后注浆法对单桩极限承载力影响实例分析

余 莹

(健研检测集团有限公司，福建 厦门 361000)

1 后注浆灌注桩承载力机理分析

1.1 后注浆技术的加固机理

后注浆技术的加固机理为水泥浆液填充渗透到桩基软弱土层，再沿着桩周孔壁上返，实现对桩身软弱土层的加固，保证桩身强度。后注浆施工技术能够对后桩浆液与桩周被干扰的土体与邻近土体形成一种特殊的水泥-土网状结构，这一结构带有一定强度的结晶化合物，进而能够增强桩周松散土体与邻近土体的抗剪强度与抗压强度，使得桩基与桩周土体结合更加紧密，提高灌注桩单桩的极限承载力。

1.2 桩侧摩阻力提高

1)水泥浆液挤压桩周土，使得桩周土体发生位移，浆液渗透填充到桩周土之间，扩大桩径d。

2)后注浆法灌注的水泥浆液会沿着桩和桩周土之间的接触软弱面上升，继而泥皮固结，循环挤压与固结，使得桩基与桩周土紧密结合，提高土的粘聚力c与内摩擦角φ。

3)在注浆过程中，桩基受到的荷载会发生变化，桩顶承受竖向荷载，而桩土间出现剪切位移时，应确定剪切位移发生界面，并计算出桩侧极限侧阻力，通常情况下桩侧第i层土的极限侧阻标准值与土的强度计算公式一致，即用库伦公式表示：

qsik=c+tanφ

(1)

式中，根据库伦公式可以确定，桩侧第i层土的极限侧阻标准值qsik值大小与土的粘聚力c与内摩擦角φ存在密切联系；后注浆法注浆后，土的粘聚力c与内摩擦角φ会随之增加，进而桩侧第i层土的极限侧阻标准值qsik值也增加，这与《建筑桩基技术规范》(JGJ 94—2008)[1]所提供的参考数据相一致，即侧阻力增强系数取值在1.2～3.0，即验证了这一点。

1.3 桩端阻力提高

1)浆液灌注到桩端后，浆液会根据不同性质的填充料出现形态迥异的扩散，若桩端的填充材料为粗粒土，进入桩端的浆液以注浆源为中心，以球状或柱状的形态向桩内扩散；若桩端的填充材料为细粒土，进入终端的浆液发挥劈裂加筋作用，挤密填充加固桩端，提升桩侧土地的强度。

2)后注浆法对混凝土灌注桩注浆后，受到某些特殊状态钻头的影响，部分浆液会在桩端形成类似倒三角形，加固软弱土层，调整桩端阻力，扩大土层接触面积，达到优化土层性质的目的。后注浆法注浆后，桩端摩擦阻力表达公式为：

Q=BqpkA

(2)

式中，B为端阻力增强系数；qpk为极限端阻力标准值，kPa；A为桩端承载面积，m2。

做好施工地质勘察工作，并根据地质勘察报告调整钻孔设计方案，钻孔桩桩端的阻力标准值qpk的大小要根据实际工程情况调整，但不超出500～1 200 kPa。实施注浆后，桩端沉渣会被加固，土的强度与钻孔桩桩端阻力标准值qpk会增大，加上受到在注浆源以球形或柱形扩散的泥浆的影响下，桩的承载面积A会随之增大，最后桩端阻力也会增加，增加到原阻力的2～4倍。

1.4 成桩方法

常用的钻孔灌注桩成桩方法主要有正循环与反循环施工两种，但无论采取何种施工方法，在成桩后桩周都会存在一层被干扰松散的软弱土，这一层土体的存在极大影响了灌注桩单桩极限承载力的提升。加上受到施工人员操作的影响，尤其是出现施工人员在钻孔过程中钻孔较快等情况时，黏性土还会出现缩径问题，对单桩极限承载力造成附加影响。因而，在正式开展混凝土灌注作业前，应安排施工人员进行二次清孔作业，清理沉渣与泥皮，对桩身质量进行检查，确保桩基的稳定性与安全性，提高单桩的极限承载力。

2 影响后注浆单桩极限承载力的主要因素

2.1 注浆量(水泥用量)

