采用后注浆技术提高机械旋挖钻孔灌注桩单桩竖向抗压承载力的工程实践

杨彦东（甘肃建大土木工程检测有限公司，甘肃 兰州 730050）

大直径旋挖钻孔灌注桩（端承桩），其单桩竖向抗压承载力主要来自于桩底端阻力，但当持力层为含水砾砂层时，施工中往往出现桩底涌砂、塌孔，扩大头施工困难，难以彻底清底，桩底沉渣厚度难以控制，造成基桩沉降量较大，单桩竖向抗压承载力达不到设计要求。通常采用桩底后注浆技术对桩底持力层固化处理后，大大减小基桩沉降量，有效提高单桩竖向抗压承载力。

1 后注浆加固机理

钻孔灌注桩桩身混凝土达到一定强度后，采用桩芯钻孔或预埋注浆孔，在高压作用下向桩底土层一定范围内注入以水泥为主剂的浆液。注入的浆液通过渗透、充填、置换、劈裂、挤密及固结等多种形式的综合作用，固化了桩底沉渣及桩底一定范围的持力层，改善了桩底沉渣及桩底持力层一定范围内土层的物理力学性能，使桩底持力层承载能力（桩端阻力）得到充分发挥，并且减小基桩沉降量，从而提高单桩竖向抗压承载力。

2 工程实例

2.1 工程概况

该工程为定西市某中学综合教学楼建设项目，地上5层，地下1层，框架结构。基础形式为桩基础，采用机械钻孔扩底混凝土灌注桩，桩端持力层为砾砂层，桩身混凝土设计强度等级为C35。桩身直径1100mm，扩底直径1800mm，单桩竖向抗压承载力2700kN。

根据勘察单位提供的《定西市某中学综合教学楼建设项目岩土工程勘察报告》，工程场地地层自上而下依次为：

1）杂填土：杂色，稍湿，松散状，土质不均匀，以粉土为主，含有少量碎屑砖块等建筑垃圾。该层在场地内均有分布。本层厚度为1.00-2.2m,地面标高为1903.22-1904.43m。

2）黄土状粉土：黄褐色，其中自然地面下约12.50m以上呈稍湿、稍密，以下呈湿-很湿、稍密-中密状，土质较均匀，摇震反应中等，无光泽反应，干强度低，韧性低。该层在场地内均有分布。本层埋深为1.00-2.20m，层面标高为1901.78-1903.13m。厚度为12.70-15.90m。

3）-1砾砂：呈杂色，稍湿，中密，砂质较纯，该层在场地ZK4、ZK5、ZK11、ZK16、ZK17区域内未见出露，其余区域均为薄层分布。本层埋深为10.40-11.70m，层面标高为1892.35-1893.49m。厚度为0.40-0.90m。

4）砾砂：杂色，饱和，中密，砂质较纯，本层埋深为14.00-17.40m，层面标高为1886.21-1890.43m。厚度为5.00-8.20m。

5）泥岩层: 褐红色，半成岩，矿物成分以蒙脱石、绿泥石、高岭石、白云母、长石、石英等为主， 泥质胶结，岩体呈巨厚状结构，上部1.30-2.10m,为强风化，致密，岩体基本质量等级为V级；以下为中风化，致密，较坚硬，岩体基本质量等级为IV级。该层在场地内均有分布。本层埋深为19.70-24.60m，层面标高为1879.53-1884.73m。最大揭露厚度为7.70m。（未揭穿）

场地地下水为第四系孔隙潜水，主要含水层为黄土状粉土与砾砂层，地下水位埋深12.70m-14.00m，水位高程1890.19-1890.90m。地下水主要为大气降水和地表水渗入补给，排泄方式主要以径流排泄，地下水年内变化幅度为1.0-2.0m。

表1 注浆前单桩竖向抗压静载荷试验结果

2.2 基桩静载荷试验结果对比分析

桩基施工过程中在建筑场地内进行了单桩竖向抗压静载试验，试验结果如表1。

图1 S1#桩试验结果曲线图

图2 S2#桩试验结果曲线图

根据3根试验桩的静载试验结果表明，S1号桩最大加载为5400kN，桩顶总沉降量为7.37mm单桩承载力能够满足设计要求。从试验数据分析判断桩底沉渣控制较好，清底比较干净。S2和S3号桩在最大加载4860kN的情况下，沉降量急剧连续增大，达到极限状态，终止试验，后经低应变检测验证桩身结构完整，逐分析判断桩底沉渣厚度较厚，使基桩端阻力得不到充分发挥。

图3 S3#桩试验结果曲线图

经对试验结果分析论证后，结合工程实际情况，纵观经济等因素综合考虑，对已施工完成的部分基桩进行桩底后注浆处理，以达到固化桩底沉渣，改善桩底一定范围的持力层物理力学性能，使单桩竖向抗压承载力能达到设计要求。

根据工程特点，此次注浆前首先使用150型地质钻机在桩中心钻探钻孔，钻孔直径不小于89mm，钻孔深度穿透桩底沉渣段并进入原状砾砂层不小于0.2m，钻孔过程中严格控制垂直度。注浆管采用1根Φ32壁厚2.75mm的钢管，底部长出桩底约50cm，并保证进入原状砾砂层不小于20cm，上部高出地面20cm，各段之间用套丝连接，底端50cm范围内梅花形布置直径5-8mm的钻孔不少于12个。注浆材料采用42.5级普通硅酸盐水泥配置的浆液，水灰比（重量比）为0.8-1.0，开始为避免注浆管堵塞，水灰比可采用2:1，在注浆中间阶段和后端水灰比稳定在0.8-1.0。注浆压力的确定主要考虑到三个方面：1）最终注浆压力要小于桩身上抬的摩阻力；2）最终注浆压力要保证桩端混凝土不被破坏；3）最终注浆压力要使注浆量保证达到设计要求形成的桩端增强体。该工程注浆初始阶段和过程中压力控制在2MPa，终止阶段压力控制在4MPa。

表2 注浆后单桩竖向抗压静载荷试验结果

高压注浆28d后，在场地内选取2根桩进行单桩静载荷试验，试验结果如表2。

图4 ZS1#桩试验结果曲线图

试验结果表明桩底注浆后单桩竖向抗压承载力能够达到设计要求，比注浆前单桩竖向抗压承载力提高至少20%以上，且大幅降低基桩沉降量。

图5 ZS2#桩试验结果曲线图

经注浆前后静载试验数据的比较分析，单桩竖向抗压承载力提高的原因是：在桩端高压注入水泥浆液后，水泥浆液首先渗透到疏松的沉渣层中，对桩底沉渣进行填充、挤密、劈裂等多种形式的组合与转化，使桩底沉渣重新胶结并固结，形成一个比较完整的整体，并增加了桩端进入持力层的有效深度，减小基桩沉降量。随着水泥浆液不断的高压注入，水泥浆液进一步向桩底持力层（砾砂层）中渗透、挤密、填充和固化等作用，使桩底一定范围内的砾砂层被重新组合、胶结，并经过一定的时间后固结，使桩底一定范围内的砾砂层形成一个整体的桩底扩大头，增加了桩底的受力面积，提高了单桩竖向抗压承载力。

3 结 语

从本工程实践中表明，对于机械旋挖钻孔的大直径端承型灌注桩，桩底后注浆技术能有效消除桩底沉渣对建筑基桩竖向抗压承载力的不良影响，并使桩端持力层承载力显著提高，桩底端阻力得到充分发挥，大幅减小基桩沉降量，改善桩基质量，提高单桩竖向抗压承载力效果显著。