建筑施工中灌注桩后注浆技术的应用

建筑施工中灌注桩后注浆技术的应用

吴剑何云彭政

中建三局集团有限公司

摘要：随着我国社会经济的发展，建筑事业也得到飞速发展，建筑施工技术也有很大进步。在建筑施工技术中，灌注桩后注浆技术的应用越来越广泛。本文结合工程实际，对冲（钻）孔灌注桩后注浆技术的应用进行了分析。

关键词：建筑施工；后注浆技术；应用

目前各类工程多采用冲（钻）孔灌注桩，该桩型具有适用范围广、设备构造简单、操作方便、不受施工场地限制、施工时振动和噪声影响小等优点，在高层建筑地基处理方面得到越来越广泛的应用。随着建筑层数的增加，单桩承载力、桩的直径和长度日益增大。冲（钻）孔灌注桩这种单一的施工工艺产生的缺陷——桩底沉渣、桩侧泥皮偏厚等成为制约承载力和质量的主要因素。为消除这些缺陷，提高单桩承载力，减小沉降，国内外把注浆技术引用到灌注桩施工中，桩端、桩侧后注浆技术应运而生。对后注浆技术中单独进行灌注桩的桩端或桩侧后注浆的研究较多，也比较成熟；但是目前进行冲（钻）孔灌注桩桩端和桩侧联合后注浆的施工经验较少，也没有制定详细的施工要求、方案，而桩端和桩侧联合后注浆对于提高桩基承载力、减小沉降的作用远大于单独桩侧或桩端后注浆。本文通过一个具体的工程实例介绍后注浆技术在岩溶地区的应用。

1.工程概况

本工程框剪结构，15~20层，80m高，地上建筑面积约30640.46m2。其中BSK15这根桩地质情况复杂而且桩长达67m左右，桩径1000mm，单桩竖向承载力特征值Ra=6800kN。根据设计单位要求需进行桩端和桩侧复式注浆，且采用预埋管的方式进行注浆。

根据地质勘察报告，该桩自上而下土体分布依次为杂填土、卵石、含角砾粉质黏土、中风化灰岩、土状强风化砂岩和破碎灰岩，其中灰岩部分夹有连串溶洞，溶洞充填物为含角砾粉质黏土。BSK15地质柱、注浆管剖面详图如图1所示。

2.后注浆技术的加固原理

冲（钻）孔灌注桩后注浆技术是一种辅助施工工艺，它的基本原理是灌注桩成桩过程中通过在桩底部或侧面依靠钢筋笼加劲筋预先绑扎或焊接注浆装置，一般在成桩后2～30d内，利用注浆装置通过注浆管道注进工程所选用的浆液，对桩侧周围和桩底以下一定范围的土体进行固结，加固桩侧泥皮和桩底沉渣，从而达到提高桩的承载力、完善灌注桩施工中存在的缺陷、降低在建筑使用期间桩基础沉降等效果。冲（钻）孔灌注桩后注浆技术的作用机理主要表现在以下几个方面。

2.1桩基持力层桩端阻力的提高

通过后注浆处理，浆液会优先渗入到桩底较疏松的沉渣部位，与其混合，凝结硬化成整体。注浆开始阶段，主要是对土体产生挤密效果，当浆液与桩端持力层土体充分接触后，水泥浆液与土体凝结硬化，在桩底形成凝结块，增加持力层强度。桩端注浆所产生的效果与持力层的土的性质有关。如细粒土，以劈裂效应为主；粗粒土，则以渗入、挤密、填充和胶结为主。在非渗透性中风化基岩中注浆时，若注浆压力较小，浆液会受岩体约束，仅渗透到沉渣孔隙，形成浆泡，挤压沉渣颗粒，沉渣间的泥浆充填物产生脱水固结；若压力足够大，则会发生劈裂注浆和挤密现象，从而提高桩端阻力。

2.2桩端受力面积的扩大

在桩底进行后注浆时，浆液除了对桩底周围的土层起到填充、渗透、压密和固结作用外，多余的还会在注浆位置集中形成球泡，以此挤密周围的土层，同时一部分浆液会沿桩身与土的软弱接触面上方形成一个梨状扩大头，从而增加了桩端受力面积，进一步提高桩端承载力。

2.3桩侧摩阻力的提高

在桩端进行后注浆时，浆液会沿桩身与土体缝上升至一定高度，然后再通过桩侧后注浆，来填充土体与桩身之间的空隙，挤压土体和泥皮，加强桩身与土体之间的黏结力，从而提高桩侧的摩阻力，进而提高桩的竖向承载力。

