超长大直径灌注桩复式后注浆工艺参数探讨

曾庆友

(福建建工集团有限责任公司 福建福州 350001)

超长大直径灌注桩复式后注浆工艺参数探讨

曾庆友

(福建建工集团有限责任公司 福建福州 350001)

通过工程实例，进行不注浆与注浆的单桩竖向抗压静载试验，对比数据并检验选定的桩端桩侧复式后注浆施工工艺参数是否满足设计及规范要求。

超长大直径；灌注桩；后注浆；承载力；沉降量

1 概述

灌注桩后注浆技术指灌注桩成桩后一定时间，通过预设于桩身内的注浆导管及与之相连的桩端、桩侧注浆阀注入水泥浆，浆液直接注入至需要加固补强的位置，浆液与桩端沉渣、周围土体呈混合状态，通过渗透、填充、压密、劈裂、固结等效应，使桩端、桩侧土体(包括沉渣和泥皮)得到加固，从而提高单桩承载力，减少沉降的一项技术措施，其加固机理如图1所示。常见后注浆方式有桩端后注浆、桩侧后注浆、桩端桩侧复式后注浆，如图2所示。

图1 灌注桩后注浆加固机理

图2 后注浆方式

目前，灌注桩后注浆理论已有较深入研究，应用实例也越来越多。在工程界，基于单桩的研究成果，多数认为，桩端注浆对于长大桩作用微弱，对于长大桩仅宜使用桩侧注浆方式。邹力[1-2]等通过试验研究，结果显示，对于深厚软土层中的长大群桩，桩端注浆控制沉降效果良好，还可略优于桩侧注浆。同时，应清醒地看到，后注浆技术既有成功的经验，也有因盲目应用或不合理确定注浆参数的控制标准，导致基桩承载力严重丧失而失败的教训[3]。戴忆帆[4]等收集并总结了福建省30多个工地注浆实践，得到不同土层中单桩注入水泥量的经验值，供设计参考。笔者通过某时代广场工程实例，探讨超长大直径冲钻孔灌注桩桩端桩侧复式后注浆的施工工艺参数。

2 工程概况

某时代广场工程占地18 758m2，总建筑面积115 387.60m2，其中地下36 419.31m2，地上78 968.29m2。该工程涵盖现浇钢筋砼结构、预应力钢筋砼结构、钢结构等型式。2层大底盘连体地下室，地上3栋建筑。其中1#楼为22层商业办公综合楼；2#楼为32层商住楼；3#楼为4层商业建筑。工程造价4.75亿元。

该工程桩基采用泥浆护壁成孔冲(钻)孔灌注桩，浇筑C40P8抗渗水下混凝土，合计529根，最大施工桩长58m(Φ1000，小计369根，桩端全截面进入设计持力层⑩卵石深度≥3m)，94.1m(Φ1200，小计160根, 桩端全截面进入设计持力层·中-微风化花岗岩深度≥0.5m)。设计采用桩端桩侧复式后注浆施工工艺提高桩基承载力。钻孔灌注桩采用牙轮钻钻头砍岩，将原来每根Φ1200工程桩施工时间由采用冲孔桩机时的15～25d缩短为5～7d。

3 地质概况

拟建场地处于福州冲海积平原，闽江一级阶地上。场地自上而下共有13个岩土单元体，根据各岩土层空间分布及其工程地质性能，将本场地岩土层分为上、中、下三部分评述：

上部①-⑤：约埋藏于地表到地表下20m～25m，表层杂填土①结构松散，成分复杂，厚度不均，天然地基强度低；淤泥质土②，淤泥质土④，含水量高，抗剪强度低，为高压缩性土层，工程性能差。该段中部地层以中砂③为主，厚度大，层位稳定，力学强度一般，桩基性能一般。下部中砂⑤厚度较大，分布较稳定，力学强度较好，桩基性能一般。

