灌注桩后注浆技术在工程中的应用

窦 涛

中冶地勘岩土工程有限责任公司

1 灌注桩后注浆简述

时至今日，桩的应用已经具有一万多年的历史了。1981年1月，在太平洋东南沿岸智利的蒙特韦尔德周围的森林中被美国肯塔基大学考古学家发现了一栋承载木桩的木屋，利用放射性碳的测定之后及时作出判断。随着国内外土木工程建筑工程的未来发展趋势，越来越多的工程都采用审计处的形式。钻孔灌注桩是深基础的一类形式，并在二十世纪中期在美国首次出现，尤其是到七八十年代，钻孔灌注桩在世界范围中充分呈现欣欣向荣的现状。因为其承载力很大、噪声很小、震动较弱、桩长、桩径可进行自由选择、具有较强的稳定性、较快速的进尺、较少的泥浆排放量、简单的施工设备、沉降速度较缓和沉降量较小、均匀等特征受到广泛运用。不仅如此，最近一些年，施工技术与机械设备不断地完善及优化，有效控制了灌注桩中出现的断桩、缩颈、露筋、塌孔等各种问题。所以，使用量与日俱增，经年居高不下。

二十世纪中期，我国对于钻孔灌注桩提高了重视并投入应用，其初期是在我国南方等各大城市的项目中进行应用，如高层建筑工程、港口、水利工程、道路桥梁工程等。伴随改革开放脚步的不断加快，灌注桩的应用量不断提高，近些年来，已在全国各个省市、自治区的大中城市和开发区进行广泛运用，还可以运用在黄土、膨胀土、软土等特殊土包含在内的各类地基。根据相关调查结果显示，近年来我国灌注桩的使用量的日益增加，在世界上位于首位，我国对于灌注桩的应用较晚，但发展却十分迅速。钻孔灌注桩在工程实践过程中获得高速运用，除此之外，因施工方法本身的问题为混凝土灌注桩造成不容忽视的缺陷和问题。大多数钻孔灌注桩的建设都是采用泥浆护壁成孔，泥浆护壁钻孔灌注桩在施工方式、施工工艺、现场管理、施工操作、地层图纸等各种因素的影响之下，通常会发生孔底沉渣无法有效清理、桩测产生泥皮等状况，导致成桩质量缺少稳定性、承载力无法满足要求。现如今，怎样在桩径、桩长受到限制的状况下充分满足承载力的需求，这类问题为灌注桩的施工工艺提出新的课题和更高的要求。

2 影响钻孔灌注桩单桩承载力的因素

（1）在具体的成孔中，为了维系孔壁的稳定性，防止发生坍塌与缩颈的状况，通常选用优质的泥浆护壁。泥浆中的黏土颗粒在具体的循环中吸附在孔壁，产生泥皮，进而最大限度地发挥孔壁的作用。泥皮的存在为桩身混凝土与桩周土的黏结造成严重影响，就要在桩土之间涂抹润滑剂，可有效减少桩测之间的摩阻力。摩阻力的减少和泥皮的质量、厚度等关联密切。

（2）在成孔结束后，地层中就会出现很大的自由面，直接影响了地层初始应力状态，使其发生变化，桩周土体向着孔中心出现不同程度的位移，降低地层之间存在的侧压力，减少桩间土的法向应力，进而最大限度地控制桩测之间的摩擦力。

（3）在具体的施工中，因为采用泥浆当作冲洗介质，不管是采用怎样先进的二次清孔工艺，都无法将孔中沉渣都带到地表。尤其是在土质较为松散的地层中开展施工，即便对孔进行深入清理，清孔之后到混凝土浇筑之前这段时间还是会出现沉淀的沉渣。孔底的沉渣厚度通常为10cm～50cm，最厚的时候可达100cm 之多，除此之外，孔中泥浆比重以及黏度很大时，还是会导致清孔缺少彻底性，沉渣的厚度太大。孔底存有沉渣让桩端岩土持力层性质出现变化，产生能够压缩的“软垫”，是对钻孔灌注桩单桩承载力造成影响的关键因素。

（4）在初灌混凝土的施工中，因为导管具有细及长的特点，落差很大，混凝土出现互相背离的状况，在桩底部出现“虚尖”“干碴石”的状况，导致桩底混凝土的强度造成严重影响。

