复式注浆技术在宁波软土地区钻孔灌注桩中的应用

江 东，徐 洋

（宁波市建筑设计研究院有限公司，浙江 宁波 315012）

随着国内经济发展和技术进步，作为现代城市中的地标，超高层建筑不断涌现。超高层建筑高度高、体量庞大、竖向荷载极大，对基础的安全性要求高。若能提高单桩承载力、减少布桩密度，使桩基能在框柱或核心筒体范围内布置得下，则对减少底板厚度、节约桩基造价有现实意义。

宁波位于我国东部沿海宁绍平原南区滨海相海积平原地区，从第四纪中期开始，多次海陆变迁，形成了分布广泛的从陆相到海陆交互相沉积的深厚淤泥质粘土，因此严重制约了单桩承载力的提高。为有效解决这一矛盾，钻孔灌注桩桩底和桩侧同时注浆的复式后注浆技术得到了广泛应用。该技术一方面可以加固孔底沉渣，起着挤密、渗透作用，改变孔底沉渣性状；另一方面，可以加固桩周土体，改善泥皮性状，提高桩侧摩阻力。

很多学者对复式注浆技术进行了研究。周杰刚[1]等通过研究桩基静载试验发现复式注浆在粉质粘土、粉砂和砾砂土层中效果明显。张武[2]等通过试验表明复式注浆要优于单一桩端注浆效果。郭院成[3]等研究发现复式注浆作用使桩土界面塑性位移减小，桩顶沉降变缓，灌注桩承载能力得到明显提高。邓祥辉[4]等提出了针对某工程的后压浆钻孔灌注桩承载力计算公式。曾庆辉[5]分别从施工工艺、注浆量的控制、提高后压浆注效果的措施等方面进行了研究。王艳[6]等通过对桩端后注浆浆液扩散机理的研究，对常用的后注浆注浆量计算方法提出了改进。田化[7]等通过某高层办公楼单桩抗压静载荷试验，分析得到了后注浆侧阻力增强系数。李永辉[8]等研究了大直径灌注桩在复式注浆后，桩侧和桩端的承载力分布特点。张慧[9]在天津某超高层建筑桩基工程中通过采用后压浆技术，有效提高了桩基承载力、节约了工程造价。彭仕奇[10]采用钻探取样方法，对渗透性地层中桩底后注浆浆液扩散及固结状态进行检验，得到了浆液的扩散规律。杨子民[11]等通过统计分析若干后注浆工程实例，分析了注浆前后单桩极限承载力变化情况及部分影响因素，为普及应用积累了一些素材。黄玉辉[12]等更是将国内后压浆技术推广到了“一带一路”国家。

虽然我国现行的《建筑桩基技术规范》（JGJ94-2008）[13]给出了复式注浆桩基承载力计算公式，并对注浆量和施工时注浆压力提出了范围要求，但实际应用中却受到桩端持力层情况、清渣效果、桩侧土层分布、注浆量、注浆压力等众多参数影响，加固效果差异性较大。对于超高层建筑单桩承载力大，若参数取值不当则会造成难以预计的后果。本文即通过宁波软土地基某一超高层建筑钻孔灌注桩复式注浆工程的应用，分析研究了桩基静载荷试验结果，并得到一些实际经验供类似工程参考。

1 工程概况

宁波市某超高层建筑，塔楼结构地上56层，办公标准层层高4.2m，公寓式办公层高为3.9m。结构总高度为245m。建筑高度比约为6.39，核心筒高宽比为21.7。地下室四层，底板顶面黄海标高-13.500m。是一个集办公、公寓、商业、会议于一体的多功能综合体，单柱柱下最大荷载(设计值）约80000kN，结合上部荷载、核芯筒体布置、基础筏板厚度等情况，要求单桩承载力特征值13000kN以上。

