钻孔灌注桩后注浆技术及其工程应用研究

阮惠强 张武盛

（比亚迪勘察设计有限公司， 广东 深圳 518001）

0 引言

近年来国内经济的快速发展，对公共交通设施的建设提出了更高的要求。桩基础以其施工简易、尺寸选择灵活、适用范围广等优点，越来越受到设计者及工程师的青睐。而传统施工工艺下的灌注桩在成桩过程中会出现桩侧泥皮、桩底沉渣等现象，灌注桩技术的充分应用和长期发展也受限于这些缺陷。后注浆工艺的应用，对钻孔灌注桩的固有缺陷进行了改善，大大提高其结构性能，承载力也得到了明显的提升。目前国内对后注浆灌注桩的研究和发展比较充足，该技术的工程应用常见于建筑结构领域。而随着技术的逐渐成熟，后注浆技术在桥梁结构领域中的应用也越来越受到关注[1～3]。

1 后注浆灌注桩机理

后注浆技术主要的工作机理主要来源于物理效应和化学效应两部分，两种效应分别在不同阶段起主要的控制作用。物理效应主要指注浆对桩基周围以及底端土体或沉渣的压密作用，而化学效应主要指浆液中的化学物质与土中水之间的化学反应。由此可知，物理效应主要在开始注浆的阶段起控制作用，而化学效应主要在浆液与桩周、桩端土体充分接触后起控制作用[3]。

在整个后注浆工法过程中，主要在以下三个方面对灌注桩周围土体起到加固作用：1）灌注桩桩端处浆液的扩散、压密带来的桩端土体加固作用；2）灌注桩桩侧浆液的扩散、压密带来的桩端土体加固作用；3）浆液沿着桩土交界面自桩端上返带来的桩侧土体加固作用。

对应普通灌注桩基础，后注浆技术对桩承载力的提高也可分为侧阻力提高和端阻力提高两部分。后注浆工艺改善桩侧土体承载力从而提高桩身单位侧阻力；同时由于底桩的扩大作用效应，使桩端作用面积增大，也能改善桩端土体承载力从而提高桩基端阻力。

2 后注浆灌注桩承载力计算方法

根据《公路桥涵地基与基础设计规范》（JTG D63-2007）第5.3.6 条的规定，在符合技术规定的情况下，桩端后压浆灌注桩单桩轴向受压承载力容许值，单桩轴向受压承载力容许值可按下式计算[4]:

桥梁规范中仅对桩端后注浆工法提供了承载力计算参考公式，且只考虑桩端以上一定范围内的增强效应。由于后注浆竖向增强段的长度以及各土层的后注浆增强系数很难准确把握，比较常见的处理方式是根据规范所提供的参考值结合现场取样试验结果，综合考虑后给定一个综合提高系数。但这种系数提高法的方式过于粗略，计算结果可能会与实际情况产生较大误差，因此在现场条件允许的情况下，对后注浆灌注桩进行静载试验，直接得出工法处理后的桩基承载力才是比较合理的处理方式。下面将以郑州市西三环路工程为例，结合实际工程现状以及对后注浆灌注桩承载力试验数据，深入分析后注浆技术对灌注桩桩基承载力的提高作用。

3 郑州市西三环路工程实例分析

3.1 工程概况

航海路互通立交位于郑州市城市三环西南隅，为郑州市西南方向放射形道路的一个重要节点部位，工程主要由航海路与西三环两条主线组成。项目全线新建立交1 处，为航海路互通立交，共设主线桥2 座，匝道桥及辅道桥7 座；改扩建现况西三环及航海路2.87km。

3.2 工程地质条件

场区地表均为第四系地层所覆盖，场区内地层自上而下可分为新近人工填筑土（Q4ml）、种植土（Q4pd）、全新世冲积粉土（Q4al）及上更新世冲积粉土和粉质黏土（Q3al），根据工程地质特性，分层描述如下：

