灌注桩后注浆技术对提升单桩承载力的作用分析

王 鹏，刘晟源

（中航建设集团有限公司，北京 101407）

0 引言

灌注桩后注浆技术近年来在建筑施工等领域得到广泛医用，特别是应用于各类混凝土灌注桩施工过程中，对各类地质条件的土体加固均有显著效果，对于提升摩擦桩单桩的承载力效果更突出。

1 工程概况

中国科学院自动化研究所某在建研究平台工程位于北京市怀柔区，总建筑面积32 379.21m2，其中地上建筑面积27 096.11m2，地下建筑面积5 283.9m2，地上7层，地下1层，计划建设高度35.7m，防火建筑高度31.6m，钢筋混凝土框架-剪力墙结构，设计合理使用年限50年，地上部分分为东楼、西楼、南楼、北楼，局部地下1层，地上6～7层（见图1）。该项目是国家“十三五”科教基础设施项目之一，在全球吸引顶级人才入驻，为助力怀柔科学城发展起推动作用。

图1 工程整体效果

西楼地下基础为后注浆钻孔灌注桩，基础桩共计50根，设计有效桩身长度为20m，桩身直径800mm，桩顶相对标高为-2.800m，桩端持力层为③卵石层，桩端持力层以桩身进入卵石层实际长度≥6m，要求单桩竖向承载力标准值为1 600kN。桩身钢筋笼采取主筋为1218，通长安插，加强筋采取14@2 000，螺旋箍筋桩顶以下4m范围内为8@100，4m 以下为8@150。后注浆管选用25mm普通焊接钢管，壁厚3.25mm（见图2）。

图2 灌注桩钢筋及注浆管布置

2 拟建场地岩土地质条件

2.1 地质条件

1）场地现状地形、地物 本工程勘察期间，拟建场地主要为空地，整体地势平坦，局部略有起伏。场地内主要分布有杂草，在场地西侧有一条沟渠呈南北走向贯穿场区，沟渠西侧分布有树木，本工程勘察钻孔孔口处地面标高为54.880～56.000m。

2）地层土质 本工程勘察深度（最大深度20.00m）范围内的地层，现分述以下：①层表层为厚度0.5～1.8m的人工堆积黏质粉土素填土、砂质粉土素填土；①1卵石素填土层及①2房渣土层；人工堆积层以下为新近沉积的②卵石层及细砂、②1中砂层；新近沉积层以下为第四纪冲洪积的③卵石层。

2.2 水文条件

本次工程勘察时间为2018年10月下旬，钻孔（最深20.00m）未揭露到地下水。拟建场地内分布的地表水主要为场地西侧的沟渠水，沟渠两侧及沟底设有衬砌，现场勘察期间测得沟渠内水面标高为54.820m，沟渠水水质较差，沟底沉积有厚度不等的淤泥，水深0.2～0.8m。

3 后注浆施工技术

3.1 工作机理

灌注桩后注浆技术是指在通过注浆管分别对桩侧、桩端土体进行注浆，从而起到加固土体的作用，使灌注桩的承载力得到提高，改善桩身四周土体质量，是一种地基加固措施。

3.2 注浆工艺选择

灌注桩后注浆施工前注浆导管的设置形式及其工艺选择非常重要，关乎后注浆施工质量及对灌注桩承载力的提高效果，同时对施工成本有直接影响。目前后注浆技术大可分为如下3种：①灌注桩成孔后，在桩底设置注浆室；②灌注桩在成孔后，在孔内设置注浆导管，导管端部设置出浆口，并用胶带包裹，灌注混凝土施工前向桩底部倒入石块，使出浆口埋入石块内；③将注浆管通过绑扎或焊接方式固定在钢筋笼上，并采用具备逆止作用的单向截流阀作为出浆口，桩底注浆时出浆口要压入桩底土中。