中部⑥-⑩：约埋藏于地表下25m～60m，⑥含水量高，抗剪强度低，为高压缩性土层，工程性能差。粉质粘土⑦为中压缩性土，场内局部揭露，分布不稳定工程性能较差，中砂⑧厚度大，层位稳定，均匀性较好，密实度较好，具有压缩变形小的特点，土层强度较高，力学指标较好，可作为该工程地下室支护桩的持力层。圆砾⑨强度较高，力学指标较好，无软弱下卧土层，但局部分布，桩基性能不稳定。卵石⑩厚度变化大，密实度较好，具有压缩变形小的特点，土层强度较高，力学指标较好，无软弱下卧土层，可作为多层或高层建筑的桩基持力层。

4 试验桩情况

工程桩正式施工前,试打一根Φ1000抗拔桩(单桩竖向抗拔极限承载力检测值为4 800kN),一根Φ1 000抗压桩(单桩竖向抗压极限承载力检测值为14 000kN),两根Φ1 200抗压桩(单桩竖向抗压极限承载力检测值为24 000kN)。试验桩均无后注浆，为后期确定注浆工艺参数提供验证数据，桩端全截面进入持力层深度及沉渣厚度、充盈系数、砼标养试块强度均满足设计及规范要求，试验桩施工过程中未发现异常现象。试验桩静载检测结果：Φ1 000抗拔桩(施工桩长57.40m)最大上拔量17.90mm，满足设计要求；Φ1 000抗压桩(施工桩长58.00m)最大沉降量16.14mm，满足设计要求；一根Φ1 200抗压桩(施工桩长89.48m)在19 200kN荷载作用下，桩顶累计沉降量达80.77mm>60mm(s=0.05×1 200mm=60mm)，该级未达到稳定，终止加载，取s=0.05D=60mm所对应的荷载值15 854kN为单桩竖向抗压极限承载力检测值，未能满足设计要求，仅为设计值的66.06%，承载力至少需提高33.94%，沉降量至少需减少34.62%；一根Φ1200抗压桩(施工桩长86.64m)在24 200kN荷载作用下，桩顶累计沉降量达87.12mm>60mm(s=0.05×1 200mm=60mm)，该级未达到稳定，终止加载，取s=0.05D=60mm所对应的荷载值19 349kN为单桩竖向抗压极限承载力检测值，未能满足设计要求，仅为设计值的80.62%，承载力至少需提高19.38%，沉降量至少需减少45.2%。Φ1 200平均桩顶最大沉降量83.95mm，平均单桩竖向抗压极限承载力检测值17 602kN。

对照该工程岩土详细勘察报告“单桩极限承载力估算成果表”，在未注浆的前提下，Φ1 200抗压桩单桩竖向承载力极限标准值Quk预计高达31 985.0kN(≫17 602kN)，显然该工程实际地质情况不能满足要求，需对工程桩进行后注浆。

5 后注浆设计

5.1 后注浆方式选择

张忠苗[5]等研究表明：土颗粒越粗，桩端后注浆效果越好，当桩基持力层为基岩时，仅采用桩端后注浆，单桩竖向极限承载力仅能提高5%左右，但对减少沉降量作用显著。王陶[6]等对超长桩的承载性能和荷载传递机理的研究表明：超长桩的荷载·沉降曲线没有明显破坏点，其竖向荷载主要依靠桩侧摩阻力进行传递，桩侧摩阻力的发挥存在最佳深度。黄生根[7]等通过实验获得桩基总侧阻提高幅度为12%以上，端阻提高1.4倍以上，侧阻力增量对桩极限承载力的贡献可达到1.5倍以上。

该工程桩基在未注浆的前提下，Φ1200抗压桩为满足设计要求，承载力平均应提高26.66%，沉降量平均应减少39.91%。按文献[8]灌注桩后注浆单桩极限承载力标准值估算公式：

