钻孔灌注桩后注浆施工工艺及监理控制要点

来源:用户上传      作者: 赵文峰

　　摘要：采用后注浆技术，对桩底沉渣，桩端持力层及桩周泥皮起到渗透、劈裂填充、压密和固结作用，以此来提高桩的承载力，减少其变形却不失为一种解决该问题的有效、经济的方法。
　　关键词：钻孔灌注桩 后注浆 逆止阀 开塞 冒浆
　　
　　1、引言：
　　钻孔灌注桩以其噪音低、对周边环境影响较小、无挤土效应、单桩承载力大等特点，已被广泛用于沿海地区的高层建筑、道路、桥梁等基础中，适用的地基形式也越来越广泛。但随着建筑物规模的不断扩大，对桩基础的承载要求也不断提高，传统的处理方式无非是扩大桩径、桩端尽量深入基岩，但在一些砂层非常厚、桩端为砾石层、入岩较深沉渣较多的地区再按传统的方法处理就不再经济、合适了。而采用后注浆技术，对桩底沉渣，桩端持力层及桩周泥皮起到渗透、劈裂填充、压密和固结作用，以此来提高桩的承载力，减少其变形却不失为一种解决该问题的有效、经济的方法。但灌注桩后注浆技术虽推广已历十余年，却因其隐蔽性较大，一些检测数据及参数难以获取，故未大范围的应用于工程建设中。本文将参照实际案例，并根据施工监理过程中遭遇的一些问题，进行描述和分析，以供大家讨论[1]-[6]。
　　2、钻孔灌注桩后注浆施工技术特点及基本原理：
　　从以往的工程情况分析来看，影响钻孔灌注桩垂直承载力的原因大约有三种：桩底沉渣厚，无论使用正循环还是反循环进行清孔，均无法完全去除干净，桩端承载力得不到充分发挥，这对于桩端进入密实砂层较深的桩尤其明显；桩侧泥皮较厚，对桩侧摩阻力影响较大，这对于位于粘土层的摩擦桩影响较明显；对周边孔壁的扰动，成孔阶段无可避免的会对下层，特别是密实岩层造成扰动破坏，甚至会出现碎裂，影响其原整体强度。针对以上问题，结合钻孔灌注桩技术特点，为提高桩的垂直承载力，工程技术人员尝试了成桩后注浆工艺，试验后效果较为理想。所谓后注浆是在成桩后且桩身达到一定强度时，通过预埋管道用高压泵向桩的某些部位灌注水泥浆，以达到消除桩底软弱垫层（沉渣），改善桩土界面，提高局部位置的土体强度。后注浆施工工艺有三种：在孔底预先设置注浆室。但该方法工艺复杂，成本较高，现较少使用；灌注桩成孔后，在孔内设置注浆管，注浆管的下端设出浆口，并用胶带或塑料膜封包。出浆口的位置高出孔底30～50cm。灌注砼前先往孔底加入碎石，使出浆口埋入碎石内，然后再进行砼灌筑。该方法主要用于桩底加固，虽经过多次实验和使用，但由于工艺过于简单，容易发生出浆口堵塞导致最终注浆失败；将注浆管固定在钢筋笼上，出浆口采用单向单向逆止阀并压入桩底土中30～50cm。由于采用单向逆止阀，在进行桩身砼浇注时浆液不会灌入阀内，注浆时浆液也不会回流。该工艺由于采用单向逆止阀作出浆口，注浆成功率大大提高，且压力相对稳定，注浆效果显著。
　　钻孔灌注桩后注浆分桩底注浆及桩侧注浆，桩底压浆即将高压水泥浆对土层产生渗入、劈裂作用而使水泥浆注入桩底一定范围内的土体中，同时还有一部分浆液从桩底沿桩土界面向上渗，扩展到桩底以上10～20m，甚至更高。水泥浆首先在桩底沉渣区劈裂和渗透，使沉渣及桩端附近土体密实，产生“扩底”效应，使端承力提高；桩侧压浆则是将高压水泥浆送入预先设置在钢筋笼外侧的带单向阀的加筋PVC管，或黑铁管。根据土层、桩长情况，管上设几个压浆断面，浆液从管上的浆孔喷出，对桩周土产生挤密、渗入作用，同时顺着桩土界面向上和向下渗透，在桩土界面处形成一层水泥浆与土的胶结层，使桩与土的接触面及桩周土的摩阻得到改善和提高。
　　3、钻孔灌注桩后注浆施工控制要点：
　　后注浆施工控制重点主要有：注浆设备的审查、注浆管的制作安装、开塞控制、注浆的控制、注浆顺序的控制、冒浆情况的监控等。
