400L，清洗注浆管及卵砾石混砂通道，然后采用3∶1、0.6∶1、0.5∶1三种水泥浆液，由稀到稠进行注浆，前2级各注400L，后分2次注800L，共注水泥量1500kg；③注浆时个别桩沿桩侧冒浆，在注入前三级浆液后，如果冒浆尚未止住，则采取闭浆2h，然后再用0.5∶1浆液注浆，同时增加注浆量；④注浆后立即用清水替浆，清水量应与地面输液管容积相当，以确保全部水泥浆液充分注入桩内；⑤注浆结束，采取机械方法封堵注浆管闭浆，以防止浆液流失和扰动。

3.3施工质量控制

灌浆压力、灌浆量、灌浆速度、桩顶抬升量及其相互间关系是桩底压力灌浆施工质量控制的关键，应根据桩底持力层的地质情况合理选用压力灌浆参数。

（1）灌浆压力。根据试桩试验的允许灌浆压力来确定，与持力层的地质情况有关，一般不应大于3MPa。

（2）灌浆量。根据经济性与实效性相结合原则，一般每根桩桩底灌浆量以1800kg为限，不管压力高低，达到此限应停止灌浆。

（3）灌浆速度。为提高灌浆渗透分布的均匀性和有效性，灌浆量控制宜小不宜大，灌浆速度宜慢不宜快，一般按30L/min进行控制。

（4）施工过程中的压力控制。灌浆压力与持力层地质情况、水泥浆液浓度有关，在施工中主要有“一次升压法”和“分级分压法”。一次升压法适用于渗透性小的砂石层及粘性土层，在正常压力下，水泥浆液注入速度缓慢，可以较快地提高灌浆压力达到允许灌浆压力；可较多地灌入水泥浆，避免一些细小的裂缝在较低的压力下提前被水泥浆封闭，影响压浆效果。分级分压法适用于渗透性较大的卵石、砾石和砂石层等，在正常压力下，水泥浆液很容易地压入，说明持力层渗透性大，水泥浆液扩散范围大，这时应改用较低一级的压力进行灌浆，当注浆量逐渐减少时，再加一级压力，逐级升至达到允许灌浆压力。

（5）注浆控制标准、终止注浆条件：采用注浆压力与注浆量双控，以注浆量控制为主，注浆压力控制为辅。

当满足下列条件之一时可终止注浆：

①注浆总量和注浆压力均达到设计要求；

②注浆总量已达到设计值的75%，且注浆压力超过设计值；

③当注浆压力长时间低于正常值或地面出现冒浆或周围桩孔窜浆，应改为间歇注浆，间歇时间宜为30～60min，或调低浆液水灰比。

后注浆施工过程中，应经常对后注浆的各项工艺参数进行检查，发现异常应采取相应处理措施。当注浆量等主要参数达不到设计值时，应根据工程具体情况采取相应措施。

3.4压浆施工中出现的问题和相应措施

（1）喷头打不开。压力达到10MPa以上仍然打不开压浆喷头，说明喷头部位已经损坏，不要强行增加压力，可在另一根管中补足压浆数量。

（2）出现冒浆。压浆时常会发生水泥浆沿着桩侧或在其他部位冒浆的现象，若水泥浆液是在其他桩或者地面上冒出，说明桩底已经饱和，可以停止压浆；若从本桩侧壁冒浆，压浆量也满足或接近了设计要求，可以停止压浆；若从本桩侧壁冒浆且压浆量较少，可将该压浆管用清水或用压力水冲洗干净，等到第二天原来压入的水泥浆液终凝固化、堵塞冒浆的毛细孔道时再重新压浆。

（3）单桩压浆量不足。压浆时最好采用整个承台群桩一次性压浆，压浆先施工周圈桩形成一个封闭圈，再施工中间，能保证中间桩位的压浆质量，若出现个别桩压浆量达不到设计要求，可视情况加大临近桩的压浆量作为补充。

4　后压浆效果分析

在静载荷试验过程中，选取3根做后压浆对比试验，先测试未注浆的试桩承载力，然后注浆，注浆结束20d后，再测试试桩注浆后的承载力。根据试验结果对比分析，注浆前单桩竖向抗压极限承载力最大加载量为8000kN，注浆后单桩竖向抗压极限承载力最大加载量为11550kN，压浆后单桩承载力提高了44.375%。试验结果如下：