如果土层参数保持不变，那么注浆量的多少就会对混凝土灌注桩单桩的极限承载力产生直接影响，按照《建筑桩基技术规范》(JGJ 94—2008)的计算与模拟，注浆量与单桩极限承载力增加幅度的计算公式为：

Gc=apd+asnd

(3)

式中，ap为桩端注浆量经验系数，取1.5～1.8；d为桩的直径，m；as为桩侧注浆量经验系数，取0.5～0.7；n为桩侧注浆横断面数。

根据以上计算公式可以确定，为了提高混凝土灌注桩单桩极限承载力，应对桩侧注浆经验系数、桩侧注浆横断面数以及桩径进行调整，取高值，以此保证桩基承载力，加固桩周软弱土体。

2.2 土层参数

即使其他参数保持一致，灌注桩单桩的极限承载力还是会存在差异，而土层参数是造成这一差异的主要影响因素之一。后注浆法注浆后，浆液会沿着桩基土界面上升，但在上升过程中会受到土层介质、渗透性等因素的影响，最后的上升高度会存在较大差异，浆液上升高度的不同对桩周土体加固的高度不同，桩侧摩阻力的大小也会存在差异。此外，桩底与桩侧填充土体的性质也会影响承载力增加程度，粗粒土实施注浆后单桩极限承载力增加幅度大，反之，细粒土单桩极限承载力增加幅度较为有限。

2.3 复式注浆

灌注桩成桩且达到设计要求后即可开展注浆工作。若注浆量条件一致，采用复式注浆方式能够有效提升注浆效果，扩大桩周土体改善面积，提高注浆效率，对单桩极限承载力产生正面积极的影响。

3 工程实例

本文选取4个工程实例，重点分析注浆后的承载力设计值与计算值的对比情况、注浆量不同时承载力及与桩顶、桩端沉降量的对比情况、注浆桩和未注浆桩承载力与沉降关系对比曲线三个方面。

3.1 注浆后的承载力设计值与计算值的对比

实例1：某建筑工程为24～27层住宅楼，地下1层，埋深为6 m左右，采用混凝土钻孔灌注桩，有效桩长L为36.05 m，其中桩端持力层为8a粉质黏土，入土深度为9 m。

实例2：某建筑工程为25～32层住宅楼，地下1层，埋深为4 m左右，采用混凝土钻孔灌注桩，有效桩长L为38.04 m，其中桩端持力层为7a粉质黏土，入土深度为9 m。

分析以上两例建筑工程地质勘察报告，未注浆与桩底注浆后的单桩竖向极限承载力标准值Q，见表1。

表1 计算结果与静试桩结果对比表

比较实例1与实例2计算结果与静试桩结果对比表可以发现，实施注浆后，灌注桩单桩极限承载力可明显提高，提高29.6%～42.4%，且实例1试桩未压破坏，实例2试桩压至破坏，这反映出孔底注浆极限承载力标准值还有发挥空间。

3.2 注浆桩和未注浆桩承载力对比

实例3：某高层建筑，灌注桩类型为Φ700 mm钻孔灌注桩，为比较注浆前后单桩的承载力与沉降关系，试验共选择2根灌注桩，1根按照《建筑桩基技术规范》(JGJ 94—2008)标准实施注浆，另外1根不注浆，比较2根灌注桩的静载荷载试验结果与沉降情况，见表2。

表2 静载荷试验结果与沉降值

图1 注浆桩沉降Q-s曲线图

图2 未注浆桩沉降Q-s曲线图

分析静载荷试验结果与沉降值、注浆桩和未注浆桩承载力与沉降关系可以确定，若沉降量相同，实施注浆后桩的承载力大大提高，可提高60%，同时未注浆桩压至破坏，灌注桩也没有出现破坏情况，同时单桩的极限承载力还存在一定可发挥的空间。

4 结束语

混凝土灌注桩性能突出，能够保证桩基的稳定性与控制施工成本，在当前建筑工程中得到了广泛的应用。在混凝土灌注桩中应用后注浆法施工技术，能够有效提高单桩极限承载力，控制桩基沉降现象，提高建筑工程综合效益。

[ID:013354]