　　3.1注浆设备的审查
　　注浆专用机具主要有高压注浆泵、单向逆止阀、注浆管。其中高压注浆泵的工作参数必须满足注浆压力要求，且在使用前必须进行注浆泵和管线的密封性试运行，对注浆泵上的压力表及流量表进行检测；注浆管宜采用A30mm或A38mm直径的黑铁管，壁厚大于2.8mm，制作前应仔细检查线管的密闭性，安装前应检查注浆头长度、孔径、孔距是否符合要求；单向逆止阀主要是对球阀及回流逆止情况进行检查，逆止阀至少应能承受1MPa静水压力。
　　3.2注浆管的制作安装
　　注浆管的连接有丝口连接及焊接连接两种，前者存在滑丝及连接后线管垂直度不足等缺陷，后者牢固性较好，但若操作不当易造成线管烧伤，出现砂眼等情况。注浆管数量设置宜根据桩径大小设置，小于1200mm桩径应设置两根，大于1200mm应设置三根，均按钢笼圆周对称设置，且与钢笼加强筋进行绑扎或焊接连接，连接必须可靠牢固。钢笼应下放至孔底，若钢笼未通长设计的，则应设置相应导笼延伸至孔底，注浆管头距离孔底以30～50cm为宜。注浆管上端应略高出地面，端头必须封堵牢固，以防杂物进入。注浆阀外部应设置保护层，避免因受到砂石等硬质物的刮撞而使管阀受损。成桩后应做好成品保护，避免出现机械或人为对注浆管端头造成破坏。
　　3.3开塞的控制
　　主要是对开塞时间及开塞压力的控制。开塞时间的确定关乎后续施工的顺利及桩端砼的完整，开塞时间过早则桩身下部砼未形成一定强度，在高压水的冲射下会破坏桩端成形和砼强度；开塞时间过迟，则包裹注浆管的砼强度过大，造成注浆头保护层打不开，使随后注浆施工无法进行。故开塞时桩端混凝土强度应保持在C10～C15之间，开塞时间应在成桩后三天左右。开塞时应对开塞压力进行关注，开塞最大压力不应大于10MPa，且开塞完成后压力应明显回落。若压力超过10MPa或持续长时间处于高压力状态，则表明下部注浆管堵塞或注浆头周边存在异常情况，应进行记录研究后再行处理。对各注浆管的开塞情况应进行详细记录，标明开塞成功注浆管数量，便于后续注浆施工。
　　3.4注浆的控制
　　主要是对注浆压力、注浆量、注浆时间的控制。开始注浆时间应该在成桩后7～25天内为宜，开始注浆前应对水泥浆进行控制，根据不同土层的渗透率确定不同的水灰比，以保证水泥浆液的均匀渗透。注浆过程重应对注浆压力进行关注，注浆压力以3～10MPa为宜，最好为开塞压力的一半，以注浆压力宜低不宜高、流量宜小不宜大、速度宜慢不宜快、水灰比不宜大为原则。注浆压力值若过大，应间歇性注浆，使水泥浆缓慢扩散；若注浆压力长时间低于正常值时，也应停止注浆，查看是否出现冒浆、串浆或考虑注浆管是否损坏等情况。注浆时应采用2根桩循环注浆，即先注第一根桩的A管，注浆量约占总量的70%，注完后再压第二根的A管，然后依次为第一根桩B管和第二根桩B管，这样就能保证同一根桩2根管注浆时间间隔30~60min以上，给水泥浆一个扩散的时间，注浆流量以75L/min为宜。注浆时应做好注浆量、压力、时间的记录，注浆完成后应及时清理线管、泵、储浆器，用堵头将压浆管口堵死。
　　3.5注浆顺序的控制
　　因后注浆的最优时间在7天左右，势必会与周边桩基施工产生冲突，故注浆顺序应在桩基施工中桩机走位时即予以考虑。应坚持整个承台群桩一次性压浆，先施工周围桩位再施工中间桩的原则，保证下部水泥浆处于整体封闭环境而不会四下扩散。
　　3.6冒浆情况监控及处理
