灌注桩后注浆技术在超高层建筑桩基设计中的应用与分析

齐建林，江晓俊

（广东省建筑设计研究院有限公司 广州510010）

1 工程概况

湛江某超高层建筑项目，场地位湛江市经济技术开发区龙潮村，城市高地小区南侧，湛江市包装材料公司北侧，场地东侧紧邻人民大道中，地形基本平坦，交通便利。总建筑面积11.3万m2，包含1栋超高层塔楼和1栋能源中心，地下室3层。地上建筑面积约7.9万m2，屋面高度179.9 m，其主要按体型建筑功能分为3段，主要分为1～4层裙楼商业办公，5～22层的酒店和23～39层高层办公区。项目整体效果如图1所示。

图1 项目整体效果Fig.1 Project Rendering

2 地质条件

拟建项目位于第四系中更新统北海组冲洪积准平原地段，场内原为厂房，勘察期间已拆除，地形基本平坦。根据地表踏勘及钻探揭露，本次勘察范围内未发现滑坡、危岩和崩塌，泥石流、采空区、地面沉降、活动断裂等不良地质作用及地质灾害。

本次钻探控制最大深度为100.20 m，浅部分布人工填土（Q4ml）、第四系中更新统北海组冲洪积层（Q2al+pl），下部为下更新统湛江组海陆交互相沉积的（Q1mc）地层，按成因类型及岩土工程特性划分为12个主要单元层，5个亚单元层。各土层的名称如表1所示。

表1 岩土参数Tab.1 Geotechnical Parameters

3 基础选型

本工程工程勘察揭露，地面以下100 m深度位置依然为黏土层，没有岩层，桩端承载力非常小，灌注桩为摩擦桩。限于桩长径比的限值50的要求，和综合造价的考虑，单靠普通的端承摩擦灌注桩满足不了超高层塔楼下竖向承载力的要求，承载力表格如表2所示，拟采用后注浆灌注工艺，对桩摩擦力进行提高。

表2 灌注桩不同桩径混凝土量对比Tab.2 Comparison of Concrete Usage between Different Pile Diameters

本工程桩身混凝土强度取C40（试桩取C45），钢筋：纵筋为HRB400，箍筋为HPB300，加劲筋为HRB400，保护层厚度为50 mm，桩径考虑1.0 m和1.2 m两种桩径方案，同时对这两种方案做了混凝土量对比，可以发现1.0 m桩径下的总混凝土量要比1.2 m桩的混凝土量少1 469 m3。说明对于端承摩擦桩，同体量混凝土下，桩径越小，摩擦接触面越大。故采用1.0 m直径的后注浆灌注桩，在造价和桩侧摩阻力的发挥上都是最合理的。

本项目的试桩（桩径1.0 m）的单桩竖向承载力特征值取Ra=8 000 kN，承载力计算根据勘察报告提供的各层土桩的极限侧阻力标准值及桩端持力层的极限端阻力标准值及勘查报告中建议侧阻力和端阻力增强系数计算；因为第〈10〉层为粉质黏土，桩端的加固效果不如第〈9〉层中砂层，所以从经济和合理的角度上来说，把基础持力层定为第〈9〉层中砂层，一方面桩长减少了5～6 m左右，另一方面桩的承载力也得到了充分的发挥，注浆效果更加稳定，桩承载力并没有减少多少［1-2］。

4 后注浆参数及加固机理

本项目后注浆为桩端及桩侧复合后注浆。注浆导管采用4根内径28 mm的无缝钢管，2根伸入桩端以下作为桩端注浆导管，另外2根作为桩侧导管。超声波检测管单独设置50 mm内径的钢管，超声波检测管采用3根内径50 mm壁厚3.5 mm的钢管，管端部伸出钢筋笼底部以下100 mm，与加劲筋焊接固定。桩身预埋注浆采用环式注浆工艺，桩侧注浆导管在桩底以上按间距A=10 m设置2道桩侧注浆筏，对应位置设置注浆环管，注浆环管采用直径为33～40 mm的橡胶钢丝管；喷口直径3 mm，间距80 mm。复合注浆的机理如下：桩端后注浆是在钻孔灌注桩成桩后，通过预埋在桩身的注浆管，利用压力作用，经桩端的预留压力注浆装置均匀地向桩端土层注入浆液。浆液通过渗透、挤密、充填及固结作用，使桩端沉渣得到加固，并形成扩大头，提高桩端所受的握裹力，从而提高桩端阻力。同时当注浆压力提高时，注浆量不断增加，浆液沿桩土接触面向上“返浆”，在一定程度上减小泥皮带来的不良效应，使桩侧摩阻力得到提高，从而提高了抗压承载能力［3-5］。

桩侧后注浆与桩端后注浆类似，通过桩身预埋的注浆管将浆液注入注浆环管，由注浆环管喷入周边土体，从而对桩周土进行加固，减小了泥皮对桩侧摩阻力的影响，提高单桩抗拔承载力［6-7］。由于每一个环形注浆面需对应一个注浆管与地面注浆装置连通，因此注浆面不宜设置过多，本项目设置2个注浆断面，同时利用桩底注浆管对桩底往上的范围进行加固，总加固长度计算值取30 m，出于放大安全系数的考虑比文献［1］少取了6 m。

