冲孔灌注桩后注浆技术在高层建筑中的应用探讨

　　摘要：本文以某高层建筑项目冲孔灌注桩后注浆施工实践为例，总结分析了冲孔灌注桩后注浆施工技术，重点探讨了注浆的水灰比、压力、水泥注入量、尤其是掺加速凝剂的控制，长、大基桩承载力的确定等问题。

　　关键词：冲孔灌注桩,桩底后注浆,承载力,压装参数

　　冲孔灌注桩是灌注桩的一种，其是将冲锤提升到一定高度，利用冲锤自由下落的冲击能量冲击打碎土层或岩石，并通过泥浆循环排出泥渣，达到成孔的目的。因其具有设备简单、操作方便、适用范围广、能穿越地下水位上下的各类复杂底层、能形成较大的单桩承载力，是高层建筑桩基工程中使用比较广泛的一种桩型。但成孔工艺存在固有缺陷，使得灌注桩桩底沉渣和桩侧泥皮对桩承载力的作用显著降低，为消除这方面的缺陷同时降低桩基成本，桩后注浆技术被越来越多地应用到工程实践中。在此，文章就冲孔灌注桩后注浆技术在现代高层建筑中的应用进行探讨，以供参考。

　　一、工程概况

　　某综合大楼工程总建筑面积31147m2，地下室面积5038m2，主楼19层，裙楼3层，地下室l层，建筑高度74.8m，框架一剪力墙结构。勘察揭示了场地从上至下的11个岩土层，依次为杂填土、淤泥、粉土、砾砂、粉质粘土、卵石⑥、粉质粘土、卵石⑧、散体状强风化岩、碎块状强风化岩及中风化岩，其主要物理力学指标和设计计算参数见表1，岩土层分布见图1。

　　表1 各土层的物理力学指标和设计计算参数

　　表2 试验桩后注浆主要施工成果表

　　二、基础设计要点

　　基础采用冲孔灌注桩，并进行桩底后注浆。桩身砼强度C35，选用卵石⑧层作为桩端持力层，桩长约40m，桩底全截面进入持力层深度不小于lm。单桩竖向极限承载力特征值，对桩径800mm的取4750kN、900mm的取6000kN。设计规定，注浆参数通过场地试验确定。初定：浆液水灰比宜为0.5～0.6，终止注浆压力为5MPa，流量不宜超过75L/min，单桩注入水泥量为1.4～1.9T。注浆作业宜成桩1d后开塞，7d后注浆。试验桩共三根，分别为桩径800mm的92#、147#桩和桩径900mm的148#桩。在桩身混凝土达到设计规定的强度，且在注浆结束后20d，进行静载荷试验以确定基桩承载能力。

　　三、试验桩成桩与桩底后注浆

　　三根试验桩按设计规定成桩，桩位处的地层构成见图1。桩身施工自2010年8月9日始，至当月18日结束。桩身预埋2根 25.4mm的后注浆钢管。施工安装过程中必须保证注浆管通畅。两根注浆管分别用于二阶段注浆。每阶段注浆启用一根注浆管。92号试验桩至始至终均灌注纯水泥浆。147、148号试验桩第一阶段灌注纯水泥浆，第二阶段注浆时在水泥浆中掺入相当于水泥质量约6.0%的水玻璃。由于两阶段均系单管注浆，未设回浆管，故所记录的注浆压力均为进浆压力，无法测定回浆压力。第一阶段注浆压力变动在3MPa左右。第二阶段开始注浆时，因为第一阶段浆体凝固，压力很快升至5MPa左右，之后又下降到与第一阶段相近。压力下降是压入的浆液冲破桩底近处第一阶段注入的已凝固的浆体的标志。三根试验桩后注浆主要施工成果见表2。

　　四、试验桩静载试验成果

　　静载试验采用慢速维持荷载法。各桩的试验数据见表3，相应的Q～s曲线见图2。检测单位对各试验桩的试验成果分别判释如下：

　　92#桩加载至第7级6650kN时，持荷15分钟后突然沉降急剧增大，桩顶总沉降量由34.41mm突然增大至60.31mm，桩顶荷载下降至2370kN，取其明显陡降的起始点对应的荷载值5700kN，作为该桩的单桩竖向抗压极限承载力;147#桩加载至9500kN，桩的竖向抗压承载力未出现极限状态，故取其最大桩顶荷载9500kN为单桩竖向抗压极限承载力;

