地基处理中后压浆混凝土灌注桩技术应用初探

张良

（河北建设勘察研究院有限公司，河北 石家庄 050000）

1 提高地基承载力的理论分析

1.1 桩侧阻力

关于混凝土灌注桩后压浆技术对灌注桩桩侧阻力影响的相关理论基本一致，即后压浆技术可增加混凝土灌注桩桩侧阻力。理论指出，当注浆方式为桩侧注浆时，可增加桩侧阻力；当注浆方式为桩底注浆时，同样可提高桩身侧阻力。混凝土灌注桩桩侧注浆时，水泥浆液从注浆管预留孔洞向四周喷射扩散，桩身周围土体得到改善，但随着灌注桩埋深增加，桩身周围土体固结作用愈发明显，导致注浆困难。采用桩侧面压浆方式压入的水泥浆液更容易沿着桩长方向向上扩散，混凝土灌注桩桩侧阻力提升效果显著。

桩底注浆提高桩端承载力比较好理解，但桩底注浆也的确可以增加桩身侧阻力，且桩侧阻力增强的范围基本在注浆管开孔处往上10m,桩底注浆的压力和注浆量决定了桩侧阻力的影响范围。桩体周围的土质条件、后压浆浆液材料及注浆压力等决定了桩身侧阻力的大小。有研究表明，后压浆技术在混凝土灌注桩应用后，对桩身侧阻力的影响效果高于对桩端阻力的影响效果，且影响效果的差异随着桩身长度的增加愈发明显。当混凝土灌注桩受到竖线荷载作用时，桩身四周土体沿着竖线荷载作用方向向下移动，与桩身距离近的土体移动位移大于与桩身距离远的位移，土体的位移差让桩体周围土体产生了剪切变形，继而形成了剪切应力，而剪切应力沿着桩径方向逐渐降低。研究表明，在距离桩中心大约12倍桩直径的位置，该剪切应力降为0。

综上所述，可以确定混凝土灌注桩后压浆技术增加桩身侧阻力的影响机理包括以下方面：

1）注浆液破坏了桩身周围土体原有的泥皮结构，增加了桩身与周围土体的摩擦系数，继而增加了混凝土灌注桩桩侧极限阻力数值。2）注浆过程产生的固化效应增加混凝土桩身周围土体的变形模量，继而增加混凝土灌注桩桩身侧阻力极限数值。3）压入的浆液增加了桩身与桩周围土体接触面积的同时，也起到了挤密桩周围土体的效果，继而增加了混凝土灌注桩桩侧极限阻力数值。

1.2 桩端阻力

后压浆技术是通过增加混凝土灌注桩桩端受力面积和加固桩端土体来增加桩端承载力的。当桩端持力层为粗颗粒土体时，后压浆技术可以显著增加混凝土灌注桩承载力；当桩端持力层为细小颗粒土体时，后压浆技术也可以增加混凝土灌注桩承载能力，但是效果不如持力层在粗颗粒土体时那样明显。此外，研究表明，混凝土灌注桩桩端承载能力与桩周围土体抗剪切能力正相关，土体抗剪切能力越大，其桩端承载能力越强。基于此，可以确定混凝土灌注桩后压浆技术增加桩端阻力的影响机理包括以下方面：

1）混凝土灌注桩桩端后压浆进一步清除了桩底因二次清孔和灌注残留的沉渣，将因桩底存在沉渣而产生的“软垫效应”的不利影响降到最低。2）混凝土灌注桩后压浆浆液增加了桩底土体抗剪切能力，继而增加了混凝土灌注桩桩端极限承载力数值。3）桩端后压浆压入的水泥浆液增大了混凝土灌注桩桩端直径，增加了桩端土体的受力面积，继而提高了混凝土灌注桩承载能力。

2 工程地质概况

以某工程为例，依据项目勘察报告可知，该项目共完成勘探点75个，勘探点类型包括取土试验孔、标准贯入试验孔、鉴别孔、探井等，其中，取土孔31个，标贯孔23个，鉴别孔19个，探井2个。

土层自上而下分别是：①层素填土：褐黄色，稍湿，稍密。以粉土为主，仅在个别钻孔可见。②层黄土状粉土：褐黄色，稍湿～湿，中密为主，局部稍密。含锈染，局部为粉质粘土薄层。属中压缩性土。粘粒含量平均值ρc＝13.1%。③层黄土状粉质粘土：黄褐色，可塑～软塑，局部坚硬。含小姜石、铁锰氧化物，局部夹粉土薄层。属中～高压缩性土。④层粉土：褐黄色，稍湿～湿，中密为主，局部稍密。见锈染，局部夹粉质粘土薄层。属中压缩性土。粘粒含量平均值ρc＝10.8%。⑤层粉细砂：灰白～灰黄色，稍湿，中密。成分以石英、长石为主。标贯实测击数平均值N＝16.8击。⑥层粉土：褐黄色，稍湿～湿，中密～密实。含姜石、铁锰氧化物，局部夹粉质粘土薄层。属中压缩性土。粘粒含量平均值ρc＝12.3%。⑦层粉土：褐黄色，稍湿～湿，中密～密实。含云母、锈染、砂粒，局部夹粉质粘土薄层或细砂薄层。属中压缩性土。粘粒含量平均值ρc＝12.4%。⑧层卵石：杂色，不规则圆形，成分主要为硬质砂岩，其间布有中粗砂填充。卵石砾石直径大约在50～60mm，直径大于20mm的砾石颗粒总重量占全部重量的61%，该层未揭穿。

