后注浆施工技术在提高单桩竖向承载力的试验研究——以中海油珠海天然气发电发电有限公司热电联产项目桩基础工程为例

吴 华

（广东省地质灾害应急抢险技术中心，广东广州 510000）

1 工程概况

拟建珠海高栏港经济区2×390MW级热电联产项目位于高栏港经济区北部，本工程所有建筑物基础考虑采用冲钻孔灌注桩，桩径为∅1000mm。为给本工程桩基设计提供合理、准确的设计参数取值，确定合适的成桩工艺和施工机具及施工质量控制标准，并在充分利用桩承载力的情况下，节省工程费用及缩短施工工期，以确保建筑物的安全，对本工程的冲孔灌注桩进行了综合试桩。本次试验选取3根∅1000mm（桩号分别为：1#、2#、3#，对应钻孔号分别为：DK05，CS03+1，DK07）普通冲孔灌注桩和2根∅1000mm（桩号分别为4#、5#，对应钻孔号分别为CS03，DK05+1）后注浆冲孔灌注桩，试桩场地选在厂址岩土工程条件具有代表性的地段，且考虑到试桩位置要结合汽机房、锅炉及烟囱等重要建筑物，并尽量避开建筑物基础。2种类型的桩预估单桩竖向抗压承载力特征值为5000kN，单桩水平承载力特征值为200kN。本次试验采用对比的方式，检验了后压浆灌注桩注浆后对桩基承载力的影响。

2 设计概况

（1）桩点布置：本次试验共选5根试桩，试桩点分别对应地质钻孔 S1(DK05)、S2(CS03+1)、S3(DK07)、S4(CS03)和S5(DK05+1)的位置；

（2）试桩设计桩径∅1000mm，全部为端承摩擦桩；

（3）桩端持力层为强风化花岗岩，桩端要求钻入桩端持力层6～10m（普通冲孔灌注桩进入强风化花岗岩10m，后注浆冲孔灌注桩进入强风化花岗岩6m），单桩长度约50m；

（4）试桩采用商品混凝土，强度等级为C35；

（5）桩底后注浆灌注桩技术要求：

①注浆管采用2根∅32mm，壁厚3.5mm，内径25mm焊接（或无缝）钢管，对称布置在钢筋笼内侧，随钢筋笼一起下入孔底，每根注浆管下部设400～500mm花管，出浆孔直径∅8mm。

②为避免灌注桩在清孔和混凝土浇筑过程中泥浆、水泥浆等渗入注浆管后固结造成堵塞注浆管，一般在桩身砼浇注后7～24h内用清水对注浆管进行清洗。

③压浆水泥为普通P.O42.5R水泥，水灰比0.6，进行后压浆时，注浆流量不应超过50L/min。正常注浆压力1.5～2MPa，终止压力2.5MPa。

④注浆量理论计算公式为Gc=(1.5～1.8)d，实际注浆量应由施工单位根据工程经验自行确定。

⑤以上后注浆技术要求仅供参考，施工单位应根据本工程的地质情况、桩长、桩径及工程实践经验自行确定施工技术参数。

3 地质条件

根据钻孔资料揭露，场地第四系覆盖土层主要有人工填土、海积淤泥、淤泥质土、粉质粘土和砂土层以及残积砂质粘性土，下伏基岩为燕山期花岗岩。

岩层性质自上而下描述如下：

①填石（地层编号①）：褐黄，灰色，主要成分为花岗岩或砂岩碎、块石，粒径一般10～20cm，次棱角状，粒径大小不均，个别块石块径大于50cm，局部含少量粘性土，密实度均匀性差，为新近推填，呈湿，松散状，人工成因。

②淤泥质土（地层编号③）：深灰色，含有机质，含少量粉砂颗粒，粘性好，局部混贝壳碎片或夹粉砂薄层，味微臭，呈饱和，流塑状，海积成因。

③粘土（地层编号④）：褐黄，灰黄色，含少量粉细砂颗粒，干强度较高，粘性较好，呈湿，可塑状，局部软塑、硬塑状，海积成因。

④淤泥质土（地层编号⑤）：深灰色，含少量粉细砂颗粒，粘性好，局部混贝壳碎片，部分地段夹粉细砂薄层或腐木，含有机质，味微臭，呈饱和，流塑状，海积成因。

⑤粘土（地层编号⑥）：棕红色，灰色，含粉细砂颗粒，粘性好，部分地段夹粉细砂薄层或腐木，呈很湿—湿，软塑—可塑，局部地段硬塑状，海积成因。本层中夹有细砂（地层编号⑥1）及粗砂（地层编号⑥2）等亚层，分述如下：

细砂（地层编号⑥1）：灰白，灰色，主要矿物成分为石英，含少量粘性土，颗粒较均匀，级配不良，局部夹粘土薄层，呈饱和，稍密—中密，局部密实状，海积成因。

粗砂（地层编号⑥2）：灰、灰白色，主要矿物成分为石英，含少量粘性土，颗粒较均匀，级配不良，呈饱和，中密，局部地段密实状，海积成因。

⑥砂质粘性土（地层编号⑩）：棕红色，褐黄色，含多量石英砂颗粒，粘性较差，遇水易软化，崩解，呈稍湿，硬塑状，残积成因。

⑦花岗岩（地层编号⑪）：场地下伏基岩主要为燕山期花岗岩，根据钻孔的勘探深度内，按其风化程度分为全风化、强风化2个等级：

全风化花岗岩（地层编号⑪1）：灰白、褐黄色，原岩矿物成分除石英外已全部风化为粘土矿物，略显原岩组织结构，岩芯多呈土柱状，遇水易软化、崩解。

强风化花岗岩（地层编号⑪2）：灰白、褐黄色，原岩矿物成分除石英外已大部分风化为次生矿物，可见原岩组织结构，岩芯多呈土柱状，局部呈半岩半土状，遇水易软化、崩解，本层在场地大部分钻孔中均有揭露，水平连续性较好，层厚较厚，本次勘测未揭穿此层，层顶标高-46.62～-34.70m，标准贯入试验击数均大于50击。