项目典型地质土层分层及参数取值如表1所列。

表1 地质分层及土层参数表

2 桩基设计

2.1 桩基设计

设计采用直径1.1m 钻孔灌注桩，桩端、桩侧复式后注浆，桩侧全长注浆。桩端持力层为⑩3层中等风化泥质粉砂岩，桩端全截面进入持力层深度不小于1.5m。施工以桩端入持力层深度控制为主，并结合最小桩长。现有场地标高3.00m，桩顶标高-15.50m，桩长不小于57m。根据参数表1，经过计算普通钻孔灌注桩的单桩承载力特征值为8650kN，远小于13000kN 承载力特要求。

2.2 复式注浆设计

2.2.1 注浆参数

根据地层特点和分布深度，设计C1到C7共7个桩侧注浆面和D8 桩端注浆面，注浆孔竖向布置如图1所示。

图1 注浆层面布置图

根据《建筑桩基技术规范JGJ94-2008》(后文简称桩基规范)第6.7.4条，单桩注浆量估算公式如下：

式中：αp——桩端注浆量经验系数，取值1.5～1.8；

αs——桩侧注浆量经验系数，取值0.5～0.7；

d、n——桩基直径和桩侧注浆断面数量。

通过上式计算的水泥注入量偏小。在本工程设计期间，有宁波本地类似超高层建筑，钻孔灌注桩桩端后注浆，采用规范规定的注浆量，静载荷试验失败。结合设计试桩、注浆施工单位工程经验及其它项目试桩失败等情况，本工程实际注浆量取值有所加大，如表2所列。

表2 注浆工艺参数表

2.2.2 注浆后单桩承载力计算

表3为桩基规范给出的复式后注浆端阻、侧阻增强系数的取值范围，括号内为本工程实际取用的增强系数，约为规范最低限再打0.9折。

表3 后注浆端阻、侧阻增强系数

2.2.3 注浆管的工艺

桩端注浆管共采用3根，均匀布置钢筋笼内侧。注浆管在现场加工制作,注浆管选用内径为25mm 的DN25 钢管焊接而成，加工前应检查钢管有无裂缝、孔洞、堵塞等缺陷。注浆管沿桩钢筋笼通长布置，随钢筋笼下放，注浆管端部焊接成品注浆阀，放置深度与钢筋笼底平。

桩侧注浆管每个层面均设置环形注浆器，分别连接内径20mm 的DN20 钢管引至地面。环形注浆器由钢丝加强塑料管制作，设六组喷口，每组喷口设朝外、斜上、斜下3个8mm小孔。

成桩后24h 内采用清水开塞。桩混凝土浇筑2d后、不宜迟于30d内，对桩侧、桩端后注浆施工。注浆顺序按以下顺序进行：C1→D8→C7→C6→C5→C4→C3→C2。注浆作业时，流量宜控制在30～50L/min，且不宜超过75L/min。

2.2.4 施工问题及补救措施

施工过程中出现过注浆中断、注浆压力达不到结束标准、冒浆等问题，但最棘手的问题是注浆管路堵塞。有部分桩端注浆管3根均打不开。原因是注浆管长度小于实际桩长或者钢筋笼上浮，引起注浆口深埋在混凝土中，无法开塞。桩侧环管注浆部分层面也有堵塞现象。

对于桩端注浆管通堵1根或2根的，通过未堵塞注浆管加大桩端注浆量，按原设计1.2～1.5 倍量加量灌注。对于桩端注浆管全部堵塞的，或者环管堵塞的，采用在桩体外侧另外均匀设置3根注浆管，对桩底、桩侧补浆。具体如下：

（1）采用地质钻机离桩边220mm 处开钻注浆孔，采用146mm钻头钻进至桩端以下500mm，取出孔底岩芯。

（2）成孔后注入掺量10%水泥的澎润土浆液置换成孔泥浆。

（3）孔内安置∅50mm 钢制袖阀管，桩底桩侧在堵管层面设置注浆口，等待水泥澎润土强度达到0.3MPa后开塞注浆。

（4）孔底注浆量按原设计1.5 倍量注入，桩侧按原设计1.2倍量注入。

3 静载荷试验结果及分析

3.1 桩基Q-S曲线及分析

本工程设计前做了2 根设计试桩，如图2中的P1100-1 和P1100-2，桩端桩侧全注浆。由于设计方、总包方变更，未能找到注浆参数，全注浆总量在13000～14000kg左右。