天然地基承载力的修正根据GB 50025-2004《湿陷性黄土地区建筑规范》第5.6.5 条计算。②层黄土状粉土承载力特征值fak=110kPa。地基承载力fa=fak+ηbγ(b-3)+ηdγm(d-1.50)，式中，ηb取0.2，ηd取1.25，γ取17.8kN/m3，γm取18.0kN/m3，考虑地下车库对主楼基础埋深的影响，d取折减深度1.5m。计算结果fa为120.68kPa，fa＜Pk=360kPa且fa＜Pk=230kPa，天然地基承载力不能满足要求，需进行地基处理。综合勘察报告和以往工程设计施工经验，该地基处理项目采用混凝土灌注桩进行施工。

3 注浆工艺

3.1 注浆方案

正式施工前需进行试桩处理，试桩过程中，对1#、2#混凝土灌注试验桩进行后压浆技术处理，对3#、4#混凝土灌注试验桩不做后压浆处理，进行静载对比试验。试桩工程的注浆方案采用联合压浆法作业。1#、2#、3#、4#四个试桩直径均为1m，试桩桩长统一为29m。试桩工程的注浆管采用镀锌管材质，注浆管直径2.56cm，每根桩沿钢筋笼骨架延长方向对称布置两根注浆管。在注浆管埋设前，于注浆管管端每隔0.5m布置1个灌浆眼，共布置4个，每个注浆眼的直径为6mm。在下设钢筋笼之前，要对注浆眼进行封堵。

3.2 注浆参数

1）注浆时间。后压浆作业正式施工前需对压浆管道进行疏通，一般疏通压浆管道要在混凝土灌注桩完成后的第3天进行，疏通管道后的第2天即可进行压浆作业。之所以要在灌注桩成桩后一段时间再进行压浆作业，是为了让混凝土桩身形成一定的强度，避免注浆对桩身造成破坏。

2）浆液配比。该试桩工程水泥浆液的水灰比为0.6，水泥为普通硅酸盐水泥，型号为425水泥，试桩项目注浆液的减水剂采用聚羧酸减水剂，减水剂掺入量为0.6%。

3）注浆量和注浆压力。该试桩项目的注浆量理论值为5.6m3，注浆过程中实际测得注浆量为6.8m3，理论值与实际值偏差在可控范围内。该试桩项目的理论桩端注浆压力为2.8MPa，实际注浆过程中测得注浆压力为3.7MPa，理论值与实际值偏差在可控范围内。

4 静载试验

4.1 加载方式

快速维持荷载和慢速维持荷载是现阶段常用的两种静载试验方法。慢速维持荷载法思路是在试验桩桩顶分批加载相同质量的压块，当地基沉降量不变或者地基沉降量突然增加后立即停止加载压块，停止加载后分级卸载。快速维持荷载法思路是不考虑每次加载后地基沉降的稳定情况，而是按规定时间间隔持续加载压块，当地基沉降量不变或地基沉降量突然增加后立即停止加载，而后分级卸载。快速维持荷载静载方法主要应用于桩基础工程质量验收，而慢速维持荷载静载方法主要应用在为设计提供基础数据的桩基检测。显然，该试桩工程应采取慢速维持荷载法。

4.2 试验仪器

该试桩工程静载试验的加载装置采用油压千斤顶，该油压千斤顶的反力装置根据施工现场具体条件选择锚桩横梁反力装置。静载试验的测力装置选用100t的油压千斤顶加压，载荷板采用1m2的方形钢板和0.87m2的圆形钢板。

4.3 试验结果

混凝土钻孔灌注桩（3#、4#）静载试验Q-S曲线见图1。

图1 混凝土钻孔灌注桩（3#桩、4#桩）Q-S曲线

后压浆混凝土钻孔灌注桩（1#、2#）静载试验下的s-lgt曲线见图2。

图2 后压浆混凝土钻孔灌注桩（1#桩、2#桩）s-lgt曲线

从以上检测结果可知，试验桩桩端持力层均为第⑧层卵石层，采用后压浆技术处理的混凝土灌注桩承载力大幅度提高。经计算可以确定，采用后压浆技术处理的混凝土钻孔灌注桩承载力较未进行压浆处理的混凝土灌注桩承载力大约提高了50个百分点。

5 结语

综上所述，后压浆技术对提高混凝土钻孔灌注桩承载力具有较大促进作用，在提高桩基承载力的同时，也表现出较好的经济效益和社会效益。随着对后压浆技术的不断研究，该技术在地基处理方面的前景会更广阔。