软岩地基灌注桩桩端质量缺陷后注浆处理施工

，

(中国水利水电第十工程局有限公司，成都，610072)

1　工程概况

某引水工程有一座输水渡槽，输水流量9.5m3/s，全长390.4m，渡槽共计25跨，单跨15m，渡槽支座采用钢筋混凝土排柱、柱顶冠梁简支座，排架柱基础采用嵌岩灌注桩，钢筋混凝土灌注桩直径1200mm，桩端深入弱风化岩层，单桩设计承载力特征值2300kN，单桩设计承载力标准值4600kN。

第21号右桩地处覆盖层厚12m，系第四系全新统坡残积堆积层(Q4dl+el)：由硬塑～可塑粉质粘土、粘土组成，含少量风化砂、泥岩岩块；下部系侏罗系上统蓬莱镇组下段(J3p1)：由粉砂质泥岩、页岩等组成。桩基施工采用旋挖成孔。桩基21#右桩旋挖成孔时因地下渗水量大，采用粘土自然造浆，钻至8m时发生塌孔，后进行分层回填后第二次钻孔，钻孔过程中采用原土造浆护壁，成孔后，进行清孔，验收合格后下放钢筋笼，导管安装，后灌注混凝土，灌注混凝土过程符合灌注桩施工规范要求。

桩基质量检查时对21#右桩进行钻孔取芯，检测桩底沉渣厚度，桩身混凝土质量良好，孔底沉渣厚度约0.5m，超过标准，不满足设计要求，严重影响桩基承载力。

2　造成桩端质量问题的原因分析

(1)钻孔过程中采用原土加水造泥浆护壁的方式，泥浆浓度偏小，在岩土分界面处渗透水量大，此处粘土呈流塑状，不利于孔壁土层稳定；

(2)旋挖钻孔钻头提升速度过快，造成孔内局部负压，对孔壁挠动大，不利于孔壁稳定；

(3)施工时疏于浇筑前检测孔底沉渣厚度，在钢筋笼下至孔底后，孔内发生流土塌孔。

3　桩端缺陷后注浆处理的验算

由于桩身混凝土完整，检测桩身混凝土强度满足设计要求，桩端沉渣过厚，桩端50cm混凝土夹泥，严重影响桩基极限状态下承载力、桩基正常使用下的沉降量，不能正常使用，因桩已入岩深度超过7m，对桩端的沉渣进行清除后，采用对桩端进行后注浆处理，以提高桩的端阻力、侧摩阻力，减小桩基沉降量。

3.1　未进行处理时的桩基承载能力估算

未进行处理时的桩基承载力标准值按摩擦桩计算，根据《建筑桩基技术规范》(JGJ94-2008)，采用经验参数法计算公式(5.3.6)、表5.3.5-1选取桩极限侧阻力、端阻力标准值。

Quk=μ∑Ψsiqsikli+u∑Ψsiqsjklj+ΨpqpkAp

式中：Quk——单桩承载力标准值(kN)；

u——桩横断面周长(m)，d=1.2m；

Ψsi、Ψp——大直径桩的侧阻力、端阻力尺寸效应系数，查表5.3.6-2黏性土Ψsi=(0.8/1.2)0.25=0.903、Ψp=(0.8/1.2)0.2=0.922；

qsik——土层段桩侧摩阻力标准值(kPa)，红黏土层查表(取小值)qsik=30kPa，岩层段为强风化软质岩，查表(取小值)qsik=140kPa；

li——第i层土厚度(m)，li=12m；

lj——第j层岩层厚度(m)，lj=5.5m；

qpk——桩端土端阻力标准值(kPa)，桩端沉渣过厚，按软塑性黏性土取值，qpk=300kPa；

Ap——桩端面积(m2)。

则：Quk=3.14×1.2×0.903×(30×12+140×5.5)+0.922×3.14×0.62×300=4157kN<4600kN。

单桩的极限承载力标准值不能满足设计承载力要求，需要对桩端进行注浆加固。

3.2　经注浆处理后的桩基承载力计算

注浆处理后按嵌岩桩后注浆公式计算：

Quk=Qsk+Qsjk+Qrk=u∑Ψsiqsikli+u∑Ψsiβsiqsjklgi+

ζrfrkAp

式中：Qsk——后注浆竖向非增强段的总侧阻力标准值；

Qsjk——后注浆竖向增强段的总侧阻力标准值；

Qrk——后注浆总极限端阻力标准值；

βsj——后注浆侧阻力增大系数，查规范JGJ94-2008表5.3.10，黏性土βsj=1.4，强风化岩βsj=1.6；

βp——后注浆端阻力增大系数，强风化岩βp=2.0；

lj——后注浆非竖向增强段第j层土厚，lj=7.6m；

lgi——后注浆竖向增强段内土层厚度，当桩端复注浆时取桩端以上12m内，lgi=4.4m；

frk——岩石单轴饱和抗压强度标准值，泥质页岩frk=3000kPa；

ζr——桩嵌岩段侧阻和端阻综合系数，极软岩hr=7m，d=1.2m，hr/d=7/1.2=5.8，查规范JGJ94-2008表5.3.9用内插法求得ζr=1.618，泥浆护壁后注浆ζr增大1.2倍，ζr=1.63；

