钻孔灌注桩后注浆工作机理及工程应用研究
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【摘要】钻孔灌注桩后注浆技术是将注浆技术与灌注桩技术有机结合的先进的基础施工技术，能有效提高单位面积承载力，减少沉降量，效果显著。本文从该技术的作用原理出发，阐述了该技术的优势所在，并重点分析了施工方法及注意事项，以期对广大同行有所裨益。
【关键词】钻孔灌注桩；后注浆；施工
在建筑深基础工程中，桩基础作为主要的形式及手段，按照施工方法的不同，可分为预制桩及灌注桩两种。相较于预制桩，钻孔灌注桩具有适用条件广、桩长及桩径可灵活选择，不受施工季节限制，无挤土，单桩承载力大等优势，因此自上世纪80年代以来，钻孔灌注桩被广泛应用于高层建筑及旧城改造的桩基础工程中。但灌注桩在施工中也存在一定缺陷，主要表现为成孔过程中因泥浆比重偏大，导致较多泥浆沉淀，较难清除或改善、桩侧泥皮厚，导致侧摩阻力明显下降等。基于以上因素，国内外把地基处理灌浆技术引用到桩基，采取对桩端和桩侧实施压力注浆措施，此即所谓的后注浆技术。所谓钻孔灌注桩后注浆技术，是成桩时在桩底或桩侧预置注浆管路和注浆装置，待桩身达到一定强度后，通过注浆管路，利用高压注浆泵压注以水泥为主剂的浆液，固化孔底沉渣及桩侧泥皮，从而消除传统灌注桩施工工艺所固有的缺陷，实现提高桩的承载力、减少沉降量的一种科学先进的技术方法，目前，改法已在全国范围内被广泛应用，并被列入《建筑桩基技术规范》（jGj94 2008）中。下面，笔者现结合实践经验，就该技术进行相关探讨，以供参考。
1 钻孔灌注桩后注浆技术机理分析
后注浆技术的原材料为水泥浆及相应的外加剂，在桩底后注浆，浆液会先渗透至最疏松的桩端沉渣间隙中，并与沉渣相互融合作用，形成结石，并在结石的强度作用下，消除桩底沉渣的影响。而随着压力的越来越大以及注浆量的增多，浆液会持续渗透至“虚尖”“干渣石”中，使得桩端结合部的强度逐渐增大。当浆液将沉渣、干渣石、虚尖的间隙都填充满后，会沿桩壁上返，充填于桩身混凝土与桩侧周围土体间的间隙中，促进混凝土与周围土体粘结力的提升，进而使得桩侧的摩阻力得到提高。另一方面，由于泥浆的浸泡，桩底持力层越来越松软，而随着注浆量的增加及注浆压力的提高，浆液会不断地向该持力层填充、渗透、劈裂。渗透注浆时，浆液因注浆压力渗入地层的空隙或裂隙中，通过渗透及填充方式充填孔隙，浆液凝固后把土颗粒粘在一起，形成水泥土结石体，在桩端形成扩大头，使得桩端承压面积增大，相当于对钻孔灌注桩进行扩底，使得桩底承载力大大提高。劈裂注浆时，浆液克服地层的初始应力和抗拉强度，破坏并扰动土体结构，使浆液沿垂直于小主应力的平面上发生劈裂，促进地层中原有空隙及裂隙的进一步扩展，并形成新的空隙或裂隙，浆液沿劈裂脉渗透注入地层，使单一介质土体被网状结石体分割加筋成复合土体，提高了桩端土体密度并能有效地传递和分担荷载，从而提高桩端阻力。同时，当桩端扩大头不断增大时，渗透能力受到周围致密土层的限制，使压力不断提高，对桩端持力层起压密作用，提高了土体的承载力，从而提高了桩的承载力。综合以上分析可知，后注浆对单桩承载力的增强效应主要表现在如下四个方面：一是桩端沉渣及桩侧泥皮的固化效应；二是水泥浆液渗入粗粒土的充填胶结效应；三是水泥浆液在细粒土中的劈裂注入形成加筋效应；四是单桩的扩底扩径效应，即桩端形成扩大头，桩表面形成紧固于桩体的水泥结石层。