3.灌注桩后注浆准备工作

3.1注浆材料

注浆前，要选择注浆的材料，选择哪一种浆液关键要考虑桩基土质情况、浆液材料的可灌性。冲（钻）孔灌注桩后注浆施工过程中，注浆机理、注浆过程及注浆目的对浆液的性质要求很高，固结体长期耐久性也对浆液有很的要求，同时还要考虑注浆用量及其经济效益，综合这几个方面的考虑工程中常常采用水泥浆材料。水泥浆材料的水胶比会影响注浆时浆液的流动性和结石体固结后的强度。在实际工程中，不同的土质情况要选择适宜的水胶比，这样才能获得较好的注浆效果。如粉砂、粉土采用水胶比为1.0～1.2（质量比），粉细砂采用水胶比为0.8～1.0，砾石、碎石采用水胶比为0.5～0.6等。本工程采用纯水泥浆，水胶比为0.5～0.6。

本桩不同标高采用的水胶比见表1。

3.2注浆管的制作

本工程的具体做法如下：（1）灌注桩桩侧注浆管采用镀锌钢管，与钢筋笼加劲筋绑扎固定或焊接固定，放置在钢筋笼内侧，环形花管分5个断面进行注浆，环形花管放置在钢筋笼外侧，立管与花管之间安设浆液逆止装置——单向截流阀。规格及位置如图1所示。

（2）桩端注浆管尾节制作（图2）是能否顺利注浆的关键。桩端注浆管底部超出钢筋笼底端200mm，在注浆管底部250mm长度范围内沿注浆管四周钻4排间隔100mm、孔径为6～8mm的灌浆孔眼，每排对称布置4个，呈梅花状布置。为了防止压浆管的灌浆孔眼被灌注桩身混凝土时的浆液堵塞，在下放压浆管之前，先用条带状橡皮内胎包裹孔眼，用细铁丝绑牢最下面的一环条带状橡皮内胎。压浆管连接好后，绑扎在钢筋笼螺旋筋内侧上，随钢筋笼下放。注浆时压浆管与压浆管之间的连接处是注浆压力作用下的薄弱之处，若此处发生破坏，则无法完成预计位置的注浆，也无法进行修补，所以加固管的连接很重要。一般采用丝扣连接，连接时丝扣处需用生胶止水带缠绕。

3.3注浆量的计算

确定浆材之后，还需要计算浆液的理论注浆量。单桩注浆量的设计应根据桩径、桩长、桩端和桩侧土层性质、单桩承载力增幅及是否复式注浆等因素确定，可按下式[1]估算：。式中：、分别为桩端、桩侧注浆量经验系数，=1.5～1.8，=0.5～0.7，对于卵石、砾石、中粗砂取较大值；n是桩侧注浆断面数；d是基桩设计直径（m）；GC是注浆量（t），以水泥质量计；对独立单桩、桩距大于6d的群桩和群桩初始注浆的数根基桩的注浆量应按上述估算值乘以1.2的系数。

本工程桩侧注浆量，=1.2nd=0.7×5×1.0×1.2=4.2t，每个断面注浆量按1t水泥进行；桩端注浆量=1.2d=1.8×1.0×1.2=2.16t，桩端注浆量按3t水泥进行。

3.4注浆压力

注浆压力的确定与桩长和桩周围土体的可灌性有关，与桩的长度成正比。目前还没有确定注浆压力的大小的统一标准。一般来说，以不使地表上起和桩上抬过大为基础，同时根据桩的承载力、尺寸和土层的地质条件进行设计。注浆压力的控制值可按下式[2]估算：。其中：为注浆压力控制值（kPa）；k为系数，k取1～3；为注浆点上覆土层重度（kN/m3）；t为注浆点以上土的厚度（m）；m为桩底、桩侧注浆段每加深1m容许增加压力值（60～80kPa/m）；为与土性质有关的系数，一般取0.5～1.5，土层结构松散且渗透性强时取大值，反之取小值；h为桩底、桩侧注浆段高度（m）。本工程注浆压力宜控制在3.0～10.0MPa，注浆速度宜控制在30～50L/min；桩端注浆压力为8MPa；桩侧注浆压力从上到下依次以1.5、2.5、3.5、4.5和5.5MPa为控制值。

4灌注桩后注浆施工方案

4.1工艺流程

制作钢筋笼，设置注浆管→检查注浆管质量→吊装钢筋笼，安装注浆管→检查注浆管质量→灌注混凝土→配制水泥浆，桩侧和桩底注浆。

4.2工艺要点

4.2.1安装注浆管

钢筋笼加工成形后，将内径为20mm钢管焊接固定在钢筋笼内侧，在桩底端与环向桩侧管的短管连接，并用铁丝与钢筋笼绑紧（至少绕三圈以上），桩侧注浆管的周长要比钢筋笼周长大400～500mm，将其余的桩侧注浆花管也用铁丝绑在钢筋笼上固定。其离钢筋笼外侧最近距离为50mm，最好紧贴侧壁土。注浆管安装好后要检查安装质量。注浆管入孔沿着钢筋笼分节安放，每2m一道，用电焊与钢筋笼焊牢。上面悬空部分采用注浆管与两根吊筋均布在孔中，并设置每2m一道的加强箍与注浆管固定。全部下放完毕，注浆管内注满清水。

