后注浆施工技术研究

后注浆施工技术研究

马卫平

（江苏建科监理有限公司江苏南京210000）

【摘要】本文作者作为苏州环球188项目的总监，试图从本项目大直径超长桩的后注浆工程桩的成功案例中从常规钻孔灌注桩施工工艺的不足入手，探讨后注浆技术的机理、工艺及控制要点，其工艺尤其适用于非入岩的摩擦型单桩承载力较高的钻孔灌注桩。

【关键词】灌注桩；后注浆；关键技术

【中图分类号】TU753.3【文献标识码】A【文章编号】1002-8544（2017）22-0073-03

1.前言

常规钻孔灌注桩具有噪音小、无挤土，对周边环境影响小的优点。但泥浆护壁钻孔灌注桩工法存在着许多影响单桩承载力的因素，有文献表明：因施工工艺的固有缺陷，大直径钻孔灌注桩承载力降低幅度可达10%~30%，严重者可下降50%及以上。影响泥浆护壁钻孔灌注桩承载力的施工因素主要表现在以下几个方面：

（1）大直径钻孔灌注桩，孔壁的完整性较差，这是因为：①钻具的导向性差而引起的迥转摆动；②土层的结构疏松；③钻具的上下提动的抽吸作用对土层的扰动。

（2）成孔后由于在地层中形成了较大自由面，破坏了地层本身的压力平衡，引发地层压力自由面应力释放，而这个压力仅靠护壁泥浆来平衡是不够的，同时也不可能大幅度提高所用护壁泥浆的比重及粘度，因而应力松弛现象不可避免，桩周土强度降低。

（3）成孔泥浆颗粒吸附于孔壁形成泥皮，泥皮对孔壁起稳定保护作用，但是由于泥皮的存在，阻碍着桩身砼与桩周土的粘结，相当于桩侧涂了一层润滑剂，桩土剪切破坏发生在泥皮与土接触面或泥皮中，同时剪切面也易发生滑移，大大降低了桩侧摩阻力。

2.后注浆浆液渗透机理分析

一些资深专家均认为钻孔灌注桩过于深长，对桩受力及结构不利，且不十分经济，给后注浆技术推广应用带来了极大的发展空间。

通过分析后注浆提高单桩承载力的机理，我们可以确信只有在注浆的土层对象中一定范围内形成所谓渗透注入状态，即浆液挤走土体中的间隙水进入土中产生固化，才能达到最佳效果。不能让浆液在地层中大部分呈脉状劈裂形式向外喷射，即构成劈裂注入，如果出现劈裂注入，则浆液向地层土颗粒间隙中渗透份量减少或渗透不均匀，因而亦可说加固体形状、体积不详，在有限的浆液注入量下，难以保证加固效果。

一般认为在渗透系数小于10~5ccm/s数量级的地基土中难以达到渗透注浆的形式（渗入注浆可注指数K=10-5~10-4cm/s）。上海软粘土的渗透系数一般数量级是10~7cm/s，因此一般以为在上海的地层中要实现渗透注浆的效果比较困难。针对这一情况，我们在持力层的选择和工艺设计上进行了重点考虑：持力层尽量选择在渗透系数较大的，以便在桩端形成扩大的渗透层；工艺上我们加入了对浆液进行湿磨得程序（参照可注指数N=D15/D85≥10~15，式中D15为小于粒径的土颗粒质量占总质量15%的土颗粒粒粒径、D85为小于粒径的注入材料粒质量占总质量85%的注入材料颗粒粒径）。

另外如下所述在注入参数上进行了合理的布置。有理论认为，岩土层渗透系数大于某种程度（K>7.5×10-6/cm/s）时，要想注浆加固效果好，必须使注入方法、注入条件选择得合理。合理注入的关键是选择与土层匹配的注入速度（喷射量），渗透注入中注入速度存在一个极限值，我们要构成渗透注入，必须寻找上述极限速度值，并严格地把注入速度控制在该极限值以下。先把浆液注入速度q（L/min）分成若干段，测定各个阶段之注入压力P，给出p-q曲线。注入压力在注入速度qc点最大，q<qc段的p与q成正比这意味着该区间符合达西定律，属于渗透注入状态，但当注入速度比qc大时，注入压力相反下降，此时注入孔周围的地层中出现劈裂面，同时也是浆液的渗透面，此时注入速度大幅度增加，如果注入速度远超过qc，则劈裂面急剧延伸，此时注入压力不增加，但劈裂面与注入速度q呈正比增大。

我们在注浆前在注浆位置作注入实验，希望能合理地确定注入速度和流水率，估测加固效果的可靠性。在一般中密、中偏低压缩性，饱和砂层中（以⑦1层为代表）其颗粒组成百分比0.5~0.074为40~60%、0.074~0.005为30~50%，孔隙比在0.7~0.8含水率在25%左右，选取注入压力p=0.6~0.8Mpa，注入速度可选q=47~71L/min，在⑤2层粉性土中注浆时，选取注入压力p=0.4~0.6，注浆速度32~47L/min。尽管我们希望注浆过程是一个渗透注入过程，但是由于现场条件的限制使之不可能完全是一个理想的状态，其结果应该是一个以渗透注浆为主，交叉有劈裂和压密注浆形式的复杂过程。