2 钻孔灌注桩后注浆技术优势分析
与单一工艺的灌注桩相比，钻孔灌注桩后注浆技术的显著优点，主要表现在如下几大方面：1）克服了传统灌注桩的缺点，保留了其基本优点。2）使桩的承载力大幅度提高，技术经济效益显著。据相关资料记载，相较于未注浆桩，桩端压力注浆桩的极限承载力增幅达50%～260%（桩端为粗粒土层时）和14%～138%。3）采用后注浆法，可改变桩端虚土（包括孔底扰动土、孔底沉淀土、孔口与孔壁回落土等）的组成结构，形成水泥土扩大头，有效解决普通灌注桩桩端虚土此一技术难题，提高桩基工程质量。4）适用范围广。钻孔灌注桩后注浆技术适用于各种性质的地层土条件下的泥浆护壁钻、挖、冲孔灌注桩，也适用于作业钻、挖孔灌注桩，对于大直径，超长大型桩适应效益更明显。5）压力注浆时能对注浆量、注浆压力及桩顶上抬量等参数进行测试，既能进行注浆材料的质量管理，又有可能预估单桩承载力。6）技术经济效果明显高于成孔后（即成桩前）进行压力注浆的孔底压力注浆类桩。7）注浆设备简单，施工方法简便灵活，普及推广较为容易。
3 钻孔灌注桩后注浆施工工艺
3.1施工工艺流程
3.2施工要点
3.2.1设定注浆参数
注浆参数主要包含以下三要素，即注浆水灰比、注浆量及闭盘压力。不同的工程，因地质条件不同其采用的参数也不同。在工程桩施工前，应先设定参数，再结合设定的参数进行试桩施工，试桩完成后达到设计强度，进行桩的静载试验，最终确定试验参数：1）水灰比。水灰比过大会造成注浆困难，过小会造成水泥浆在压力作用下形成离析，因此以0.15～0.17为宜。2）注浆量。注浆量的多少主要取决于碎石层的孔隙率，在碎石层碎石含量为50～70%，桩间距为45m的条件下，注浆量为115～210t。3）闭盘压力。一般根据事先设定的注浆量来控制，
但同时也要控制注浆的压力值。一般闭盘的最大压力以18MPa为宜。
3.2.2制作与安装注浆管
注浆管的材料以直径为Ф25mm或Ф30mm的镀锌钢管或无缝焊管为宜，对于桩长超过50m的桩，基于管内摩阻力对注浆压力的影响，可采用38mm～50mm直径的管。注浆管需要连接的采用现场加工丝扣，套管连接，用钻头在出浆部位打出每排4～6个Ф5mm左右的小孔，共4排，将图钉放在每个小孔上，外部套上自行车内胎，再用胶带缠绕绑扎封严，从而使注浆喷头就起到简易的单向阀功能：注浆时产生压力将车胎进裂、图钉弹出，水泥浆通过注浆孔喷出，而在桩身混凝土灌注时该套装置又保证混凝土浆液不会将注浆管堵塞。在根桩上上布置2根注浆管，位置需对称，若桩径大于1500mm，则布置3根，注浆管应与钢筋笼有效连接亦可作为一根主筋。下钢筋笼时，为避免注浆管丝扣松动或车胎破裂造成堵塞，需对注浆管进行保护，切忌撞笼、墩笼或扭笼。
3.2.3注浆顺序与时间
