浅谈高层住宅楼桩基中灌注桩后注浆技术的应用

　　摘要：本文作者结合工程实例，对桩端压力注浆技术提高单桩承载力的作用机理做了较深入的分析，较详细的介绍灌注桩后注浆技术的施工工艺和技术总结。
　　关键字：建筑工程；灌注桩；后注浆；单桩承载力
　　1、概述
　　钻孔灌注桩应对各种地质条件适应性强、无挤土效应、无振害无噪声而越来越受到建设单位的欢迎，但这类桩固有的工艺缺陷，如桩的沉渣问题始终是制约单桩承载力和质量稳定性的主要因素。灌注桩后注浆技术，就是在普通钢筋混凝土灌注桩内，埋设注浆管，待桩身混凝土终凝后，通过注浆管按照一定压力把水泥浆液压入桩底或桩身侧面缝隙，使其充填密实，固化，从而达到提高单桩承载力的目的。
　　1.1工程概况
　　某工程，地上28层，地下1层，剪力墙结构，桩承台基础，本工程6栋高层住宅楼均采用素土挤密桩预处理——钻孔灌注桩——桩端后注浆处理。本文仅介绍和探讨桩端后注浆技术在本工程中的应用。
　　1.2工程地质条件
　　该工程为Ⅲ级阶地，地面标高423.96~427.80m，地下水属潜水类型，稳定水位在35.20~36.00。场地属自重湿陷性黄土场地，地基湿陷等级为Ⅲ级。地层物理力学特征见表一。
　　表一地基土的物理力学性质
　　层数及名称 颜色 状态 湿陷性 压缩性 厚度（m） 层底深度（m） 承载力标
　　准值(kPa)
　　③~⑥黄土 褐黄-黄褐 可塑 湿陷/局部湿陷 中偏低 3.10~6.20 7.70~25.70 140~170
　　⑦粉质粘土 黄褐 可塑  中偏低 0.3~4.3 23.00~27.80 180
　　⑧中粗砂 黄褐-灰黄 密实   1.5~5.2 27.00~30.40 220
　　⑨砾沙、圆砾 杂色 密实   1.2~3.3 29.00~32.40 330
　　⑩粉质粘土 黄褐-褐黄色 可塑  中偏低 1.3~5.5 31.2~36.40 180
　　⑾粗砾砂 杂色 密实   3.6~9.5 37.1~43.90 270
　　
　　根据设计要求，采用素土挤密桩预处理，改变上部地层的自重湿陷性，同时提高了桩侧摩阻力。采用灌注桩桩端后注浆技术，提高了桩端持力层⑧中砂层的端阻力。
　　2、后注浆钻孔灌注桩施工工艺
　　后注浆钻孔灌注桩施工工序为：钻进成孔→吊放钢筋笼（同时预埋注浆管）→浇灌砼→成桩后注浆。
　　2.1成孔工艺
　　由于素土挤密桩桩身和桩间土强度差别较大，西安地区经济的锅锥施工工艺，难以保证钻孔灌注桩成孔垂直度，所以成孔工艺采用旋挖钻机成孔。
　　2.2吊放钢筋笼钢(预埋注浆管)
　　2.2.1注浆管制作
　　在成孔后把两根注浆管连同钢筋笼下入孔内。注浆管采用普通焊接钢管(钢管标准：GV/T3092-93)，公称直径32mm，壁厚3.0mm±0.1mm。注浆管上端设管箍，并用管堵封堵。注浆管间连结为钢管套丝后，用管箍连结。注浆管下端设置注浆阀。注浆管底部2m范围内设置梅花排列形式的注浆孔，用编织袋绑扎。
　　注浆管在钢筋笼中的设置位置为紧贴钢筋笼内侧。注浆管与钢筋笼之间采用铁丝绑扎，管间连接紧密，防止渗漏。后注浆管位置要准确，在笼中要竖直，将设置注浆管的钢筋笼下入桩孔。
　　2.2.2注浆管检查