其它符号同上。

则：Quk=Qsk+Qsjk+Qrk=3.14×1.2×0.903×30×7.6+3.14×1.2×0.903×1.4×30×4.4+1.63×0.922×3.14×0.62×3000=6015kN>4600kN。

经后注浆处理后，单桩的极限承载力标准值满足设计承载力要求。

3.3　经注浆处理后的桩基沉降量计算

单桩沉降量=桩端岩层分层总和法计算的土层沉降+桩身压缩量Se。

桩基在荷载效应准永久组合作用下沉降量Q=2300kN。

经后注浆处理后桩基在准永久荷载作用下计算的理论沉降量为1.3mm，满足规范要求。经以上分析，对桩端存在质量缺陷的灌注桩经后注浆加固处理后，能满足设计技术要求。

4　桩端后注浆方案

桩端后注浆应注重以下技术指标：①浆液水灰比；②桩端压浆终止压力；③持续压力时间；④压浆流量；⑤压浆量。

4.1　清理桩端沉渣

利用桩身的φ91mm取芯孔处理孔底沉渣的措施，向孔底下两根φ25的钢编管，一根管向孔底送水，另一根向孔内送1MPa的压缩空气，采用压力风、水混合清渣，将桩端沉渣采用气举法清出孔外，然后采用压力灌浆法对桩端的空腔灌注浓水泥浆，对未清除的沉渣用水泥浆固结补强。桩基为摩擦端承桩，桩端地基受压，注浆补强加固桩端土，在高压水泥浆灌注下，桩端空腔用水泥浆填充，桩底残留沉渣在水泥浆高压下排水固结。在反复用气举法清除桩端沉渣时，因桩端以上桩壁处泥皮被击穿，在地表桩侧有气泡冒出，对后注浆增强桩侧阻力效果有利。

注浆压力不能采用高压，因桩端侧基岩为泥岩，抗剪切力小，大的灌浆压力会造成桩端泥岩劈裂破坏，土层桩侧土体破坏，影响桩的承载力。

4.2　后注浆灌浆施工

根据《建筑桩基技术规范》(JGJ94-2008)，水泥浆液配比采用0.5∶1的水泥浆，在水泥浆中掺加3%的微膨胀剂，灌浆前采用压缩空气排出孔内的积水，灌浆采用在混凝土桩身内设灌浆塞，射浆管下至桩孔底0.3m，采用孔内循环注浆法，设计灌浆压力采用2MPa。在回浆管内的浆液比重达到0.5∶1的水泥浆比重时，控制灌浆压力达到2MPa，当孔内吸浆量小于1L/min时，连续灌注30min即可结束灌浆，后在孔口卡灌浆塞，全孔段灌注0.5∶1的水泥浆，孔内不吸浆量后，连续灌注30min即可结束灌浆封孔。

对桩进行后注浆加固处理后，在28d后采用基桩竖向静载荷试验验证单桩极限承载力设计值及基桩的沉降量观测值，后采用取芯法检查后注浆对桩端处理的效果。

5　后注浆效果检测

后注浆完成达到设计强度后，施工单位委托检测单位对采取后注浆补强的灌注桩采取钻孔取芯和做静载试验方式检测，通过单桩静载试验确定单桩竖向抗压极限承载力，其荷载-沉降曲线及沉降-时间对数曲线见图1；通过钻孔取芯直观观察灌浆后孔底水泥结石充填情况，岩芯填充情况统计见表1。

图1　静载荷试验荷载-沉降曲线及沉降-时间对数曲线

表1桩基钻芯法检测成果

根据21#右桩桩端后注浆处理后的钻孔取芯情况，原桩端过后的沉渣已被凝固的水泥浆体置换，桩端水泥浆结体较好，桩底中风化泥岩。通过单桩静载荷试验，桩基承载力和变形满足设计技术要求，桩端置于中风化泥岩层，泥岩为不透水层，经注浆加固后，桩端混凝土受地下水影响较小，满足设计对桩身混凝土强度及耐久性要求。

6　结论

在复杂地层采用旋挖钻孔灌注浆时，要采用符合规范要求的泥浆进行护壁，在旋挖钻孔时，要严格控制钻具在泥浆中的提升速度，保证不能在孔内产生负压，而使孔壁土层向孔内位移。钻孔验收合格下钢筋笼后，未能及时灌注混凝土时，在浇筑混凝土之前，应再次检查孔底沉渣情况，确定符合规范后，再灌注混凝土。

对于桩身混凝土完整，而桩端沉渣厚度超过规范要求的，影响桩基承载力及沉降量时，采用合理的桩端后注浆方式处理后，是可以提高桩基承载力和控制好桩基沉降量的。