场地基岩面埋深很深，个别钻孔在钻进深度达83m处仍未遇到基岩，本次勘测未揭露中等风化及微风化花岗岩。

4 施工工艺

4.1 作用机理

灌注桩成桩后一定时间，通过预设于桩身内的注浆管及与之相连的桩端、桩侧注浆阀注入水泥浆，使桩端、桩侧土体（包括沉渣和泥皮）得到一定程度的加固，从而提高单桩承载力，减小沉降。

作用机理如下：

①固化沉渣，使水泥土的强度大幅提高；

②由于高压作用，桩底、桩侧土体得到密实；

③渗透和劈裂作用提高了桩底、桩侧土体强度；

④形成一个扩大头，提高承载力，减少沉降；

⑤消除泥皮，提高桩侧摩阻力。

4.2 工艺流程

后注浆施工工艺流程图详见图1。

图1 后注浆施工工艺流程图

5 现场施工情况

S1#(DK05)试验桩：4月25日开孔，4月30日终孔，5月2日完成水下砼浇灌，钻孔深度49.1m，混凝土理论用量 37.9m3，实际用量51m3。

S2#(CS03+1)试验桩：4月24日开孔，4月30日终孔，5月1日完成水下砼浇灌，钻孔深度48.25m，混凝土理论用量37.2m3，实际用量49m3。

S3#(DK07)试验桩：4月27日开孔，5月2日终孔，5月2日完成水下砼浇灌，钻孔深度50.36m，混凝土理论用量38.9m3，实际用量 48m3。

S4#(CS03)试验桩：5月5日开孔，5月7日终孔，5月8日完成水下砼浇灌，钻孔深度48.42m，混凝土理论用量37.2m3，实际用量48m3，5月10日完成后压浆施工，注浆水泥用量1.9t。

S5#(DK05+1)试验桩：5月5日开孔，5月7日终孔，5月8日完成水下砼浇灌钻孔深度45.64m，混凝土理论用量35.1m3，实际用量49m3。5月10日完成后压浆施工，注浆水泥用量2.1t。

6 试验结果汇总及分析

6.1 单桩竖向抗压静载荷试验

单桩竖向抗压静载荷试验采用慢速维持荷载法，根据Q-s曲线和s-lgt曲线分析计算，5根试验桩的试验结果汇总见表1。

表1 单桩抗压试验结果汇总表

根据试验结果汇总表分析可知，在进入强风化花岗岩地层减少4m的情况下，后注浆冲孔灌注桩（S4#、S5#）比普通冲孔灌注桩（S1#、S2#、S3#）单桩竖向承载力得到了大幅度地提高，在同样的试验加载量下，后注浆冲孔灌注桩的沉降量比普通冲孔灌注桩明显减少。

6.2 桩身内力测试

本次试验共进行了5根桩的应力应变测试，测试的仪器是瑞士Solexperts公司生产的滑动测微计，测试的原理是线法原理。根据各级荷载下的桩顶应变或回归处理后的零点应变可计算弹性模量随应变量级的变化规律，计算轴向力和摩阻力时采用不同的弹模值，如下式所示：

桩身轴向力：

Qi=A·Ei·ξi

单位摩阻力：

fi=（Qi-Qi+1）л/D

式中：Qi——任意断面处的轴向力，kN；

ξi——任意断面处回归应变；

Ei——相应应变时的弹性模量，GPa；

A——平均桩身面积，m2；

D——平均桩径，m。

根据试验数据结果及地区经验分析综合得出5根试验桩极限侧摩阻力、侧摩阻力及端阻力特征值建议值，普通冲孔灌注桩汇总详见表2，后注浆冲孔灌注桩汇总详见表3。

7 经济效果评价及结论

7.1 经济效果评价

根据本工程设计要求及现场实际施工情况，后注浆冲孔灌注桩比普通冲孔灌注桩有效桩长至少短4m，因此暂按照每根桩有效桩长平均减少4m来进行成本对比分析，成本分析结果详见表4。

表2 普通冲孔灌注桩极限侧摩阻力、侧摩阻力及端阻力特征值建议值

表3 后注浆冲孔灌注桩极限侧摩阻力、侧摩阻力及端阻力特征值建议值

表4 后注浆冲孔灌注桩与普通冲孔灌注桩成本对比分析表

由表4数据分析可知，在单桩竖向承载力设计值相同的情况下，如采用后注浆冲孔灌注桩比采用普通冲孔灌注桩单根桩成本至少节约2900元，产生较大的经济效益，同时因减少4m有效桩长，施工进度也得到大幅度提高。

7.2 结论

该场区试验桩采用冲孔灌注浆后注浆施工技术，强风化岩层桩侧阻力和桩端持力层端阻力均得到加强，后注浆灌注桩端阻力比普通灌注桩增强系数为1600/1100=1.45，桩侧阻力在强风化岩增强系数为110/50=2.2。