通过对以上3种方法的对比分析；由于第1种施工较复杂且不经济，第2种主要适用于桩端的注浆加固，易发生堵塞现象，综合考虑后本项目在现场施工时采用第3种方法，采用单向节流阀作出浆口，注浆成功率高，且注浆效果相较第2种更优且工艺相对容易。

3.3 施工流程

施工准备、注浆方案设计→钻孔施工、注浆管制作→在钢筋笼上安装注浆管→下钢筋笼→二次清孔→浇筑混凝土→安装注浆装置→达到龄期要求后进行水压试验→初注→按设计注浆参数、压注水泥浆液→监测并形成记录→养护→检测→验收。

3.4 施工准备

在灌注桩施工前应提前做好相应的技术准备，确定注浆方案，方案设计中应计算泥浆用量、选用符合要求的设备、机械、材料，方案需经公司技术负责人审批后实施。施工前对专业施工队伍进行方案交底，确保施工过程按照既定方案实施。

设备选择应符合相关规范标准的要求，以免在施工时出现漏浆或压力不足、堵塞等现象。注浆泵采用高压注浆泵，最大注浆压力不应小于8MPa，流量满足施工要求；浆液搅拌机与注浆泵要配套，其容量应要满足注浆估算工作量的需求；注浆管采取高压液体泵送注浆导管，额定压力应满足注浆要求；注浆水泥浆采用不低于P·O42.5水泥。

3.5 注浆管制作

注浆阀选用单向节流阀，节流阀要求可承受1MPa以上静水压力；节流阀外部要有保护层，以防止在下钢筋笼时破坏节流阀；注浆导管埋设要顺直，钢筋笼绑扎时设置加劲筋，导管与加劲筋绑扎牢固或采用焊接连接；在钢筋笼下孔时，每下一节钢筋笼前应往注浆管内灌水并检查接头的严密性，避免注浆管发生堵塞。

3.6 压水试验

在灌注桩混凝土达到养护龄期后立即进行压水试验，目的是为检测管路的畅通性，压水试验要控制水压时间与压水量。压水量一般控制在0.6～0.8m3，水压≤8MPa。在桩侧注浆时主要通过利用水的劈裂性冲破注浆导管与混凝土桩壁（注浆管混凝土保护层要求控制在10mm之内），桩端压水时可使四周土体产生裂隙，有利于提高注浆效果。在压水试验后方可进行初注浆。

3.7 初注

在正式注浆前应先初注，初注时注浆开始时压力要小。本工程注浆材料为水泥浆液，水泥采用P·O42.5水泥，水灰比0.6，注浆流量控制在55L/min。单桩注浆量应参照施工方案预先计算的设计值。

3.8 正式注浆

通过注浆试验确定最终注浆参数后开始正式注浆，根据桩基施工平面图确定注浆顺序，后注浆应进行桩侧注浆，后进行桩端注浆，先从四周桩开始注浆向中间依次推进；桩侧桩端注浆间隔时间需控制在2h之内；注浆终止的确定以水泥浆压入量的多少为主，注浆量参照估算计算值，同时参考注浆压力值，终止注浆时压力控制在2～3MPa。注浆时要做好具体注浆记录。当发生下列情况时也可终止注浆：①当注浆量已达到设计估算值的80%以上且注浆压力已超过设计计算值时应停止注浆；②当注浆压力长期低于估算设计值、地面有冒浆或四周桩孔串浆时应停止注浆；③当有水泥浆从桩侧溢出时终止注浆。以上出现第2种或第3种时应终止注浆且采取相应补救措施。

3.9 后注浆施工质量检查和验收

1）水泥出场时必须有质量证明书、出厂试验报告单与证明文件。

2）通过静载试验检查单桩承载力。

4 有关问题处理

4.1 注浆管堵塞

原因分析：工艺选择时由于注浆头设置不合理或施工过程中其他原因造成管路堵塞等。

处理措施：①当桩侧一根注浆管不能注浆时，应加增下根桩侧注浆管的注浆量实现加固周围土体的作用，注浆量应增加至原计算设计值的1.5倍。②当桩端注浆时其中1根管不能注浆时，压浆量应由其他注浆管压入；当全部注浆管均不能注浆时，可沿桩侧壁钻孔至桩底、桩侧标高置注浆管阀进行注浆。