5 试桩结果分析

本项目共做了8根试桩，其中3根为后注浆试桩，编号为试桩1，试桩2，试桩3，做静载抗压检测，3根为未注浆的试桩，编号为试桩4，试桩5，试桩6，做静载抗压抗拔检测，2根为空桩段的无注浆的试桩，编号为试桩7，试桩8。本项目的空桩段长度为16 m，空桩段在做静载试验的时候会提供一定的有利摩擦，在确定桩承载力的时候应该扣除该段的摩擦力，所以做了空桩段的抗拔承载力试验，为设计提供计算依据。所有的试桩都预埋超声波检测管进行桩身完整性检测。

超声波检测结果显示，试桩1的桩身完整性存在明显缺陷，根据超声波的波段分析，在桩顶往下22.7～24.0 m的黏土层存在缩颈的情况，通过对比地勘资料分析，可能此部分间夹薄层粉砂或含少量粉细砂，导致局部缩颈。对后续的工程桩建议在成孔时增加泥浆护壁稠度，减少成孔到灌注混凝土的时间间隔。

试桩2、试桩3的桩身完整性没有问题。检测出来的数值都达到了设计要求，而且回弹率达到了100%，后分析有2个原因：①本工程的桩摩擦占了80%；②本试桩只是为了验证性试验，不是破坏性试验，桩还在弹性变形范围内。所以业主要求继续加载，以提高桩承载力，二次加压的荷载由16 500 kN提高到21 000 kN。Q-s曲线如图2所示。

图2 试桩2加载Q-s曲线Fig.2 Q-s Curve of Test-pile 2 Load

即使加大试验荷载后，桩基的沉降仅仅只有8.95 mm，回弹率达到了79%，说明桩基还在弹性范围内，因为是工程桩兼做试桩，所以没有继续再加载做破坏性试验。

试桩4（未后注浆灌注桩）的Q-s曲线如图3所示，当荷载加到14 000 kN时，桩沉降量为19.49 mm，在桩长一致的情况，加压荷载比较小的情况下位移已经超过了后注浆灌注桩的2倍，说明后注浆对桩沉降的控制效果非常明显，后注浆灌注相比未注浆的承载力最少提高了57%。

图3 试桩4再次加载Q-s曲线Fig.3 Q-s Curve of Test-pile 4 Re-load

超限审查时超限专家提出承载力提高不能超过15%，通过试桩证明承载力提高的幅度远大于15%，大概在50%～60%左右。同时后注浆灌注桩极限承载力按文献［1］5.3.10条计算的可靠性是较高的，静载试验值也比计算出来的数值大［8-9］。

6 注浆管堵塞和补注浆措施

在工程桩大面积施工注浆的过程中，因施工水平的差异，出现了预埋注浆管无法打开的情况，注浆无法按原设计完成。现场统计堵管数量达到80多根，占总注浆管数量的20%左右，桩端注浆管和桩侧注浆管堵塞数量随机，并没有明显的趋势，分析的原因可能有2点：①在空桩段管被施工机械影响扳弯导致堵塞，导管上端保护措施脱落被泥浆堵塞；②清水劈裂后注浆环管的注浆孔被泥浆或者混凝土浆液二次堵塞［10］。

针对不同的注浆管堵塞问题，提出了在桩侧钻孔补注浆方案。补注浆钻孔的孔位要求如下：

⑴位置：在对应堵管位置外侧离桩边400 mm位置的地方钻孔。孔径可以在76～150 mm，具体孔径根据现场试验确定采用。钻孔倾斜率应严格控制在0.3%，以防止钻孔钻到桩身。

⑵深度：对于桩底注浆管堵塞的，钻孔应钻至桩底往下1 m的位置，对于桩侧注浆管堵塞的，钻孔应钻至对应加强段的底部往上2 m的位置。

对桩底注浆管堵塞的情况，并没有选择在桩身钻孔补注浆主要是考虑钻孔的准确度，本项目的桩长普遍超过40多m，加上空桩段钻孔深度会接近60 m，而本工程的桩径1 m，即使考虑0.5%的倾斜率，钻孔也非常容易钻出桩外，从而达不到桩底二次补注浆的目的。

最终对补注浆的灌注桩做了承载力检测试验，试验结果表明补注浆的桩承载力也达到了设计的要求。

7 结论

通过对湛江某超高层建筑的桩基础设计过程解析，阐述了后注浆的注浆加固机理。通过对8根静载试桩结果的分析，表明后注浆在粤西岩层比较深的地区对灌注桩的沉降控制和承载力提高效果明显，提高效果远大于经验值，提高幅度也大于文献［1］要求的幅度。最后通过对注浆管堵塞事故的处理，总结实践了注浆管堵塞后的有效处理措施。