4.2.2压浆管试水及压水试验

每节压浆管随钢筋笼下放时应进行压浆管试水试验，若发现水柱下降或水柱消失，则应检查压浆管是否有砂眼、丝扣连接是否密封。在钢筋笼放置完毕后进行第二次孔内清孔，然后再检查管内水面情况，无异常后用堵头封住压浆管上口。

压水试验通常在灌注桩成桩后24h内（正式压浆前）进行。灌注桩成桩过程中，当桩身达到一定强度时，要及时进行预注清水，打通注浆管道，这一过程称为压水试验（开塞）。后注浆较为重要的是对压水试验（开塞）时间的把握：如果太早，桩身强度不够，桩就会被破坏；如果太迟，注浆头的橡胶膜可能出现难以打开的情况，造成注浆管报废。本工程在冲孔桩成桩后12h用清水进行试验（开塞），目的是确保注浆管不被封堵，贯通后即刻停止灌水。压水试验（开塞）时，需要专人记录管路疏通情况及冲破压力值。

4.2.3试注浆及正式注浆

每个工程的设计要求、地质条件不一样，正式开始注浆前会同设计、监理进行试注浆，其目的是确定终止注浆的条件及注浆参数（注浆量、注浆压力、浆液配比等）。压浆参数的选择与地质条件相适应，如桩端为密实的卵石、砾石时，采取较大的压浆压力和大压浆量，以压浆量为主要控制指标，压力控制为辅；如桩侧为密实的沙土层，以压浆压力为主要指标，压浆量为参考指标。本工程桩端理论注浆量为2.16t，桩侧为4.2t，桩端注浆压力为8MPa，侧注浆压力从上到下依次以1.5、2.5、3.5、4.5和5.5MPa为控制值，因此本工程后注浆技术终止压浆的总的控制原则为：以压浆量为主，压力控制为辅。

正式注浆作业应在成桩2～30d内进行。成孔作业与注浆作业点的距离不宜小于8～10m，对于非饱和土宜先桩端后桩侧，饱和土中的注浆顺序宜先桩侧后桩端，多断面桩侧注浆应先上后下，桩侧与桩端注浆间隔时间应大于2h。本工程先进行桩端注浆后进行桩侧注浆，桩端与桩侧注浆间隔时间不少于2h，桩侧注浆先上后下进行，每断面注浆间隔时间为2h，桩端注浆应在两根管间实施等量注浆。满足下列条件之一时可终止注浆：每桩注浆压力和注浆量

满足设计要求，注浆量达到设计要求75%且注浆压力达到设计要求，桩上抬量大于40mm，桩周冒浆严重已无法继续注浆。

4.3异常情况及处理措施

（1）理论注浆量仅为参考，本工程注浆桩身周边溶洞较多，可能出现注浆量大大超出理论注浆量情况。若出现此类现象，可采用间歇注浆方式进行，注浆时间30min，间歇时间30min。当出现注浆量大于理论注浆量的5倍时停止注浆。（2）当地面出现大量冒浆时或注浆压力长时间（超过6h）低于正常值时，也采用间歇注浆方式进行，间歇时间30min。（3）如桩端注浆或每断面桩侧注浆时间超过10h没有达到终止注浆条件时，则按理论注浆量的5倍为终止注浆条件。

5结束语

本文依托工程实例，对岩溶地区冲（钻）孔灌注桩后注浆技术进行了较为系统的总结与研究，阐述了冲（钻）孔灌注桩后注浆技术的原理、桩后注浆设计方案、注浆管的制作、注浆材料、注浆参数、注浆工艺和注浆时的异常情况及处理措施，以期提高岩溶地区桩后注浆技术水平。对BSK15桩身进行低应变动力（基桩完整性）抽样检测，结果表明：桩身完整性能达到设计要求；对单桩竖向抗压静载进行测试，则该桩单桩竖向抗压静载力为13600kN，承载力满足设计要求。本工程利用桩端桩侧联合后注浆技术，使得桩端阻力及桩侧摩阻力得到了有效提高，从而提高了桩的承载力，说明按此施工方案进行施工完全可行，为类似工程提供了参考。

参考文献：

[1]JGJ94-2008，建筑桩基技术规范[S].北京：中国建筑工业出版社，1995.

[2]黄生根，刘萍.桩底后注浆技术研究[J].地质科技情报，1999（增刊）：72-74.