4.2 冒浆

原因分析：因为桩身设计长度短或桩侧注浆管设置过浅，在后注浆时容易出现冒浆现象。

处理措施：采用间隙式注浆法可有效控制冒浆。

4.3 桩体上抬和地面隆起

原因分析：灌注桩成桩时间短、桩身较短或注浆压力过大均可能出现上述现象。

处理措施：在进行后注浆时提前设置监测点，利用水准仪等设备进行监测，若发生上抬或隆起现象时及时降低压力或停止注浆，分析原因，采取有效措施。

4.4 后注浆施工时因故中断

当发生中断时尽可能迅速发现及处理问题，尽可能缩短中断时间，避免管理发生堵塞，当中断时间过长时应采取冲洗措施对管路进行冲洗。

4.5 当后注浆施工时各项参数异常

1）当注浆压力值过高且注浆量小于估算设计值时，应停止注浆，对其他注浆管加大注浆量。

2）当出现注浆压力值低于正常值且四周地面出现冒浆、串浆时，应及时将注浆方式改为间隙式注浆或调低泥浆水灰比，当采用间隙注浆时，间隔时间不能过长，长时间停止可能会导致注浆管内水泥凝结。

3）当上述措施仍不能满足要求或因其他原因堵塞导致注浆管破坏或无法注浆时，可在桩侧重新打孔，对桩侧、桩身进行注浆。

5 施工质量控制要点

1）注浆所选用材料和设备必须符合规范和设计要求。

2）注浆导管连接采用套管焊接时，经检查确认注浆管不存在漏焊或焊透现象后，方可进入下一工序。

3）注浆导管与钢筋笼固定时采取绑扎形式，桩端的注浆管应绑扎在钢筋笼内侧，并与钢筋笼加劲筋绑扎牢固；桩侧注浆导管绑扎于箍筋外侧，同样要求绑扎牢固，避免发生变形和损坏。应特别注意空孔部位靠近注浆阀处的注浆导管与钢筋笼的绑扎固定（桩侧注浆阀应向外侧倾斜，注浆口处与桩侧土体的距离尽可能保持较小距离）。

4）钢筋笼吊装过程中不得冲撞和扭动，尽可能减少与孔壁的碰撞，从而避免破坏注浆导管；钢筋笼安装应保证安装到孔底，桩端注浆管要插入桩端土体内。

5）后注浆施工过程中应提前做好施工策划，划分区域进行施工。灌注桩成桩后，应在桩孔周围采取围挡等保护措施，避免施工车辆对注浆管产生破坏。在灌注桩灌注完成后首先进行回填，然后对桩周围采取围挡或标记等措施，禁止车辆通行，避免破坏，定期检查围挡或保护措施，遭到破坏后及时修复。

6）注浆作业施工人员要具备专业施工能力，并选用施工经验丰富的工人进行操作，施工前对作业人员进行方案及技术交底。

6 结语

中国科学院自动化研究所某在建研究平台工程项目在灌注桩后注浆施工过程中，严格按照施工方案、相关规范及设计要求进行施工，并通过在施工过程中的不断总结、改进，确保后注浆施工注浆成功率，有效提升单桩承载力，节约工期，保证了施工质量。

后注浆施工工艺不足之处在于桩侧注浆时由于注浆口需设置在钢筋笼外侧，当混凝土浇筑完成后，需用水压冲破注浆阀的保护层，对混凝土桩身有一定损坏，破损处的桩身钢筋可能会遭到腐蚀。建议在施工过程中改进桩侧注浆工艺，或采用新工艺或专利进行施工，确保在不破坏桩身的同时进行后注浆施工。