超长灌注桩桩端、桩侧联合注浆的质量控制

上海市建设工程监理有限公司 上海 200072

1 工程概况

本工程位于苏州工业园区金鸡湖西侧，南为苏惠路，西邻星阳街，占地面积2.5 万m2，总规划建筑面积约50 万m2，其中，塔楼高度约729 m，地上138层（裙房地上8 层），整体设置5层地下室。桩基础工程采用混凝土钻孔灌注桩，分别为Φ700 mm、Φ800 mm、Φ1 100 mm，桩数共计1 928 根，孔深110 m，桩长27～78.2 m，塔楼桩桩端持力层为粉细砂本工程混凝土强度等级为水下C50，注浆形式为桩端桩侧联合后注浆。工程地质勘察深度范围内分11 层，以粉质黏土及细砂为主。

2 桩端桩侧联合后注浆分析[1,2]

2.1 桩端后注浆

桩端后注浆施工大体上可分为地面注浆和地下注浆两大部分。地面注浆装置由注浆泵、浆液搅拌机、储浆桶、湿磨机、地面管路系统及观测仪表等组成；地下注浆装置由桩身注浆导管和桩端注浆装置组成。整个系统组成示意如图1所示。

2.1.1 注浆泵的选择

桩端后注浆对泵的要求是排量小而压力要高且稳，注浆泵上还必须配备有卸荷阀和压力表。本工程使用BW-150型泥浆泵。

图1 桩端后注浆示意

2.1.2 浆液搅拌机具

浆液搅拌机及储浆桶可根据施工条件选配，搅拌机要求低转速大扭矩，搅拌机制浆能力和储浆桶容量应与额定注浆流量相匹配，且搅拌机出浆口应设置滤网。

2.1.3 转浆泵

浆液搅拌好后、注入桩端前须转入湿磨机中细化，本工程转浆泵选用NL40-7立式污水泵。

桩身注浆选用黑铁管导管，是连接地面输送管与桩端注浆装置的过渡管材；与超声波检测管共用的桩，选用内径50 mm、壁厚3.0 mm的黑铁管，不能利用检测管的桩选用内径25 mm、壁厚3.0 mm的黑铁管。桩身注浆导管应连接牢固和密封，采用焊接或机械连接。本工程因为桩深，为保证导管的可靠性，采用了外加套筒焊接连接，与钢筋笼加劲筋绑扎固定，随钢筋笼一起下放入孔内。

2.1.4 桩端注浆装置

该装置是整个桩端压力注浆施工工艺的核心部件。注浆有单向阀，注浆时，浆液由桩身注浆导管经单向阀直接注入土层。注浆器有如下要求：

（a）注浆孔设置必须利于浆液的流出，注浆器总出浆孔面积大于注浆器内孔截面积；

（b）注浆器须设置单向阀式，以保证下入时及下入后混凝土灌注过程中浆液不进入管内以及注入后地层中水泥浆液不得回流；

（c）注浆器上必须设置注浆孔保护装置；

（d）注浆器与注浆管的连接必须牢固、密封、连接简便；

（e）注浆器的构造必须利于进入较硬的桩端持力层。

2.1.5 桩端后注浆施工方法

2.1.5.1 注浆管路的安装

（a）注浆管路随钢筋笼一起下入之前，必须进行孔深的测定和注浆管路的检查工作。

（b）注浆管路安装：桩端注浆器焊接在注浆管路上，且注浆器超出钢筋笼底部0.2～0.5 m，注浆导管均匀地绑扎在钢筋笼主筋内侧，随钢筋笼一起下入孔内，直至孔口为止，为保护注浆导管，注浆管不得高出地面，并要确保下入深度的准确。

（d）注浆管路设置要求：注浆管路连接时，其螺纹处必须使用止水胶带，并牢固拧紧密封；每对称下完一节时，须在注浆管内注入清水，检查管路的密封性，以注浆管内注满清水、并保持水位稳定不下降为准；注浆管必须使用10#或12#铁丝按每间隔2 m与钢筋笼主筋牢固地绑扎在一起，对露出在孔口的注浆管上部管口，使用堵头拧紧，防止杂物掉入注浆管内，以确保注浆管路畅通。

2.1.5.2 桩端后注浆

（a）待成桩7～8 h后，对注浆桩桩内导管使用清水开环，检查注浆导管是否畅通，打开注浆阀。

（b）桩身混凝土强度达到设计强度的70%，开始进行桩端后注浆，一般为成桩7～8 d后。

（c）按设计水泥量和水灰比进行水泥浆液的配制，水灰比控制在0.5～0.6之间，水泥标号必须符合设计要求，浆液配制过程中，须按一定比例掺加外加剂，水泥浆液搅拌好后，必须用不大于3 mm×3 mm的滤网进行过滤，方可开泵注浆。

（d）水泥浆液必须进行细化处理，细化处理时间根据颗粒分析和渗透系数确定，一般在1～3 min之间。

（e）注浆泵量控制在30～45 L/min，常规注浆压力控制在0.4～0.6 MPa，每根桩注浆必须一次完成，2 根注浆导管的注浆间隔时间不得超过12 h。

（f）压浆总体控制原则：实行压浆量与压力双控，以压浆量（水泥用量）控制为主。总压浆量按设计要求或注浆量达设计值的80%，且注浆压力达3 MPa且持续3 min，可以终止注浆。

