压密注浆桩材料设计要点解读*——《压密注浆桩技术规范》解读(一)

(湖南宏禹工程集团有限公司，湖南 长沙 410117)

一、 标准要求

3.2.6 采用压密注浆桩时，应进行室内试验，提供合适的注浆材料配合比及相对应的物理、力学参数。室内配合比试验应依据GB 50010确定，并应符合如下要求：

1 塑性细石混凝土宜由胶凝材料、黏性土、砂、细石等组成。塑性细石混凝土中胶凝材料用量不宜小于300kg/m3，黏性土宜为胶凝材料重量的20%～80%，水灰比宜为0.50～0.80。各材料的掺和量由室内试验确定。

2 塑性细石混凝土入孔坍落度不应大于75mm。

3 塑性细石混凝土的初凝时间不宜小于2h，终凝时间不宜大于24h。

二、 标准要点解读

在压密注浆桩施工过程中，要尽可能减少浆体对地基的劈裂效应，增加压密效应，要求注浆材料坍落度低、极稠，其中除胶凝材料、黏性土外应加入砂和细石以增加浆体的内摩阻力。工程因地域差异，各材料的掺和量应进行室内配合比试验确定。

1 压密效应及注浆材料性能要求

1.1 压密效应

压密注浆桩是一种适用于砂土、粉土、黏性土、碎石土、人工填土等地基的加固处理技术。主要通过高压泵将低坍落度注浆材料通过注浆管压入到预定土层，通过自下而上分段注入形成一个似圆柱形或葫芦形的均质桩固结体；同时浆料不断压密土体中的孔隙，将原来松散土粒压缩并密实周边地基土，提高桩周边一定半径范围内土的干密度，达到提高复合地基承载力的目的。

注浆材料的性能对注浆效果及作用机理有较大影响。渗透注浆采用流动性好的浆液在不足以抬动劈裂地层的压力下渗入土颗粒间隙，取代并排出其中的空气和水，将土颗粒包裹胶结起来[如图1(a)所示]；劈裂注浆的原理是浆液成脉状或线装劈裂土体，在土体内形成网状浆脉，通过浆脉挤压土体并利用浆脉在土体中形成的骨架作用加固土体[如图1(b)所示]；而压密注浆是采用干密性的浆料在外部压力作用下克服地下水孔隙压力和土体上覆应力，挤密土体孔隙形成球形浆泡，并逐段灌注形成桩式柱体，使周围土体不断压缩密实[如图1(c)所示]。压密注浆的浆液坍落度低，浆液在土体中的运动是推挤周围的土，起置换作用，其注浆压力对土体产生挤压作用，使周围土体发生塑性变形，而不是在土体中渗透或使土体发生劈裂。

图1 压密注浆与渗透注浆、劈裂注浆的区别

1.2 注浆材料性能要求

a.注浆材料的可控性。要使注浆材料既能被有效注入到地层中，又能够传递注浆压力、压密土体而不致产生劈裂，因此注浆材料必须是塑性的而不是流动性的，要求材料具有较大的内摩擦力，使注入的浆体不会在土体中向远处渗透或劈裂，通过材料自身的内摩擦阻力，达到以浆止浆的效果，在预定范围内控制形成均匀的固结体。

b.注浆材料的可注性。当注浆材料的坍落度较低时，浆材含水率低，容易硬化，导致在注浆过程中，易发生堵管现象。为保证注浆材料的可注性，要求浆材坍落度在一定时段内变化不大(0.5h)，并具有较好的保水、持水性。在施工前，需改变材料配合比或添加相应外加剂，研究不同配合比下，材料的坍落度随时间的损失变化以及不同粒径下注浆材料的泵送阻力。此外，当骨料颗粒粒径较大时，也易发生注浆管道堵塞事故，因此骨料中细石的颗粒粒径不宜大于10mm，砂宜以中粗砂为主，骨料中针状或片状颗粒所占质量比宜小于30%。

c.较高的早期强度。在施工过程中，压密注浆桩对周围一定半径范围内的土体起压密作用，并产生一定的扰动；因此，当分序施工压密桩，且桩间距不太大时，后序施工的压密桩对前序孔已成形的压密桩可能会有一定的扰动作用；在前序施工的压密桩强度较低时，后序孔施工可能会造成前序孔施工的压密桩缩颈、扭曲，甚至断桩等不良影响。因此，要求压密桩具有较高的早期强度，减少相邻桩施工时所带来的负面影响。

d.较好的压密效应。注浆材料中的骨料粒径大小及级配直接影响到材料在较高的注浆压力下所形成的浆体形状，直接影响到压密土体的效果和桩强度。注浆材料中粗骨料粒径较小，其内摩擦力小，易在压力下对土体产生劈裂效应，可控性较差；注浆材料中粗骨料粒径较大，注浆过程中易在较高压力下失水，发生堵管现象。因此，在保证材料具有良好可注性的同时，需要选择粒径适当的材料作为粗骨料，以达到对地基产生压密效应，形成理想的圆柱体或椭圆球体的效果。