（5）孔壁在遭受水的浸泡之后，致使桩周土抗剪强度降低以及桩身的混凝土收缩等将会不同程度的降低桩测摩阻力。主要是因为桩身混凝土的固结发生体积收缩状况，严重影响桩身混凝土与孔壁之间的衔接，致其产生缝隙，不断减少桩测摩阻力。并且在成孔时，均普遍存有对孔壁与孔底土层的扰动，这些作用对钻孔灌注桩单桩承载力作用的充分发挥造成影响。与此同时，静载试验结果显示，桩侧摩阻力和桩端阻力之间起到了不同步的现象。

灌注桩的后注浆一般是在灌注桩成桩以后的一定时间之中，通过预设于桩身内部的注浆导管与其相互连接的桩端、桩测注浆阀注入水泥浆，有助于增强加固桩端和桩测的土体，最大限度地提高承载力，严禁沉降现象的发生。

灌注桩后注浆的技术优势可让其良好的应用于各种地质条件中，属于非常先进的施工技术，然而，对于灌注桩后注浆技术的作用机理、注浆的各种参数而言，我国对此的认知都缺少有效的理论依据，所涉及的学术性研究也非常少。

在《建筑桩基技术的规范》（JGJ 94—2008）中，针对后注浆灌注桩单桩极限承载力进行的估算式如下式：

式中：

Qsk——后注浆非竖向增强段的总极限侧阻力标准值；

Qgsk——后注浆竖向增强段的总极限侧阻力标准值；

Qgpk——后注浆总极限端阻力标准值；

u——桩身周长；

lj——后注浆非竖向增强段第j层土厚度；

lgi——后注浆竖向增强段内第i层土厚度；

qsjk——后注浆竖向增强段第i土层初始极限侧阻力标准值；

qsik——非竖向增强段第j土层初始极限侧阻力标准值；

qpk——初始极限端阻力标准值；

βsi——分别为后注浆侧阻力；

βp——端阻力增强系数。

按照不同的施工场地，桩径、桩端土、桩长的不同条件过程中，单桩承载力的提高幅度20%～200%不等。为了保证工程项目的安全性，在进行桩基的设计时，一般会预留较大的安全储备，避免出现没有必要的浪费。并且对注浆的水灰比、注浆压力、注浆持续的时间、注浆量等各类参数的选择存有更多不同的看法。浆液渗透范围与扩散规律等方面的认知也各不相同，桩测与桩底土的不同性质为承载力带来严重影响，进而需要在理论方面进行详细阐述。

3 灌注桩后注浆技术在攀西钒钛资源综合利用项目中的应用

3.1 工程概况

本工程位于四川省西昌市经久乡攀钢二基地。施工内容包括：旋挖成孔、灌注成桩、后注浆、桩基检测。

3.2 施工技术要求

（1）测量放点。根据桩位平面布置图及甲方提供的测量放线基准点并确认无误后方可进行下一步的施工工作。

（2）钻机就位。在钻机就位之后，势必要确保平稳性，严禁出现倾斜、位移，为了确保钻孔深度的精准控制，应该在机架上面或者机管上面做出有效控制的标尺，有助于在具体的施工中实施有效观测和详细记录。

（3）钻孔。钻探过程中采用泥浆护壁，保证孔壁稳定，孔口设置2m护筒内径大于钻孔直径200mm，护筒中心与桩中心偏差不得大于50mm，每钻进4m～5m验孔一次。

（4）孔底清渣。达到设计孔深后，浇筑混凝土前，采用换浆的方法，反复掏孔清理孔底残渣，达到设计及规范要求后进入下一道工序。

（5）钢筋笼制作安装。根据设计要求下料，注意合理的搭配。起吊钢筋笼采用起吊点在钢筋笼上部加强筋与主筋焊连接处，且吊点对称，以保证钢筋笼起吊时不变形。桩端采用后注浆工艺：后注浆需要桩端利用两根（Φ25×2焊管）注浆管，注浆管的标高要比钢筋笼底端的300mm～500mm低；注浆管上面和注浆管下面应进行管箍与丝堵的配置，实现其良好的密封性，注浆管的连接应选用管箍或者焊接的模式，之间的连接应确保牢固密封，利用12#～14#铁丝和钢筋笼的主筋和加劲箍筋进行牢固的绑扎，钢筋笼下放前应绑好砂浆垫块，吊放钢筋笼入孔时应对准孔位，保证垂直、轻放、慢放入孔，严禁高提猛落。