　　表3 试验桩静载试验关键参数与极限承载力判定

　　图2 静载荷试验 Q- S曲线图

　　注：Nmax—最大桩顶荷载;Smax—相应Nmax的桩顶沉降;△S—残余变形;Quk—单桩竖向极限承载力;Suk—相应于Quk的桩顶沉降

　　148#桩加载至设计要求的极限荷载12000kN时，沉降量达42.96mm，超过40mm。检测单位取相应于40mm的桩顶荷载l1214kN为单桩竖向抗压极限承载力。关于该桩的成果判释，笔者将在本文第六点的第2小点中进行讨论。

　　五、后注浆的效果分析

　　1)试验桩148#的试验成果再判释

　　在进行注浆效果分析之前，我们先对148#试验桩的成果判释进行讨论和重新判释。原检测报告是取桩顶沉降40mm对应

　　的桩顶荷载值，为单桩竖向抗压极限承载力。《建筑基桩检测技术规范》(JGJ106—2003)第4.4.2之4规定，对于缓变型Q—S曲线，当桩长大于40m时，宜考虑桩身弹性压缩量。148#试验桩长41.1m，Q—S曲线呈缓变形，按考虑桩身弹性压缩量的规定确定极限承载力时，可取40mm加上桩身弹性压缩量的桩顶沉降

　　量，所对应的桩顶荷载为该桩的极限承载力。由于该场地地层宏观变化是渐深渐硬。根据地层的具体构成与持力层性质，可假定桩底压力为桩身压力的50%、桩身压力成直线分布，估算桩身平均压力 。据此，可进一步估算桩身的弹性压缩量Se。具体估算步骤如下：

　　=0.75N/A=0.75 12/0.785 0.92=14.2MPa

　　式中N---桩顶荷载/MN;A--桩身断面积/m2。

　　Se=L /Ec=41100 14.2/3.15 104≈18mm

　　式中L--桩长/mm;Ee--砼强度级别为C35时的桩身砼弹性模量/N.mm-2

　　基于以上分析与估算，确定单桩竖向抗压极限承载力的桩顶沉降应为：S=40+ Se=40十18=58mm。

　　按照这一标准，148#试验桩加载至12000kN沉降量为42.96mm，远小于58mm，所以该桩的抗压极限承载力应定为12000kN。所以桩底后注浆达到了预期目的。

　　2)试验桩成果综合分析

　　综合分析三根试验桩后注浆的材料、工艺与静载试验结果，可以发现147#、148#试验桩的后注浆收到明显效果，达到预期目的，但92#试验桩没有收到预期效果。92#与147#两根试验桩，其桩径、桩长与地层构成基本相同，两根桩注入的总水泥量均为5000kg，两阶段注浆的水泥量、水灰比与压力也相近，关键在于92#试验桩注入的是纯水泥浆，而147#试验桩浆液中掺人了6%水泥量的速凝剂。而速凝剂使得浆液在近桩底处结硬，使持力层得到有效的加固。而92#桩未掺加速凝剂，则使浆液被推挤至远处，持力层难以得到有效的加固。

　　六、后注浆工艺的改进建议

　　1、水灰比的控制

　　注浆的起始水灰比应根据被注浆土层的透水性决定。本工程的持力层是卵石⑧层，根据地质报告该层50～120mm的卵石含量占65～80%。这一颗粒组成决定了该层的透水性肯定很高。参考《工程地质手册》提供的渗透系数经验值，该层的渗透系数K≈100m/d。在这一条件下，注浆的初始水灰比宜定为0.5～0.6。如灌人一定数量的水泥浆后，单位时问吸浆量不降、注浆压力不升，则水灰比宜调为0.5～0.4。这样控制水灰比，可节省水泥用量。或者说，在注入同样水泥时，可提高注浆效果。