①1 填筑土（Q4ml）：厚度多小于2m 米。

①2 种植土（Q4pd）：厚度多小于1m。

②层：全新世冲积层，岩性以粉土为主，厚度15～20m，局部达25～28m。

③2 粉质黏土（Q3al）：层厚1.3～19.3m。

3.3 后注浆灌注桩基础设计概况

3.3.1 基础尺寸

桥墩基础采用钻孔灌注桩，中央分隔带内每个桥墩柱下布设8 根或6 根Φ1.5m桩基，桩顶承台厚度2.5m；辅助墩基础采用2 根Φ1.5m 桩基，承台厚度2.2m。

3.3.2 桩基复合注浆

（1）后注浆采用注浆压力和注浆量双控的措施。当满足当满足下列条件之一时可终止注浆：

l 注浆总量和注浆压力均达到设计要求；

l 对每一道注浆来说，注浆量达到设计值，但注浆压力没有达到设计值。此时改为间歇注浆，再注设计值的30%水泥浆为止。

l 对每一道注浆来说，注浆压力达到设计值，注浆量少于设计值，此时保证注浆量不低于设计值的80%即可。

工艺流程如图3.1 所示[3]：

图3.1 灌注桩后注浆施工工艺流程图（2）材料选用与水灰比：配制注浆浆液采用P.O 42.5 级普通硅酸盐水泥，浆液水灰比取0.6，搅拌时间不少于2 分钟，浆液用3×3mm 的滤网进行过滤，浆液采用纯水泥浆，水泥浆强度不小于30Mpa。

（3）灌注桩后注浆施工中，采用桩底不填碎石方案、开塞时间提前的措施。开塞在混凝土浇注后12～24 小时进行，开塞后用清水冲洗注浆管道，直至溢出清水，然后用堵头重新封闭压浆管。

（4）成桩2 天开始注浆，先侧注浆,后桩底注浆，桩侧注浆顺序为先上后下，桩侧注浆和桩底注浆时间间隔3～6 小时。

（5）利用声测管作底注浆管。

3.4 后注浆灌注桩静载试验结果

根据郑州市市政工程建设中心相关要求，选取部分桩位进行了试桩静载试验，并形成试验报告。试桩参数为：直径d=1.2m，桩长l=38m，桩身混凝土等级C30。单桩竖向抗压静载试验结果如表4.1 所示。

表3 .1 单桩竖向抗压静载试验结果

由该试验结果可知：后注浆工法可显著提高桩基础的桩侧承载力和桩端承载力，对比非注浆桩，5 根后注浆桩的桩侧承载力提高系数分别为1.41，1.36，1.30，1.49，1.53；桩端承载力提高系数分别为2.90，1.90，1.68，2.61，4.6。与规范相关条文提供的提高系数相比，桩侧承载力提高系数相近，桩端承载力提高系数更高。同时可看出后注浆工法对桩基承载力的提高效应还与注浆龄期、注浆方式、地质条件等多种因素有关。

对静载实验进一步分析处理，建议相关设计参数如下。

表3 .2 后注浆灌注桩桩侧阻力、桩端阻力设计参数建议值

3.5 后注浆灌注桩与未注浆灌注桩比对设计

下面以实际桩设计进行对比。桩直径：

1.5 m；桩顶荷载：10000KN。

表3 .3 未注浆与后注浆灌注桩数据对比

由计算结果对比可知：由于后注浆技术使得桩基承载力增加，在相同设计荷载下，结果安全度相同的设计条件下，桩长减小27m，达到49%，效果明显。

4 结论

通过以上论述和桩基后注浆设计介绍，主要得到以下结论：

（1）郑州市航海路地区后注浆技术下桩基承载力能得到明显提高，其中桩侧承载力提高系数与规范推荐值相接近，而桩端承载力提高系数比规范推荐值高。

（2）后注浆技术可减小桩基础设计桩长，在相同设计输入条件下，可使设计桩长减小49%，极大地减小基础工程量。