Quk=Qsk+Qgsk+Qgpk=u∑Ψsiqsjklj+u∑Ψsiβsiqsiklgi+ψpβpqpkAp(对于泥浆护壁成孔灌注桩，当为单一桩端后注浆时，竖向增强段为桩端以上12m；当为桩端、桩侧复式注浆时，竖向增强段为桩端以上12m及各桩侧注浆断面以上12m，重叠部分应扣除)。经设计单位复核计算，当为单一桩端后注浆时，Quk仍不能满足设计要求；当为桩端、桩侧复式注浆时，Quk能满足设计要求，故选择采用桩端桩侧复式后注浆方式。

5.2 注浆材料

注浆导管采用Φ25×3.0镀锌钢管，套丝管箍连接，钢管底端采用打孔包扎注浆头，即将钢管底端压扁闭口，底端40cm左右打上4排，每排6个直径8mm～10mm的小孔，再用电工塑料胶布外加橡胶带缠绕包裹并用8#铁丝扎紧。注浆水泥选用42.5级的炼石牌普通硅酸盐水泥。采用纯水泥浆，水灰比控制在0.5～0.6左右，搅拌时间不少于2min。搅拌好的水泥浆液用孔径不大于40um×40um 的滤网进行过滤。

5.3 确定注浆位置

桩端注浆导管沿钢筋笼圆周对称设置3根，进入中—微风化岩·层；桩侧注浆管共4根，其中2根进入⑧中砂层，另外2根⑩卵石层，沿钢筋笼对称设置，长度分别是一根为⑧中砂层底部往上H/3(H为⑧中砂层层厚)处，一根为⑧中砂层中部，另外两根为⑩卵石层顶部往下2m。

5.4 注浆顺序

桩基后注浆时，同一承台桩尽可能同时注浆。对整个群桩基础注浆，注浆作业与成孔作业点的距离不小于8m～10m，大于16m；注浆从外围的桩开始进行，逐步到内部的桩，以获得良好的注浆效果。

桩端桩侧复式注浆时，饱和土中的复式注浆顺序遵循“先桩侧后桩端”的原则，桩侧、桩端注浆间隔时间不少于2h，保证上部注浆体达到一定的初凝强度，避免浆液上窜而冒浆；多断面桩侧注浆时，先上后下。

故该工程Φ1200灌注桩后注浆先从桩侧⑧中砂层开始，接着桩侧⑩卵石层进行注浆，最后进行桩端注浆。

5.5 注浆量计算

按文献[8]单桩注浆量估算公式：Gc=αpd+αsnd=1.8×1.2+0.7×4×1.2=5.52(t)。

经与建设单位、设计单位、监理单位沟通后，结合该工程现场实际地质条件确定该工程Φ1200灌注桩注浆量：桩侧注浆应先从⑧中砂层进行，注入水泥1.5t后，进行技术间歇约1h，再转换另一根注浆管进行注入，后注⑩卵石层，注浆水泥用量每层各为2t。桩端注浆水泥用量不少于1.5t。合计单桩复式注浆水泥总用量5.5t。

5.6 开塞压力及注浆压力

注浆前进行压水试验，按2～3级压力顺次逐级进行，开塞压力3MPa～4MPa。桩端注浆压力≥3MPa，桩侧注浆压力≥1MPa，注浆流量不超过75L/min，每盘水泥注浆时间控制在20min左右。

5.7 终止注浆条件

为保证灌注桩后注浆预期效果及避免低效过量注浆，当满足下列条件之一时可终止注浆：

(1)在满足设计注浆压力条件下，注浆量达到设计要求；

(2)注浆总量已达到设计值的80%，且注浆压力达到设计注浆压力的1.5倍并维持5min以上；

(3)注浆总量已达到设计值的80%，且桩顶或地面出现明显上抬；

(4)多根注浆管的注浆量仍达不到上述要求时，应实行间歇注浆以达到设计注浆量为止；若多次间歇注浆仍不能达到设计值的80%，则注浆压力连续达到8MPa且稳定3min以上，该桩终止注浆，同时对相邻桩加大注浆量。