　　2、浆材成份

　　如上节分析，三根经后注浆的试验桩，二根在浆材中掺入6%水泥量的速凝剂取得了显效，达到了预期目的，未掺入速凝剂的一根效果很差，甚至可以说几乎没有效果。所以在透水性很强的土层中，注浆的浆液掺加一定数量的速凝剂是必要的。速凝剂有很多品种，具体采用的速凝剂品种和掺入量应通过场地试验确定。

　　3、注入水泥量

　　《建筑桩基技术规范》(JGJ94—2008)出了灌注桩后注浆专节。该节第6.7.4—4条提出了注入水泥质量的估算公式。对卵石地层，按该式当桩底径为0.9m时，注入水泥质量高限值仅1.6t左右。设计文件规定为1.5～1.9t，实际注入水泥质量超过3t。综合考虑各种因素，对透水性很强的砾卵石地层，实施桩底注浆时，该规范公式(6.7.4)的注入量经验系数ap宜从1.5～1.8调高为2.5～4。该城市类似条件的桩底后注浆经验，也支持这一认识。

　　4、注浆管道系统

　　注浆施工控制的关键参数之一是注浆压力。迄今，项目所在城市地区，包括本项目在内的大部分工程采用单管注浆，未埋设回浆管。记录的注浆压力是灌浆机的压力或是进浆管口的压力。真正意义上的注浆压力是桩底处压入地层的浆压。为测定这

　　一压力，应增设回浆管，并在回浆管口装设压力表。其表压加上回浆管的浆液重度与桩长之积，才是真正意义上的注浆压力。只有测定了这一压力值才便于控制水灰比的变动和确定注浆结束标准。

　　5、注浆结束标准

　　注浆结束标准以压力和单位时间吸浆量两个指标双控为宜。既然往桩底注浆(有时还包括桩侧)，总以灌注至基本不吸浆为宜。如吸浆量仍大，可实行二次或者多次复注。为控制水泥用量，可依据单位时间吸浆量与压力调增水灰比，和确定速凝剂的掺加量。注浆应进行至吸浆量明显下降，同时回浆管口压力至少不低于0.5MPa时结束。具体指标根据工程实际情况由场地实验确定。

　　6、确定单桩抗压极限承载力的桩顶沉降限值

　　多年以前，设计取用的单桩承载力相对较低，桩长相对较短，所以桩身弹性压缩量占桩顶总沉降量的比例不大。近年来，由于建筑材料与桩工技术的进步，使得设计规定的桩身砼强度级别大大提高，相应的桩身平均应力也大大提高。与此同时，长桩被大量采用。这一变化使得桩身压缩量占桩顶总沉降量的比例大大提高，因此，桩身弹性压缩量就成了确定单桩抗压极限承载力的不可忽视的因素。《建筑基桩检测技术规范》(JGJ106-2003)4.4.2—4规定，当桩长大于40m时，宜考虑桩身弹性压缩量，正是反映这一进步。本例桩身砼为C35，桩身平均压力14.2MPa，桩长41m，估算的弹性压缩量为18mm，相 对于一般标准的40mm，其增加量为45%。所以，确定单桩抗压极限承载力时应考虑桩身弹性压缩。

　　七、结论

　　1)从92#与147#试验桩的承载力对比中可以看出，有效的桩底注浆可以使单桩竖向承载力大大提高。所以，为挖掘基桩承载潜力，实施桩底后注浆是必要的。

　　2)在强透水性的地层中，如细颗粒含量低的砾卵石层中，实施桩底后注浆宜掺用速凝剂，并宜采用二阶段或多阶段注浆，否则注浆效果难以保证。

　　3)桩底后注浆宜埋设循环管路，以便有效的测定真实的注浆压力。应根据吸浆量和压力及时调整浆液的水灰比，尽量采用浓浆。注浆的结束标准至少由注浆压力和吸浆量两项指标控制。

　　4)对桩身应力水平高、桩长大于等于40m的基桩，对Q—S 曲线呈缓变形的试验桩，确定竖向极限承载力的相应容许变形值应考虑桩身的弹性压缩量。

《冲孔灌注桩后注浆技术在高层建筑中的应用探讨》

本文由职称驿站首发，您身边的高端学术顾问

文章名称： 冲孔灌注桩后注浆技术在高层建筑中的应用探讨

文章地址： https://m.zhichengyz.com/p-20586