3.桩端后注浆工艺应用基础

通过有针对性的注浆技术分析，钻孔灌注桩后注浆技术能针对常规钻孔灌注桩的工艺缺陷，消除承载力降低的种种弊端，从而提高承载力。

3.1加固桩端虚土，增大承压面积

钻孔灌注桩桩端后注浆时，水泥浆液通过端部注浆管渗入（压入）桩端虚尖及干碴石等处间隙中，同桩端虚土结合起来，增大了桩尖强度，改良了桩端虚土，在桩端虚土被水泥浆液充满固化后，水泥浆液继续向受泥浆浸泡而松软和本身有一定渗透性的桩端持力层中渗透，在桩端形成梨形体扩大头，增大了桩端承压面积。

3.2压密桩端，增加反向预应力

随着梨形体的不断扩大，因渗透压力受周围致密土层限制，不断升高，压力升高对桩端持力层有一定压密作用，提高了桩端土体承载力，同时给桩端面施加反向预应力，能使桩身微抬。当钻孔灌注桩承受自上向下的垂直荷载时，此反向应力将承担部分荷载，从而提高单桩承载力。

3.3充填桩侧，改良泥皮

随着注浆压力的向上释放，桩端注浆时部分浆液将沿桩周上返，充填桩侧与桩周土体间空隙，同时可以破坏、固化泥皮，提高桩侧砼与桩周土体的粘结力，从而提高桩侧摩阻力，另一方面也同时挤密了桩侧土体。

3.4提高桩侧土体强度，相当于增大桩径

当水泥浆液在桩侧周上下运动时，同时也沿径向渗透，由于浆液渗透长度不断增加，浆液体内压力不断增加，当浆液体的压力大于桩周土体空隙水渗透压力时，浆液径向向桩周土体中渗透，它一方面可以密实由于成孔时受泥浆浸泡而松软的桩壁土；另一方面浆液与桩侧土体结合，提高了桩侧土体强度，模糊了桩壁与桩周土的界限，相当于增大了桩径，提高了侧摩阻力，从而提高了单桩承载力。

由于目前还没有后注浆施工技术规程，虽然后注浆工艺已在部分工程上得到应用，但也只能是各家施工单位根据各设计单位的技术要求，结合自己以往的施工经验，摸索出一套施工方法。在实际施工中不可避免地出现了各种问题。

4.钻孔灌注桩后注浆施工关键技术

4.1施工前期准备

4.1.1技术交底制度

对施工人员进行详细的技术交底，主要交底注浆量、注浆压力、注浆进度等指标。对浆液配制及浆液细化需针对压浆桩型和地层情况进行认真剖析，分析项目特点，找出项目施工的难点，并加以注意，同时对钻孔桩施工与后注浆施工的工序交叉、交接提出具体要求。

4.1.2材料组织

按实际完成工作量组织管材耗材进场，考虑一定损耗系数，同时按特定浆液配制要求，组织外加剂及小钻进场。

4.2注浆管路的安装

注浆管路随钢筋笼一起下入前，必须进行孔深的测定和注浆管路的检查工作。

4.2.1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左右，注浆导管对称地绑扎在钢筋笼主筋外侧，随钢筋笼一起下入孔内，直至孔口为止，并不得高出地面。要确保下入深度的标准。

4.2.2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2m与钢筋笼主筋牢固地绑扎在一起，出露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，确保注浆管路畅通。

4.2.3后注浆

（1）待成桩3~5天后，即可进行后注浆施工，注浆前必须对注浆设备和注浆管路进行检查，对注浆桩桩内导管使用清水开塞，检查注浆导管是否畅通。

（2）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*3mm的滤网进行过滤，方可开泵注浆。

在渗透性比较差的地层中注浆，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分钟之间。

（3）注浆泵量控制在32~50L/min以内（有条件可根据地层情况及注入试验结果调整），常规注浆压力控制在0.4~0.6Mpa左右，每根桩注浆必须一次完成，两根注浆导管的注浆间隔时间不得超过12小时。

（4）注浆管路完全不通，视为不合格，需采取补注浆技术措施。

5.注浆失败补救措施

任何工艺都有失败的可能，后注浆施工中如果预置的两根注浆管全部不通，从而导致设计的浆液不能注入的情况，或管路虽通但设计浆液不能达80%、同时注浆压力达不到终止压力，注浆视之为失败。实践检验证明，如下补救措施是有效地。在注浆失败的桩侧采用地质钻机形成对称的两个小孔，直径Φ90mm左右，深度超过桩端50cm为宜，然后在所成孔中重新下放两套注浆管并在距桩端2m处用托盘封堵，用水泥浆液封孔，待封孔5天后即进入重新注浆，补入设计浆量即完成施工。

6.结语

后注浆工艺的优点和灌注桩的缺陷有良好的互补性，可大幅度的提高灌注桩的承载能力，尤其对大直径超长且以磨擦型为主的灌注桩效果尤为显著。

参考文献

[1]沈保汉.后注浆技术（1）[J].工业建筑,2001.31（5）及江西地质环球188钻孔灌桩后注浆方案.