　　注浆管必须经过检查，无锈蚀，无裂痕，耐压性能好，尤其管内不得有锈蚀及其它杂物，防止铁锈及杂物进入注浆阀，使注浆阀堵塞，造成注浆失败。
　　2.2.3预埋注浆管
　　成孔检查合格后，两根后注浆管随钢筋笼下入孔内，注浆管绑扎在钢筋笼上对称安装，安装注浆阀时注意注浆阀高度为300mm左右，且向内弯曲15°，以进入孔底锥面内，然后填入级配合理的碎石，高度以填埋注浆阀高度为宜，注浆管在下入孔内过程中，应向注浆管内注入清水，以检查注浆管是否漏水，并可平衡管内外水注压力差，以防损坏注浆阀，下入孔内后在注浆管上部安装丝堵，防止其它杂物进入。
　　为保证注浆时注浆管底端的注浆阀和编织袋能打开，注浆顺利进行，在下钢筋笼后，灌注混凝土前先灌注0.2~0.5m3的碎石，埋住注浆阀，以保证注浆阀在灌注时不会被混凝土包裹。
　　2.3钻孔灌注桩砼灌注
　　桩长21m，桩径600mm，砼强度等级：试桩为C40，工程桩为C30，桩端持力层为⑧中砂层，进入该层不小于2m，单桩设计竖向承载力分别为5200kN（后注浆后），4200kN（后注浆前）。砼在对孔深、泥浆等相关性指标验收合格后开始灌注。灌注前把0.2～0.5m3碎石投入孔底。
　　2.4成桩后注浆
　　2.4.1注浆技术参数
　　(1)采用P.C32.5复合水泥，水泥浆液水灰比为0.6。
　　(2)注浆量：单桩设计注浆量为1.5m3，必须严格按设计注浆，实际注浆时需大于或等于设计注浆量。
　　(3)注浆速度：50～75L/min。
　　(4)注浆压力：初始0.5～1MPa。正常1.5～2MPa，最大3MPa。稳压时间15min左右。
　　2.4.2注浆施工
　　采用纯压式灌浆法，成桩14d后，把地面注浆系统与孔内一根注浆管连接，另一个注浆管丝堵打开，压入适量清水，冲洗孔底内注浆腔室，待另一注浆管内出清水后，开始注入按设计水灰比配制的水泥浆液，待另一注浆管内流出水泥浆液时，停注，安装上丝堵，继续注浆，待压力达到1.5MPa时，稳压15min左右，堵上此注浆管，换另一注浆管二次注入水泥浆液，压力达到1.8～2MPa时，稳压15min，拆洗上部注浆系统，进入下一条桩施工。
　　3、注浆效果及特点分析
　　工程施工完毕后，钻孔取芯8根，静载3根，超声波检测12根，桩基质量符合设计及规范要求，其中Ⅰ类桩达85%，Ⅱ类桩15%。
　　3.1承载力与沉降量分析
　　对1#楼的3根试桩在注浆前、后分别进行了静荷载试验，根据Q-S曲线（图一），在同样荷载下，桩顶沉降特点为注浆后的小于注浆前的。
　　
　　图一：S1、S2、S3为注浆前试桩数据，S1’、S2’、S3’为注浆后试桩数据
　　
　　2#楼的3根注浆试桩和3根未注浆试桩桩顶沉降特点也具有注浆后的小于注浆前的特点。
　　后注浆根据桩端埋设的钢筋应力计测试结果，2#楼在极限承载力为6000kN时的桩端阻力值见表二。注浆后桩端承载力提高较大，占极限承载力的比例明显增大。桩的承载力性状发生明显的改善。
　　
　　其中S4试桩终止荷载为5500kN
　　
　　根据质量监督部门桩基检测结果，单桩承载力提高25%～50%。地层中砂层固化良好。基坑开挖到基础桩顶标高处，可见部分桩身有3～10mm水泥浆层护裹桩身，还有部分脉状水泥延伸，厚度30～120mm，长度1.2～2.5m。由此可见后注浆工艺产生的固化、劈裂、扩底扩径效应，达到了后注浆工艺提高承载力的目的。