（1）同条件下未注浆单桩承载力检测。按照设计条件在现场选取试桩3根，采用接近于单桩竖向抗压的实际工作条件的试验方法，向试桩逐级加荷，同时测得相应的沉降量。试验得出荷载与沉降的关系曲线，据之确定单桩的竖向抗压承载力。

根据检测数据绘制的Q-S、S-lgt、S-lgQ曲线图，单桩竖向抗压极限承载力根据《建筑基桩检测技术规范》（JGJ106-2003）（检测日期为2013年10月份）第4.4.2条综合分析确定：B-1#试桩加载至8000kN时，桩的沉降量增大，Q-S曲线呈缓变型，单桩竖向抗压极限承载力取s=40mm对应的荷载值，即7110kN；C-1、D-1#2根试桩的竖向抗压承载力均未达到极限，桩的竖向抗压极限承载力均应取最大试验荷载值，即8000kN。

单桩竖向抗压极限承载力统计值根据《建筑基桩检测技术规范》（JGJ106-2003）第4.4.3条确定：根据4.4.3.1款3根试桩的单桩竖向抗压极限承载力的平均值为7703kN，极差为890kN，不超过平均值（7703kN）的30%，故单桩竖向抗压极限承载力统计值取平均值7703kN。

数据汇总如表1所示。

表1　数据汇总表

（2）注浆后单桩承载力检测。按照设计条件在现场选取试验桩8根（单一桩端注浆），采用接近于单桩竖向抗压的实际工作条件的试验方法，向试桩逐级加荷，同时测得相应的沉降量。试验得出荷载与沉降的关系曲线，据之确定单桩的竖向抗压承载力。

根据检测数据绘制的Q-S、S-lgt、S-lgQ曲线图，单桩竖向抗压极限承载力根据《建筑基桩检测技术规范》（JGJ106-2003）第4.4.2条综合分析确定：8根试桩的竖向抗压承载力均未达到极限，桩的竖向抗压极限承载力均应取最大试验荷载值，即11550kN。

单桩竖向抗压极限承载力统计值根据《建筑基桩检测技术规范》（JGJ106-2003）第4.4.3条确定：根据4.4.3.1款3根试桩的单桩竖向抗压极限承载力的平均值为11550kN，极差为0kN，不超过平均值（11550kN）的30%，故单桩竖向抗压极限承载力统计值取平均值11550kN。

数据汇总如表2所示。

表2　数据汇总表

5　结论

（1）本工程持力层为砂层，厚度较大，单桩承载力要求高，如采用传统的扩径、嵌岩等方法处理，很不经济合理。采用了桩端后压浆技术，缩短了计划工期，节约了资金，为整个项目的全面推进有非常重要的作用。

（2）采用桩底后压浆技术，可改变桩底虚土结构，根本性地解决普通灌注桩桩底沉渣虚土这一技术难题，对保证桩基工程质量有重要意义，且施工设备简单，适应性强，在各种工程桩基中均可使用。

（3）桩底后压浆技术能大幅度提高桩基承载力，有利于持力层的灵活选择，可缩短桩长或减少桩基数量，降低施工难度，加快施工进度，技术经济效益十分显著。施工时主要质量控制技术参数易于观测测量，有利于保证施工质量。此外可利用灌浆管做超声波检测，能及时反馈桩基混凝土施工质量状况。

（4）本工程采用的注浆顺序是先周边后中间桩，中间成片的桩注浆时采用呈梅花状间隔注浆的顺序，可使桩底有效注浆量比较均匀，并在本工程范围内形成一个整体，这不但降低桩的沉降量，同时能进一步均匀地改善全场持力层的工程地质特性，使微小的沉降也保持均匀。

［1］JGJ94-2008建筑桩基技术规范［S］.中国建筑工业出版社，2008.

［2］北京土木建筑学会.地基与基础工程施工技术措施［M］.北京：经济科学出版社，2005.

［3］史佩栋.桩基工程手册（桩和桩基础手册）［S］.北京：人民交通出版社，2008.

［4］赵锡山，赵晋.钻孔灌注桩后注浆施工技术的原理及应用［J］.西部探矿工程，2011（12）.

U443.15

A

1004-5716（2016）03-0192-04

2015-03-17

李恒宝（1971-），男（汉族），江苏东海人，高级工程师，现从事岩土工程研究与技术质量管理工作。