图2 设计试桩Q-S曲线

项目抽取3 根工程桩做了工程试桩，如图3所示。其注浆参数同2.2.1节所述。

图3 工程试桩Q-S曲线

由于注浆管堵塞，在两根工程桩桩体外侧补钻孔，补救注浆，注浆方式同2.2.4 节所述，其静载荷试验曲线如图4所示。采用桩体外侧补救注浆效果良好，与正常全注浆工程桩相比，差别不大。

图4 补救注浆试桩Q-S曲线

对比试桩2 根如图5所示，其中G-12 桩不注浆，G-11只做桩端注浆。

图5 对比试桩Q-S曲线

从图6对比曲线上，可以看出复式注浆产生的效果：

图6 桩基lgQ-S曲线

（1）未注浆的或只做桩端注浆的回弹率低，27.48%～33.80%，平均30.6%。而全注浆的桩，回弹率较高，50.0%～78.4%，平均63.1%。

（2）加载初期阶段，注浆显著减小了桩身沉降变形的发生。

由于此次不是破坏性试桩，根据回弹率较高的情况，桩塑性变形还较小，未能充分体现复式注浆对桩基极限承载力的提升，该工作可在以后的工程中进一步开展研究。

3.2 疑问及分析

从此次桩基静载荷试验中，出乎设计人员意料的是，未注浆的桩和只做桩端注浆的桩也达到很高的承载力。笔者将原因分析如下。

（1）钻孔灌注桩因施工工艺原因，桩端后灌注水下混凝土与桩端土间常存在沉渣、夹泥或疏松混凝土。无论规范、勘察报告对钻孔灌注桩的桩端阻力打了很大的折扣。本工程⑩3中等风化泥质粉砂岩的岩石饱和单轴抗压强度标准值为18310kPa。勘察报告给出的桩端阻力特征值为2800kPa，折扣为0.15。规范表5.3.5-2给出的值最大值为2800kPa,折扣也是0.15。

（2）规范是基于编写之前的工程经验总结，随着施工工艺的改进，在中风化岩层中成孔并反循环清孔能力的提高，桩端后灌注水下混凝土与桩端岩层结合强度提高，存在软弱夹层、疏松混凝土可能性降低。若可以提高到干作业嵌岩桩的桩端阻力，不注浆的钻孔灌注桩按桩基规范5.3.9 计算的单桩承载力特征值也可接近注浆的效果：

式中：Qa、Qpa、Qsa——桩基承载力特征值、桩端承载力特征值和桩侧承载力特征值。

其余参数详见桩基规范，其中ζr=0.84，frk=18310kPa。

（3）钻孔灌注桩嵌岩时，首要是提高桩端的承载力，桩端清孔清得好，沉渣少，灌注混凝土密实，可有效提升桩基承载能力。可将提高桩端反循环清孔能力作为主要手段，桩端后注浆可作为补救手段。

4 结语

（1）桩基复式注浆在深厚软土地区中应用，能有效提高承载力，综合提高系数1.50。其技术影响因素众多，不同地质条件、持力层特性、桩长、注浆工艺、注浆量等均可能影响最终单桩承载力，设计人员在参数选用过程中要结合现场实际条件，并通过对静载荷试验的科学分析合理选定，不可经验主义。

（2）钻孔灌注桩因施工工艺原因，桩端阻力折减较多，通过反循环工艺加强清孔等施工工艺可以较大幅度提高桩端承载力，桩端后注浆可作为提高桩端承载力的第二手段，两者结合，桩端承载力可靠性提高。

（3）桩侧后注浆工艺复杂，注浆面多，施工质量管控难度大。桩侧后注浆宜在粉土、中砂、圆砾等好土层设注浆面，加大注浆量。总体注浆量宜比规范取值高，最优用量有待后续研究。

（4）钻孔灌注桩桩体外注浆，与正常后注浆相比，在提高承载力方面差别不大。