浅析桩端后注浆技术施工要点

摘 要：结合桩端后注浆技术原理与工程实际情况对桩端后注浆技术进行分析，根据工程特点提出了在钻孔灌注桩施工时采用桩端后注浆技术的硬件要求和施工要点，为同类工程应用提供参考。

关键词：灌注桩；注浆；加固

中图分类号：TU473 文献标识码：A DOI：10.11974/nyyjs.20160332074

钻孔灌注桩因其具有承载力高，工艺简单，适应性强等优点，在工程建设领域得到了广泛应用。但大直径钻孔灌注桩在施工时容易扰动桩周土，从而降低桩端与桩周土体强度，水体的浸泡软化作用加剧了这种不利作用。导致桩周摩擦力及桩端阻力下降，使桩身承载力无法达到设计要求[1]。因此采用桩端后注浆提高灌注桩承载力的技术成为灌注桩施工时不可或缺的配套工艺。现以湖南省长沙市某大桥为例，浅析桩端后注浆技术的施工应用要点。

1 工程概况

本工程为新建双向6车道跨河大桥，采用三跨变截面预应力混凝土连续箱梁，墩身斜置，与水流方向基本平行。桥梁为整幅桥，标准桥宽25m，桥梁总长318m。上部结构斜桥正做，采用单箱双室直腹板箱梁，支座在柱顶正交布置。主墩为单个圆端形矩形实体墩，位于河道大堤内侧坡脚处，立柱柱身与梁斜交15°，与河道水流方向斜交4°，立柱顶部扩大。主墩承台为8边形实体承台，厚4.2m。承台下布置13根Φ2.0m钻孔灌注桩，采用C30水下混凝土，持力层为6-2-4层中风化钙质砾岩。北侧主墩桩长57m，南側桩长69m。边墩采用与主线标准墩外形相近的双柱H型墩，双柱间设系梁，柱顶扩大为L型，满足边跨主梁及引桥箱梁的支座布置，边墩柱顶均设抗震槽口。立柱为矩形柱，采用C40混凝土，柱底尺寸为2.0m（横桥向）×2.3m（顺桥向）。立柱下接矩形承台，承台厚3.2m。承台下布置4根Φ2.0m钻孔灌注桩，桩长均大于40m。

本工程场地位于河谷风化强烈与钙质砾岩区域，河谷平直，漫滩段低窄，经人工改造修筑了两岸堤防工程，河堤标高约38.5m。堤外侧地面标高多在32～33m，为浏阳河之低级阶地。边墩处地面标高约32.5m，主墩处地面标高约28m。河床水深约1.5～1.8m，河床标高22.0～24.51m，基岩面标高10.80～20.80m，表现为由南向北倾斜。基岩为白垩系神皇山组砾岩、局部为泥质粉砂岩；岩溶发育、掉钻、不返水，中风化钙质砾岩面起伏极大。6度地震力作用下无可液化地层，水文条件与河水关系密切，存在岩溶水，为地质复杂区段。工程沿线绝大数基岩为古近系与白垩系内陆湖相沉积的极软岩，水理性质差，具遇水软化、失水干裂的特点，且存在均匀风化。桩基施工时应及时清底浇灌混凝土，避免基底持力层工程性质性状的恶化。

2 桩端后注浆原理

桩端注浆是使浆液首先充填到桩端疏松的残碴间隙中，水泥浆与残碴胶结固化，形成了强度较高的胶结体[2]。如果桩端存在混凝土离析形成的薄弱部位，待水泥浆液充满残碴间隙后，会继续充填渗透进入这些薄弱部位，增加桩端混凝土的强度。随着注浆量的增加，继续提高注浆压力，水泥浆液可以向桩端持力层渗透，与持力层土体胶结的水泥浆在桩端形成胶结楔形体，增加桩端承压面积，提高钻孔灌注桩的桩端承载力。注浆压力压实了桩端持力层，提高桩端土体的承载力，特别是由于桩端土层在承受上部结构荷载前就已经受到预压挤密，提早发挥桩端阻力，对应的单桩沉降量明显减小[2] 。当桩底注浆量和注浆压力达到一定程度时，浆液会沿桩侧壁向上渗透，充填桩侧与桩周土体间的间隙，同时向松散的土层、孔隙较大的砾砂层、卵石层和裂隙岩层渗透粘结。对粘土及粉土层，浆液的劈裂路线呈纵横交叉的脉状网络，增大了土体之间的粘聚力和内摩擦角，从而提高了土体的强度。从而消除了桩底沉碴的影响。采用桩端后注浆技术后的单桩极限承载力相比于同等条件下未注浆钻孔灌注桩有40%以上的提升作用[3]。而且更重要的是本工作中，通过使用桩端后注浆技术可以令桩底的沉渣得到固化，改善地基条件，制造出一个高强度持力层，在相同荷载作用下，后注浆技术加固过的灌注桩桩顶位移比未后注浆的桩的大幅降低，有效控制了基础沉降。

3 桩端后注浆施工要点

本桥每根钻孔灌注桩均要求采取桩端注浆加固，主要目的是加固桩底沉渣和土体，提高地质复杂条件下的桩基整体稳定性。

3.1 设备要求

注浆装置由注浆管、注浆阀和注浆器组成。注浆管应采用镀锌钢管，其质量应符合现行国家标准《低压液体输送用焊接钢管》（GB/T3091）的规定，注浆管兼作声测管使用。注浆管内径50mm，壁厚3mm，按图纸要求沿桩周均匀布置4根，且伸出桩端200～500mm。注浆管露出桩顶的标高，由施工方根据钻孔桩平台标高等现场实际操作条件确定。注浆管与钢筋笼采用铅丝或U形钢筋焊接固定[4] 。注浆管在其底部安装注浆器，注浆管底部用胶带或橡胶包裹密封。将管内注满清水并密封。连接接头应采用螺纹连接，接头处应缠绕止水胶带。注浆阀应采用能承受大于注浆所需的压力的单向阀，单向阀上增加混凝土垫块作为保护装置。注浆管下放前应作注水试验，打开浆液流通管道，探明注浆路线，确认注浆管路畅通，提高桩端可灌性。注浆管应随钢筋笼同时下放，且应保证二者固定牢靠，确保注浆管以及钢筋笼的完整性。管的接头处应密封，不漏水。应在桩顶注浆管管口处设置压力表和卸压阀，进行注浆流量和压力的实测。注浆泵的能力应大于实际注浆时压力和流量的要求。