6 Φ1200工程桩施工过程概况

(1)根据地下室后浇带进行桩基及后注浆施工分区，如图3所示。160根Φ1200灌注桩主要集中在2#楼及1#楼的主楼下，即1区、2区、12区。根据施工总进度计划安排，为保证2#楼住宅的销售节点，施工顺序为1区→2区→12区。每区后注浆时间与周边区域桩基成桩时间间隔≥5d。桩基施工完毕，特别注意后注浆管的成品保护，避免后期无法注浆或注浆量不足。

图3 分区图

(2)每区后注浆严格按本文第4章确定的工艺参数施工，并特别注意每盘水泥用量及水泥浆液的过滤，避免堵管。施工过程时刻查看压力表，并控制好技术间歇时间，如图4～图5所示。

图4 后台制浆图

图5 前台注浆图

(3)每日注浆工效约为2～3根桩/台班。现场备有两套注浆设备及人员。

7 Φ1200工程桩抗压静载试验结果

Φ1200工程桩抗压静载试验结果如表1所示，试验结果均合格。平均桩顶最大沉降量28.53mm<60mm(s=0.05×1 200mm=60mm)。对于该工程施工桩长最大的102#桩，最大试验荷载下桩顶沉降量反而最小，表明复式后注浆对减少沉降量作用显著。

表1 Φ1 200工程桩抗压静载试验结果

8 结论

(1)单桩竖向抗压承载力均满足设计及规范要求。

(2)最大试验荷载下桩顶沉降量均满足设计及规范要求。

(3)该工程选定的复式后注浆工艺参数可靠有效，试验结果满足要求。

由于工期紧且试验桩费用较高，相同地质条件下，缺乏进行仅桩端或仅桩侧后注浆的抗压静载试验数据，未能充分进行注浆与不注浆的对比，仍需搜集大量类似工程数据。

在实际工程中，注浆量较大的桩承载力高于注浆量较小的桩，但由于增加的幅度有限，因而存在一个最优的注浆量。注浆量在一定的条件下，最优浆液扩散半径也很难控制。故注浆效益有待进一步研究。

[1] 邹力，吴兴序，马建林，等.后注浆群桩基础施工期沉降—时间规律试验研究[J].岩石力学与工程学报，2010，29(S2)：4033-4037.

[2] 邹力.后注浆群桩基础沉降性状研究[D].成都：西南交通大学，2007.

[3] 李明，黄良机.珠海地区灌注桩后注浆技术应用效果的实例分析[J].工程质量，2014，32(10)：62-64.

[4] 戴忆帆.基于有限元的桩端后注浆单桩注浆量研究[J].福建建筑，2015(6)：60-63.

[5] 张忠苗，辛公锋.不同持力层钻孔桩桩底后注浆应用效果分析[J].建筑结构学报，2002，23(6)：85-94.

[6] 王陶，马晔.超长钻孔桩竖向承载性状的试验研究[J].岩土力学，2005，26(7)：1053-1057.

[7] 黄生根，龚维明.超长大直径桩压浆后的承载性能研究[J].岩土工程学报，2006，28(1)：113-117.

[8] JGJ 94-2008 建筑桩基技术规范[S].北京:中国建筑工业出版社,2008.

Study on the parameters of composite post-grouting technology for super-long and large-diameter bored concrete pile

ZENGQingyou

(Fujian Construction Engineering Group Company , Ltd，Fuzhou 350001)

The static load tests were conducted on the super-long and large-diameter bored concrete piles with and without post grouting in engineering practice. The test data was compared and it was verified if the parameters of chosen composite post-grouting technology used on and pile tip and side satisfies the need of design and code.

Super-long and large-diameter; Bored concrete pile;Post-grouting; Bearing Capacity; Settlement

曾庆友(1964.10- ),男，高级工程师。

E-mail:493087897@qq.com

2017-03-18

TU74

A

1004-6135(2017)06-0088-04