　　因地下情况复杂，水泥浆会选择薄弱土层进行突破，势必会出现地面冒浆或周边桩孔串浆的情况，故在注浆周边至少8m范围内不允许有成孔作业，以减少串浆发生。注浆过程中除对压力表进行监控外，还应对周边土层及施工桩孔进行巡查关注。若已发生冒浆、串浆情况，也应进行间歇性注浆，或相应调低水泥浆的水灰比，减小扩散阻力。若进行上述操作后效果仍不明显，应停止注浆，并对注浆管进行彻底清洗后，待已先注浆部分初凝堵塞冒浆通道后再重新进行注浆。

　　4后注浆实际案例及数据分析：
　　钱塘江边某高层建筑主裙楼采用钻孔灌注桩桩基，其中主楼为抗压桩，共计226根，桩长45m，桩径为1000，桩端持力层为6－2圆砾层；群楼为抗拔桩，共计195根，桩长38m，桩径为1000，桩端持力层为6－1圆砾层。成桩施工工艺虽采用反循环清孔，但因下部圆砾层被扰动后，成为单粒卵石，难以粉碎，造成清孔困难，故设计采用了桩底后注浆工艺对其桩端进行加固。其中抗压桩单桩注浆水泥量为2.5T，抗拔桩单桩注浆水泥量为1.5T。在工程前期，对采用后注浆和未进行注浆的单桩进行了极限承载力检测，分别选取抗拔桩及抗压桩各两组，如表1所示：
　　表1 注浆与未注浆桩极限承载力对照表桩号 桩端持力层 注浆情况 极限承载力 比较
　　抗拔桩A 进入6－1圆砾层2m 未注浆 6370KN 1
　　抗拔桩B 进入6－1圆砾层2m 注浆1.5T 8790KN 1.38
　　抗拔桩C 进入6－1圆砾层2m 注浆1.5T 8600KN 1.35
　　抗拔桩A 进入6－2圆砾层2m 未注浆 7760KN 1
　　抗拔桩B 进入6－2圆砾层2m 注浆2.5T 10860KN 1.4
　　抗拔桩C 进入6－2圆砾层2m 注浆2.5T 10470KN 1.35
　　
　　以上数据中可以看出，进行后注浆的单桩极限承载力较未注浆的均有明显提高，提高幅度均在35％～40％间。一些统计资料标明，注浆后单桩垂直承载力的提高幅度与桩底和桩侧土层性质关系较大，在北京地区10m左右的短桩，当桩底进入中粗砂及砾石层时，采用桩底注浆工艺后，其单桩垂直承载力可提高70%～200%；福建地区桩底进入砂层的60m长桩，在桩底注浆后承载力可提高80%～90%；天津地区桩底进入粉细砂层的40～60m中长桩，在桩底注浆后承载力可提高20%～40%。所以说，无论是在砂层区还是砾石层区，采用桩底注浆工艺，均可大大提高单桩承载力，从而产生较大的经济效益。
　　5 、结束语：
　　通过对钻孔灌注桩注浆结果及数据分析，提出几点意见和建议：后注浆法是提高钻孔灌注桩垂直承载力及减小桩端持力层的离散性的一项有效措施，有显著的经济效益和社会效益；注浆后的桩其沉降量较未注浆的桩要小，对一些使用单桩的基础，注浆尤为必要；对于一些桩长较长，进入砾石层或砂层较深的桩，在施工时底部持力层离散性更大，若适当采用注浆方法在满足承载力要求的同时既可以缩短桩长又可以减小沉降，为工程节约费用。目前存在的问题主要是后注浆桩承载力的估算，如何根据土性和桩体对压浆参数的优化等，尚需进一步研究完善。
　　参考文献
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　　[2] 龚维明，施明征，孙逊.桩底压浆承载力计算[J].建筑结构,1998,（11）.
　　[3] 王旭，于志强.桩底压密灌浆提高钻孔灌注桩承载力[J].建筑结构, 1998,（11）.
　　[4] 张忠苗，吴世明，包风.钻孔灌注桩桩底后注浆机理与应用研究[J].岩土工程学报, 1999.21（6）.
　　[5] 傅裕寿.土力学与地基基础[M].清华大学出版社,2007.
　　[6]JGJ94－2008 建筑桩基技术规范[S].中国建筑工业出版社,2008.

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