（g）压浆次序与压浆量分配：压浆分2 个回次；压浆量分配：第1回次用2 t水泥、第2回次用1.5 t水泥。第1回次与第2回次间隔时间1～2 h。

2.1.5.3 注浆管畅通保证措施

桩端后注浆是本工程钻孔灌注桩的重要组成部分，必须确保成功，而后注浆成功的关键在于注浆管在开始注浆以前是否保持通畅。本工程在施工过程中采取了以下措施来确保注浆管畅通：

选用黑铁管作为注浆管时，管壁厚不小于3.0 mm，确保注浆管自身强度；注浆管接头采用无缝钢管加工成的外丝接头，确保接头的强度和密封性能。

注浆管必须用铅丝绑扎固定于钢筋笼之上，不得点焊固定，同时钢筋笼焊接时须避免碰到注浆管，防止电焊烧穿管壁。钢筋笼下放时，每2节笼即在管内灌一次水，以平衡泥浆压力。

混凝土浇筑完开始（第1次拔导管）后7～8 h内，对注浆管进行劈水。

2.2 桩侧后注浆施工

2.2.1 桩侧注浆导管安装

桩身注浆导管采用内径25 mm、壁厚3.0 mm的黑铁管，每个注浆断面设置1 根注浆导管，注浆导管的长度根据设计要求的注浆标高计算。注浆导管安放在钢筋笼外侧，应连接牢固和密封，与钢筋笼主筋绑扎固定，随钢筋笼一起下放入孔内。

2.2.2 环形注浆器

该装置是整个桩侧压力注浆施工工艺的核心部件，由高压复合管、注浆器组成，其高压复合管与桩身注浆导管连通，并固定在钢筋笼外侧；每个环形注浆器均布4～6个注浆点，

当钻孔桩钢筋笼放置到位后，接通地面注浆系统，压清水，使环形高压软管张开并紧贴孔壁。

浇注混凝土以后，7～8 h之内进行清水劈裂，打通注浆器单向阀。

2.2.3 桩侧注浆施工技术参数

桩侧注浆施工参数主要包括泵压、泵量、浆液注入量、浆液配方等，其中泵压包括开塞压力、注浆压力、终止压力等，另外最重要的泵压为清水劈裂，打通注浆器单向阀压力并加以控制。

（a）注浆流量。泵量的选择要满足渗透注入，理论上越低越好，但考虑到施工可行性，本工程注浆流量为32～45 L/min。

（b）水泥浆配制要求。水泥采用P.O 42.5级，同时要求水泥新鲜、不结块。

注浆水泥用量及注浆压力根据现场试压浆确定，水灰比为0.6～0.7，搅拌时间不小于3 min。搅拌好的水泥浆液用孔径不大于3 mm×3 mm的滤网进行过滤。

（c）单桩注浆终止标准。桩侧注浆终止标准应采用注浆量与注浆压力双控的原则，当注浆量达到设计要求时，可终止注浆；当注浆到要求量的80%，泵送压力超过2.0 MPa时，也可终止注浆。否则，需采取补救措施。

3 联合后注浆质量影响因素[3,4]

由于本工程桩径较大且桩长较长，对桩的承载力要求较高，所以采用的是桩端桩侧联合后注浆。对于大直径超长钻孔灌注桩来说，联合后注浆质量影响因素主要有以下几种：

3.1 桩底沉渣的清理

桩底沉渣对于大直径超长钻孔灌注桩荷载的传递影响较大，如果在注浆前沉渣过厚会导致桩端阻力以及桩侧阻力过早的发挥，如桩端阻力得不到较好发挥，荷载主要由桩侧阻力提供，桩体土的极限相对位移就会偏小，导致的结果是桩极限承载力的降低和注浆后沉降量的偏大，所以，桩底沉渣的清理及其重要。

3.2 注浆量

通过后注浆可以提高桩身40%左右（本工程提高了34%）的承载力，故对大直径超长钻孔灌注桩来说，其单桩极限承载力会随注浆量增大而增大，但到达一定界限之后增长会很缓慢，所以存在一个最优的注浆量，当注浆量达到这一最优注浆量，单桩的极限承载力几乎不再增加。

3.3 长径比

长径比对单桩极限承载力比较显著，桩长一定时，长径比与极限承载力成反比，即长径比越小极限承载力就越大，但是存在一个最优长径比，当这一数值继续变小时，单桩极限承载力几乎不再增加。

后注浆的质量影响因素除了以上几种外，还有土体特性、灌注桩施工质量影响、注浆水泥用量及水灰比、注浆管注浆阀的制作及安装等。在实际工程中要根据不同情况采取相应的控制措施。

4 结语

通过以上对工程实例的简单介绍，可知对于超长钻孔灌注桩来说，由于后注浆提供了大量承载力，所以要确保单桩的承载力，满足设计要求，不仅要进行成桩过程的质量控制，更要注重后注浆施工过程的质量控制及对于主要质量影响因素的控制。