（1）成桩2d后开始注浆，切忌迟于成桩30d后。（2）保证注浆作业与成孔作业点间距在8～10m之间。（3）对于饱和土中的复式注浆顺序宜先桩侧后桩端；对于非饱和土宜先桩端后桩侧；多断面桩侧注浆应先上后下：桩侧桩端注浆间隔时间不宜少于2h。（4）桩端注浆应对同一根桩的各注浆导管依次实施等量注浆。（5）对于桩群注浆宜先、后内部。
3.2.4注浆节奏
为确保有限浆液尽可能充填并滞留在桩底有效空间范围内，注浆过程中节奏的掌握也尤为重要。应强调实行间歇注浆，间歇时间一般为12h，但要特别注意的是，在第一次注浆后一定要对注浆管及时冲水，以免浆液造成堵塞。对于短桩，桩底注浆时往往会出现浆液沿桩周上冒现象，此时应在注入到冒浆后暂时停止一下，待桩周浆液凝固后，再施行补注浆，经过反复补注，如此可以达到设计要求的注浆量。
3.2.5注浆量与终止注浆的控制
在相同注浆条件下，注浆量越多，桩基承载力提高的幅度就越大。如前所述，要针对不同的地质条针对性地确定桩底注浆工艺及参数，在保证桩底不破坏及桩不上抬的前提下，实行桩底注浆量及注浆压力双控。一般，当压注水泥量达到设计要求，压力也较大时，稳压5min后即可终止注浆，视为合格。当压力大于等于3MPa时，浆液难以注入且注浆量已达到设计注浆量的80%也可终止注浆。当场地附近出现渗浆现象或注浆量满足要求，压力却较小时，不能盲目地认为注浆量达到要求而中止注浆，应采用间隔复压、掺早强剂、封闭渗浆通道等方法以保证有效注浆量。
3.2.6注浆压力
后注浆压力控制是一项较为重要的技术指标，应由专人时刻对压力的变化进行观察。持力层地质情况及水泥浆液浓度对注浆压力有很大影响，在正常压力下，水泥浆很容易压入，说明持力层渗透性大，水泥浆液扩散范围大，这时应用较低一级的压力进行注浆：当注浆量逐渐减小时，再加一级压力，逐级升至达到容许注浆压力。为防止发生损坏桩体及其他质量安全事故，注浆压力一般控制不应大于3MPa。
4 施工注意事项
4.1对于注浆管的安装设置，应注意如下问题：注浆管上方均设有管螺纹、接头及丝堵或球阀，外接高压注浆管；桩侧注浆管下端设有螺纹及用以连接桩侧注浆器的三通：注浆管的连接采用螺纹、接头、生料带，必要时部分采用套管焊接，焊接必须连续密闭，焊缝饱满均匀，不得有孔隙、砂眼；注浆管与钢筋笼的绑扎应牢固，绑扎点应均匀。
4.2钢筋笼入孔过程中根据设计注浆段标高，计算注浆器设置位置，及时插接桩侧注浆器。
4.3注浆器为环绕钢筋笼外侧一圈可注浆的加筋弹性软管，与注浆管底部三通相连，沿软管环向一圈，均匀设4～5排注浆孔，注浆孔外包裹高压防水胶带和橡皮套，注浆孔位器预留一定长度软管凸出钢筋笼，注浆时减少对桩身混凝土影响，同时将每两排注浆孔中间位t软管绑紧于钢筋笼外侧。
4.4桩侧注浆管阀应能承受1.0MPa以上进水压力，管阀外部保护层应抵抗砂石等硬质物的挂撞，而不至于使管阀受损，管阀应具备逆止功能。
总之，钻孔灌注桩后注浆技术是将注浆技术与灌注桩技术有机结合的一种较为先进的基础施工技术，经工程实践表明，与普通的钻孔灌注桩相比，采用后注浆钻孔灌注桩，能大幅度地提高单位面积承载力，在相应的荷载作用下沉降变形小，且能较好地控制施工质量，经济和社会效益明显，因此，在具备条件的工程中推广后压浆施工工艺，具有积极的现实意义。