注浆挤扩灌注桩在工程应用中的关键施工技术

罗永成 吴克威 章志伟

中建三局第三建设工程有限责任公司 上海 200333

钻孔灌注桩应用非常广泛，但桩身材料利用效率低。现有的提高钻孔灌注桩承载效率的方法主要有变截面法和后注浆法。变截面桩对机械设备和土层的要求比较高，而后注浆法存在跑浆问题，可靠性比较差[1-6]。

为此，研究开发了注浆挤扩灌注桩，在钻孔灌注桩的钢筋笼底部设置束浆袋，进行有约束注浆，在桩底部形成扩大头。一方面，注入的水泥浆体将对钻孔灌注桩周围土体形成较大压力，将其压密强化，显著提高土体强度；另一方面，束浆袋中水泥浆体固化以后将在钻孔灌注桩周围形成凸出物，显著提高桩-土咬合力。这样做既可以提高后注浆工法的可靠性，又可以大幅度提高钻孔灌注桩的承载性能，优化了桩数和桩长，具有不错的经济效益。

1 工程概况

常熟2004A-G057号地块商住用房项目世茂世纪中心3#地块D楼总承包工程由商业、物业用房、地下车库、配电间、排烟机房等配套建筑构成，地上4层，地下2层，局部夹层。主楼基础为筏板-桩基础，总建筑面积约85 723 m2，其中地上建筑面积约31 333 m2，地下建筑面积54 390 m2，人防建筑面积18 537 m2，基坑单层面积27 076 m2，周长705 m。

2 地勘分析

2.1 地质概况

拟建场地地形整体起伏不大，地面标高为2.36～3.78 m。拟建场地地貌属长江三角洲冲积平原。

拟建场地40.5 m深度范围内地层为第四系全新统、更新统沉积物，主要由黏性土、粉土及粉砂等组成，按其沉积年代、成因类型及物理力学性质的差异，可划分成9个主要层次，如表1所示。

2.2 水文概况

地表水：根据本次勘察，拟建场地未见明河发育。

表1 土体分层信息

地下水：拟建场地与地基基础设计、施工有关的主要含水层为①层杂填土中的潜水；③层粉土、④层粉质黏土夹粉土中的微承压水。

勘察时采用挖坑法，8 h后测得拟建场地①层土中的潜水地下水稳定水位埋深及标高。根据区域资料，拟建场地近3～5年中最高地下水位为2.40 m。

3 方案优化

原设计为传统钻孔灌注桩，设计桩径为550 mm，桩长为22 m，设计根数为1 153根。工程桩数较多，工期较为紧张且钻孔灌注桩桩身材料利用效率低。因而对方案进行优化，采用新型注浆挤扩灌注桩。

3.1 试桩

根据GB 50007—2011《建筑地基基础设计规范》分别对钻孔灌注桩与注浆挤扩灌注桩做3组抗拔试验桩，然后进行基础承载力试验。

注浆挤扩灌注桩试验数据如表2所示。

表2 注浆挤扩灌注桩单桩竖向静载试验结果

对照JGJ 106—2014《建筑桩基检测技术规范》第5.4.2条，综合考虑后可知，试桩1—3的单桩竖向抗拔极限承载力均为3 800 kN。钻孔灌注桩试验数据如表3所示。

由表3可知，试桩1—3的单桩竖向抗拔极限承载力均为2 200 kN。

3.2 优化

由试验可知，注浆挤扩灌注桩相较于钻孔灌注桩大幅提高了承载性能，进而可以减少桩的数量和长度，具体优化方案如表4所示。

表3 钻孔灌注桩单桩竖向静载试验结果

表4 桩基优化方案

4 工艺原理及流程

4.1 注浆挤扩灌注桩工艺原理

利用传统钻孔灌注桩工艺施工钻孔灌注桩，然后将高压水泥浆注入预先布置在钢筋笼底部的束浆袋内，使束浆袋扩张挤压钻孔灌注桩底部周围土体，最终在钻孔灌注桩底部周围形成水泥扩大头，如图1所示。