2 塑性细石混凝土

2.1 定义

本规程中定义“粗骨料最大公称直径不大于10mm，拌和物坍落度不大于75mm的混凝土”为“塑性细石混凝土”。其中，在《普通混凝土配合比设计规程》(JGJ 55—2011)中定义了“拌和物坍落度为10mm～90mm的混凝土”为“塑性混凝土”，《水利水电公称混凝土防渗墙施工技术规范》(SL 174—2014)中定义了“水泥用量远低于普通混凝土，并掺加较多的膨润土、黏土等胶凝材料，适合水下浇筑的流动性混凝土，其抗压强度不大于5MPa，并具有低弹和极限应变较大的特性”为“塑性混凝土”。两者都对“塑性混凝土”进行了定义，分别以坍落度和抗压强度为特征区分。而压密注浆桩施工中采用的主要原材料为细石、水泥、砂、水等，原材料中最大颗粒粒径小于10mm，以细石、砂为主，形成的浆体具有低流动性，其坍落度控制在30～75mm之间；浆液结石体28d抗压强度可根据各工程应用目的在3～30MPa之间进行调整。由于压密注浆桩材料对坍落度有控制要求，参考JGJ55，定义压密注浆桩的浆体为“塑性细石混凝土”。

2.2 主要原材料

a.水泥：可选用硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥和粉煤灰硅酸盐水泥，因压密注浆桩需满足浆液结石体早期强度高的性能，因此不宜采用火山灰质硅酸盐水泥。

b.细石：细石因其粒径较大，可以增大注浆材料的内摩阻力，使注浆过程中浆体扩散能可控；同时细石的投影面积远大于水泥、砂、粉煤灰等材料，在压密注浆桩施工过程中，可以对土体产生较大的推挤应力，产生较好的压密效应；同时细石加入后，骨料效应明显，浆材形成的结石体强度增加；此外，细石成本较低，也有利于降低原材料价格。一般采用粒径小于10mm的细石，由于针状或片状颗粒长径比大，易引起注浆管堵塞，所以骨料中针状或片状颗粒所占质量比宜小于30%。

c.砂：加入砂可使注浆材料的级配更加合理，增加浆材的可注性，一般选用中粗砂。

d.黏性土：黏性土具有较强的水化能力与分散能力，加入黏性土后可以提高注浆材料的稳定性，避免浆材坍落度随时间变化较大，同时可以改善浆材泌水性，增加弹塑性，延缓凝结时间。

e.粉煤灰：在浆材中适量加入粉煤灰，能较好地改善浆材的和易性及流动性，增加可注性。

f.外加剂：根据工程需要，可微量掺加减水剂、缓凝剂、引气剂等。在满足低坍落度条件下，掺加减水剂能提高浆材的流动性能，增加可注性。其中溶于水的外加剂宜以水溶液形式添加。

2.3 配合比及性能特点

因地域差异，各地原材料性能可能存在差异，因此为提供适用于各工程的有效的注浆材料种类及配方，得到桩体可靠的物理、力学参数，应进行室内材料配合比试验。

2.3.1 配合比设计

可根据《普通混凝土配合比设计规程》(JGJ 55—2011)进行配合比设计，要求拌和物坍落度大于30mm，小于75mm。

2.3.2 经验原则

2.3.2.1 水灰比

注浆材料的用水量与水泥和矿物掺和料的总质量比不宜大于0.8，不宜小于0.5。

2.3.2.2 水泥用量

注浆材料的水泥和矿物掺和料总质量不宜小于300kg/m3。

2.3.2.3 砂率

掺砂比率宜为固粒总质量的30%～45%。

在较密实的地层中施工时，宜多采用颗粒粒径较大的细石作为原材料；在埋深较大时，宜多添加黏性土或其他材料，增加注浆材料的可泵性。大量的浆料配合比泵送经验表明，砂为水泥重量的1～4倍、细石为水泥重量的0.5～4倍、土料为水泥重量的20%～80%、水灰比为0.50～0.80时，具有良好的可泵性。表1列出了几个不同类型的工程项目中采用的注浆料配合比。

表1 注浆料配合比

注在上述配合比中，均掺有0.3%～0.5%水泥量的减水剂。

在类似工程中，可以参考上述配合比。当要求浆体结石体强度较高时，可以不掺加黏性土，改为添加其他超细粉末材料进行替代。

在注浆施工之前，应进行坍落度测试，使之处于30～75mm之间。一般来说，坍落度大于75mm，浆体可控制性降低，影响压密成桩质量。