3.2 浆液要求

浆液配置是后注浆技术施工中最重要的一个环节。注浆采用水泥浆，水泥的强度等级不低于42.5，水泥质量应严格控制，必须符合国家相关要求。水灰比为0.55～0.65，加入高效减水剂。水泥浆的配合比应经试验并结合试桩结果确定。水泥浆比重应控制在17～18KN/m3，初凝时间为2～3h，浆液流动性好，泌水小。水泥浆7d抗压强度不小于5Mpa；28d抗压强度不小于30Mpa。浆液制备后应放置5min后才能使用，以消除浆液中的空气。浆液应按每个循环使用量配置，使用前水泥浆液应经过双层滤网过滤，防止杂物堵塞注浆孔。

3.3 工艺要求

灌注桩成桩后12h内对注浆管进行清水开塞，将管路打通后（即压力下降时）即可停止注水，准备注浆工作。注浆工作应在桩身混凝土达到设计强度的75%且成樁养护7d后进行，注浆时不能移动桩身，避免破坏桩身、桩端混凝土。注浆施工应按试桩确定的关键参数进行，施工中应及时进行参数实测，积累经验，为其后可能需要的调整提供依据。桩底注浆时，同一根桩的全部注浆管宜同时均匀压入水泥浆，并应随时检测桩顶的位移和桩周土层的变化情况。在注浆10m范围内不得进行其他钻孔桩的施工作业，群桩注浆采取先周围桩后中间桩的顺序。桩底后注浆应采取注浆量与压力双控，以注浆量控制为主，压力控制为辅。若注浆压力达到控制压力，并在持荷5min后达到设计注浆量的80%，出现冒浆时，可认为满足要求。

3.4 关键参数

桩底终止注浆标准应根据实际地质条件通过试桩试验确定。注浆关键参数为浆液水灰比控制在0.55～0.65之间；桩端注浆终止压力为4MPa；持荷时间为5min；注浆流量不宜超过75L/min；单桩注浆量5t。以上不同工程关键参数实际控制值应根据试桩得出的后注浆工艺报告修正确定[5] 。

3.5 注意事项

注浆应遵循以注浆量为主，压力为辅的原则。如果出现注浆量很大，但注浆压力上不来的情况，应采取间隔循环注浆的方法，即间隔一段时间再注浆，以确保浆液压注在桩端和桩周。如果注浆阀压力超过10MPa时无法打开，则说明注浆阀本身出现问题，此时可以通过其它注浆管补充水泥浆液，不可再加大注浆压力。当钻孔灌注桩的水下混凝土龄期达到14d，可对桩基进行超声波检测，检测完毕后可开始对每根管道进行注浆。准备进行注浆作业的灌注桩周边5m范围内其它桩正在钻孔时，不得进行桩端注浆，以防浆液穿孔。如果注浆机运转时出现异常情况或者发出异响，则应及时停机进行检修，不可为保证工程进度而强行开动注浆机。一旦发现注浆机压力表读数突变或者注浆管堵塞，以及注浆管爆裂的现象，也需要立即停机更换相关配件，尽量快速完成维修作业。一旦注浆作业中断时间超过30min，则需要对设备和管路进行冲洗，防止其中原有浆液凝固堵塞注浆路线[6] 。回复注浆时先要使用大水灰比水泥浆冲洗管路，确认注浆线路通畅无碍之后再将注浆浆液换成正常水灰比的水泥浆。完成注浆后，应均匀减压，防止浆液倒流堵塞注浆孔。

4 结语

由于桩端后注浆技术在提高钻孔灌注桩的承载力和防止基础沉降等方面有显著效果，同等条件下可以适当减少桩长，削减桩数，从而降低工程造价，缩短工期，提高项目经济效益。通过对桩端后注浆技术施工要点进行分析研究，可以明确施工方法，提高施工效率，使该技术具有更为广阔的应用发展潜力。

参考文献

[1] 熊文亮，李慧英，陈水生.桩端注浆加固桩基的工艺、效果及机理[J].华东交通大学学报，2004，21（5）：106-109.

[2] 宋 建，关永平，于志华，崔文艳.砂砾地层后注浆灌注桩承载性能试验研究[J].工程勘察，2012（12）：1-3.

[3] 于志华，刘炎炎，宋建，荣晓洋，崔文艳.钻孔灌注桩桩端后注浆技术及工程应用[J].水利与建筑工程学报，2011，9（3）：40-43.

[4] 张广兴.桩端后注浆最优注浆量实测研究[J].山西建筑，2012，38（4）：69-70.

[5] 丁长云，王继坤，薛叶飞，黄素芹.桩侧、桩端联合后注浆施工技术[J].上海建设科技，2015（1）：31-33.

[6] 袁振，徐国.灌注桩桩端后注浆效果分析[J].土木工程学报，2007，40（1）：429-431.

作者简介：李博（1982-），男，黑龙江伊春人，中煤科工集团沈阳设计研究院有限公司，工程师，土木工程专业，主要从事道路、桥梁测量、施工工作。