图1 注浆挤扩灌注桩原理

4.2 施工工艺流程

注浆挤扩灌注桩施工工艺流程为：

1）利用钻孔工艺成孔、一次清孔。

2）在钢筋笼底部安装双层束浆袋，然后将注浆管插入束浆袋中。

3）将安装好束浆袋和注浆管的钢筋笼下放到钻孔中。

4）下放导管，二次清孔后灌注混凝土。

5）混凝土灌注完成，养护24 h后对束浆袋注浆，使束浆袋扩张挤压钻孔。

5 施工关键技术

成孔、清空、钢筋笼制作、下放，以及混凝土浇捣等工序操作要点与传统钻孔灌注桩相同，注浆挤扩灌注桩特殊工序操作要点如下。

5.1 束浆袋的安装

1）安装之前，应检查束浆袋的完好性。

2）束浆袋的上下端采用铁丝与钢筋笼主筋绑扎固定，在下放钢筋笼之前应检查束浆袋与钢筋笼的连接，必须保证固定牢固。

3）在现场操作过程中，务必保证束浆袋完好无损，防止在施工过程中造成布袋损坏，影响注浆扩底的施工质量。

5.2 注浆管路的安装

注浆挤扩灌注桩注浆管的安装应符合下列规定：

1）注浆管可采用黑铁管，采用铁丝与钢筋笼的加强箍筋绑扎牢固（图2）。

图2 注浆挤扩灌注桩的扩底装置安装

2）扩底注浆管应随钢筋笼下放逐节采用直螺纹对接安装，安装时接头处需缠裹生胶带，接头应用管钳拧紧，保证注浆管的密封性，防止脱落。

3）钢筋笼下放受阻时不得撞笼、墩笼、扭笼。

5.3 注浆挤扩

1）注浆时间：桩身浇筑完混凝土后，等养护到混凝土终凝时，大约24 h后，开始进行桩底注浆。

2）注浆压力及注浆量：注浆压力不宜大于2.0 MPa，注浆量根据桩径大小和扩底段长度而定，可参见表5。

表5 不同桩径土工织物袋的水泥用量

3）注浆挤扩过程中应严格按照注浆压力和注浆量双控标准执行，对注浆过程严格控制。按照分步注浆原则进行注浆，便于水泥浆逐步扩散，防止注浆压力过大而损坏束浆袋。

6 工程实际应用效果

1）施工工艺简单。注浆挤扩灌注桩是一种采用全新工艺施工的钻孔灌注桩。在不根本改变传统钻孔灌注桩施工工艺的情况下，穿插进行注浆扩底系统加工、安装以及注浆成形，施工工艺简单。

2）施工设备简易。传统扩底钻孔灌注桩施工需要专用机械——扩底桩桩机，设备投入比较大。而注浆挤扩灌注桩采用传统钻孔灌注桩施工机械施工钻孔灌注桩，常规注浆设备注浆成形即可，设备投入少。

3）土层适应性强。传统扩底钻孔灌注桩因为采用机械形成扩底凹槽，一般仅适应自立性比较好、强度比较高的土层，否则难以成形。而注浆挤扩灌注桩是采用注浆挤扩形成桩底扩大头，对土层的自立性和强度要求不高，因此土层适应性强。

4）施工质量可靠。注浆挤扩灌注桩施工工艺简单，只要控制注浆系统加工、安装质量，施工质量也就完全可以得到保证。

5）施工成本低廉。施工设备简易，投入少，施工材料为帆布、注浆管和水泥等常规建筑材料，消耗量少，成本较传统钻孔灌注桩可降低20%～30%。

6）施工工期可控。注浆扩底装置的制作和现场安装不占用注浆挤扩灌注桩的绝对施工工期，因此施工工期可控。因承载效率提高，桩径或桩长较传统钻孔灌注桩小，故施工工期较传统钻孔灌注桩短。

7 结语

本文结合常熟世茂工程项目，对注浆挤扩灌注桩的工艺原理、流程以及施工技术要点进行了详细的阐述。通过进行基础承载力试验以及方案比选，最终将原设计的钻孔灌注桩优化为注浆挤扩灌注桩。实践证明，采用注浆挤扩灌注桩，既可以提高后注浆工法的可靠性，又可以大幅度提高钻孔灌注桩的承载性能，减少桩长和桩径，同时缩短了工期，创造了经济效益，可为今后类似工程的施工提供参考依据。