（6）下混凝土导管。在钢筋笼内插入混凝土导管，导管直径Ф300，导管间连接一定要严密，导管的第一节底管长度≥4m；导管下入深度距孔底0.3m～0.5m。

（7）浇筑混凝土。混凝土采用C30 商品混凝土，控制落度180mm～220mm，浇筑混凝土应连续进行不能间断，随着混凝土面在孔内不断增高，孔内剩余沉渣将浮在混凝土上面，一同排至孔外。

（8）拔出导管。导管拔出过程中要缓慢进行，导管底端应始终埋入混凝土中2m～6m。

3.3 后注浆施工工艺

（1）浆液。浆液采用P.O32.5 的普通硅酸盐水泥与清水拌制成水泥浆液，水灰比为0.55。初凝时间不得早于45min，终凝时间不得迟于10h。

（2）开环。在注浆之前，为了确保整体注浆线路的通畅，应该先用压力清水进行开塞处理，开塞的时机应严格控制在3天～7天，利用高压水冲开出浆口的管阀密封装置。而开塞处理需选择逐步升压法，如果压力呈现出聚降，就会突然增多流量，表示已经开通了通道，应立即进行停机处理，避免地下无法控制的进入更多的水。

（3）注浆。成桩7天后，开始注浆。注浆应连续进行，压力采用由小到大逐级增加的原则。

（4）施工要点及要求。①注浆管埋设。本次工程选择了桩端注浆。注浆管利用Φ25mm管壁厚度的焊接钢管，实现管阀与注浆管焊接的连接性。注浆管伴随钢筋笼共同沉入到钻孔中，一边下放钢筋笼，一边进行注浆管的加长，注浆管和钢筋笼内侧紧密相连，应该采用钢丝在适当的位置实施牢固的固定，注浆管需要沿着钢筋笼圆周实现对称设置，本次工程的注浆管数量应该控制在2根。为了确保管阀顺利进入桩底的持力层内部，管阀需要比引领压浆管钢筋笼底端高出300mm，为了确保管阀进入土层的长度满足标准要求。在实际的安装中，应严格控制钢筋的安装，禁止其出现弯曲，注浆管与钢筋笼加劲箍、螺栓箍焊接或者绑扎固定。注浆管通过钢套管的利用实现良好的连接，而在具体的连接中应保障密封性和牢固性，避免漏水问题的出现，上端通过丝堵的利用进行口的封堵，避免杂物进入管中，导致注浆管发生堵塞。在进行钢筋笼的吊放操作中，应加强钢筋笼的缓慢放低，防止其出现墩笼、扭笼、撞笼等相关情况，在其和桩底互相接近时，严禁钢筋笼发生扭动的现象，避免管阀入土层过程中遭受严重破坏。②水泥浆配置。水泥浆根据配比进行搅拌，搅拌的时间应高于3min，禁止浆液中包含水泥结石、水泥等各种杂物。在顺利搅拌完成水泥浆之后，利用过滤放入储浆桶，而储浆桶中的水泥浆还要不停地进行搅拌处理。③注浆。在注浆作业开展以前，需重视注浆试验的顺利进行，提高浆液水灰比、注浆压力、注浆量等各类工艺参数实现优化调整，确保工艺参数的精准性。在进行注浆操作的过程中，在单位时间内需严格控制水泥浆的注入量和注浆压力。

4 结束语

通过实际的施工以及经检测得到的数据对比，我们可以看到：灌注桩后注浆技术能够消除桩端软弱层，并在桩端形成扩大头，增强了桩端阻力；同时，有一部分浆液沿着桩-土接触面上升到一定范围，桩与桩周土的黏结力得到提高，即桩侧摩阻力得到提高，从而使钻孔灌注桩单桩承载力得以提高、沉降量减少。同时灌注桩的承载状态也由摩擦桩向摩擦端承桩转化。