　　3.2特点分析
　　本工程成功应用钻孔灌注桩后注浆这种新技术工艺，取得了较好的效果，有其以下特点：
　　3.2.1有效提高单桩端承力
　　由于后注浆的挤压、充填固结作用，在桩底形成扩大头且消除了钻孔灌注桩沉渣的存在，使桩体与桩端持力层有效地结合在一起，且由于高压注浆使桩底产生反向预应力，能有效地发挥和增加单桩端承力。
　　3.2.2有效提高桩侧摩阻力
　　由于浆液沿桩周向上扩散泛浆，能部分增加单桩摩阻力，根据现场开挖情况，部分桩在桩上部可见3～10mm厚的注浆层。能消除一些不明不良地质现象，改善桩身受力情况
　　3.2.3加固地基
　　采用后注浆法施工，由于浆液对桩周土的压密作用，并使部分浆液渗透土粒、砂粒、砾石粒之间的间隙里，使其固结与四周地层紧密相依，从而使整个地基得到加固。
　　3.2.4不足之处
　　高压注浆易损件多，易坏，成本升高，地质情况复杂时，注浆量不易控制。
　　4、关于后注浆技术的几点认识
　　4.1注浆量的控制问题
　　桩底后注浆注浆量(水泥用量)的大小是由桩端、桩侧土类别与状态、桩径、桩长、承载力要求增幅等因素决定的。但注浆量的大小还没有成熟的公式可预先计算，而是根据上述诸因素估计、经试验确定参数，进行试验桩的施工，再根据试桩的静载试验结果，最后确定工程桩注浆参数。
　　笔者认为，上述诸因素对其影响程度各不相同。承载力增幅要求，地层条件(地层的可灌性)与桩长对其影响更显著。
　　4.2桩体强度与最佳注浆时间
　　因后注浆是通过高压实现的，这就要求桩身有一定的强度。在桩基设计中桩身砼强度等级比普通桩要高1～2个等级，且不低于20MPa。桩底后注浆最佳注浆时间宜在成桩后10～20d之间。因注浆过早，将会因为桩体强度、桩侧阻力过低而导致浆液溢出地面造成注浆失败；注浆过晚，会因桩身泥皮硬化而影响浆液向上泛浆挤入桩周土体而导致浆液向远处流失达不到最佳注浆效果。
　　4.3施工中可能出现的问题和相应措施
　　注浆时常会发生水泥浆沿桩侧或其他部位冒浆的现象，若水泥浆从其他桩或地面上冒出，说明桩底已经饱和，可以停止注浆；若从本桩侧壁冒浆，注浆量也满足活接近设计要求，可以停止注浆；若从本桩侧壁冒浆且注浆量较少，可将该注浆管用压力水冲洗干净，等到第二天原来压入的水泥浆终凝固化、堵塞冒浆的毛细孔道时再重新注浆。
　　承台群桩一次性注浆，应先施工周围桩形成一个封闭圈，再施工中间，能保证中间桩位的注浆质量，若出现个别桩注浆量达不到设计要求，可视情况加大临近桩的注浆量作为补充。
　　5、结束语
　　根据上述可知：后注浆技术具有操作简便、可靠性好、附加费用低、承载力增幅大等优点，尤其是桩底后注浆后单桩承载力提高，使桩数减少或桩长减短，工作量减少，施工周期缩短，桩基工程费用大大节约，并能消除一些不良地质现象，改善桩的受力情况；由于地质条件，成桩工艺的复杂多变，后注浆技术仍有待进一步发展完善，如后注浆施工技术、工艺参数、后注浆桩承载力估算，后注浆桩基的优化设计等等。

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