泥浆护壁钻孔灌注桩后注浆施工工艺

泥浆护壁钻孔灌注桩后注浆施工工艺

高艳陆 符传享

中国建筑第二工程局有限公司海南分公司，海南 海口 571135

摘 要：本文介绍了后注浆施工工艺在泥浆护壁钻孔灌注桩中的应用。通过对灌注桩施工工艺固有缺陷以及后注浆工艺注浆机理、施工工艺等方面进行分析，并结合工程实例，旨在说明后注浆工艺的可行性和实际应用效果。

关键词：钻孔灌注桩；后注浆；施工工艺

泥浆护壁钻孔灌注桩以其承载力大、稳定性好、噪声低、对各种地质条件适应性强、沉降量小、施工机械简单等优点，广泛应用于各类工程中。但由于施工工艺的限制，泥浆护壁钻孔灌注桩自身也存在着固有缺陷：在采用泥浆护壁成孔对孔壁土体进行扰动时，因土质差异，易造成孔壁的坍塌；且沉渣的存在会导致桩端支承在沉渣上，泥皮会降低桩侧的摩阻力，严重影响灌注桩的竖直承载力和桩基沉降值。为克服泥浆护壁钻孔灌注桩的工艺缺陷，需对钻孔灌注桩进行后注浆处理。

1 后注浆机理

灌注桩后注浆技术就是利用钢筋笼底部和侧面预先埋设的注浆管，在桩基混凝土达到预定强度后，用高压泵进行高压注浆，浆液通过渗入、劈裂、填充、挤密等作用与桩体周围土体结合，改善土间的力学条件，固化桩底沉渣和桩侧泥皮，起到提高承载力、减少沉降的效果。

钻孔灌注桩的后注浆浆液在岩土中进行流动时，存在多种运动方式，根据地层的变化运动方式也会互相转化。后注浆根据地质条件和运动方式可分为渗透注浆、压密注浆和劈裂注浆。

（1）渗透注浆。浆液高压注入桩底，改变了虚土沉渣的物理化学力学性能及桩与岩层土体的边界条件。当桩底及周围土体为粗粒土时，浆液靠渗入胶结效应使其强度提高。渗透注浆是在不破坏土体结构的压力下，把浆液注入粒状土的孔隙中，从而取代并排除其中的空气和水。在此过程中浆液与周围土体发生化学反应凝结固化形成稳定整体，从而使单位端阻力和侧摩阻力显著提高。按照规范要求，加固效果与时间为双曲线关系，一般20d后提高趋势大大减缓﹐所以桩基承载力检测应在注浆完成20d后进行。

（2）压密注浆。压密注浆是通过提高注浆压力使浆液对砂土和粘土中孔隙等软弱部位起到压密作用，周围土体发生塑性变形，远区土体发生弹性变形。浆液通过挤压填充了桩侧与桩周土的缝隙，相当于加大了桩径，侧摩阻力显著提高。

（3）劈裂注浆。液固化为中低强度混凝土：当土体为细粒土时，浆液以劈裂效应注入，与细颗粒土形成强度和刚度较高的网状加筋复合土体。劈裂注浆是通过较高的压力使土体内产生水力劈裂,就是在浆液达到某一压力时土体内突然出现裂缝，注浆量突然增加,在钻孔附近形成网状浆脉，周围土体成为网状结合，分割加筋成复合土体，大大提高了桩基承载力。

在非渗透性中风化基岩中注浆时，如注浆压力不够大,浆液受岩体约束,只能渗透到沉渣孔隙，形成浆泡,挤压沉渣颗粒，沉渣间的泥浆充填物产生脱水固结，如压力足够大，则会发生劈裂注浆和挤密现象，从而提高端阻力。另外，由于浆液的充填胶结作用，在桩底会形成扩大头，增加了桩端受力的面积，也进一步提高了桩端承载。

桩侧后注浆中侧阻力的提高依赖于由桩侧注入的浆液以相同机理与土体结合。同时桩底后注浆中，由于浆液直接注入桩底，随注浆压力及注浆量增加，一部分浆液克服桩侧摩擦力及上覆土压力沿桩土界面不断向上泛浆，高压浆液冲破泥皮，渗入桩侧土体，使土体得到挤密加强，从而提高侧阻力。另外，桩底注浆可以使桩上抬而产生反向摩阻力，相似于“预应力”原理，提高侧阻力。

注浆处理后土体刚度加强使桩沉降量减少，除此以外，在注浆压力作用下，使桩端压缩变形有部分在施工期内提前完成，也减少了日后使用期的竖向变形。

2 后注浆施工工艺

本工程建设地点位于海口美兰临空经济区，北侧为机场路，西侧和南侧为空港东路，东侧为空港东南纵二路，土地总用地面积为133485.9平方米(约200亩)。根据地勘报告及其试桩中施工地质情况，桩基穿越土层存在裂隙、孤石等不利地质情况，为提高成桩质量，设计图纸中对桩基采用桩侧后注浆工艺对桩侧土层进行加固处理。

1）注浆管布设与安装

压浆管采用直径为25mm*3.2钢管制作，对称设置两条桩侧压浆管，注浆管安装时需形成两个断面，注浆于不同的地质层，长注浆管距离桩底3-5m，主要注浆于中风化岩层，短注浆管距离孔底6-8m，主要注浆于粉质黏土及其强风化岩层范围；顶端注浆口超出现地面0.5m，注浆管合理设置压浆阀，以满足桩施工完成后注浆。在下钢筋笼前，将设计的桩底注浆管置于钢筋笼外侧，在下中间钢筋笼时将桩侧注浆管置于钢筋笼外侧均匀分布绑扎，与钢筋主筋平行，并用10#~12#铁丝每隔2~3m与钢筋笼主筋牢固地绑扎在一起。

2）注浆前压水实验

注浆前压水实验是桩底注浆一道重要工序。除起到一般注浆工程的三个作用外（即检查设备及系统的密封性与完好率，确定注浆初压及确定注浆起始浓度和注浆配合比，）在桩底注浆中还有三个重要作用：（1）疏通注浆通道；（2）将沉渣及泥层中的细粒部分压至加固范围内；（3) 压水量一般控制在0.2方以内，压水时间1-2分钟，以压通为准（即压通后泵压明显下降）。

3）施工参数

注浆施工时的浆液配比、终止注浆压力、流量、注浆量等参数设计根据《建筑桩基技术规范》(JGJ94-2008)第6.7.4条的要求；浆液的水灰比应根据土的饱和度、渗透性确定，对于饱和土水灰比宜为 0. 45~0.65，对于非饱和土水灰比宜为 0.7~0.9(松散碎石土、砂砾宜为 0.5~0.6)；低水灰比浆液宜掺入减水剂；注浆终止注浆压力应根据土层性质及注浆点深度确定，对于风化岩、非饱和黏性土及粉土，注浆压力宜为 3~10Mpa；对于饱和土层注浆压力宜为 1.2~4MPa，软土宜取低值，密实黏性土宜取高值；压浆速度不宜超过75L/min，水泥采用P042.5水泥进行注浆。后注浆作业开始前，宜进行注浆试验，优化并最终确定注浆参数。

根据《建筑桩基技术规范》(JGJ94-2008)，单桩注浆量的设计应根据桩径、桩长、桩端桩侧土层性质、单桩承载力增幅及是否复式注浆等因素确定，可按下式估算：

= d+ nd

式中 、 --分别为桩端、桩侧注浆量经验系数， =1.5~1.8, =0.5~0.7

对于卵、砾石、中粗砂取较高值；

n--桩侧注浆断面数；

d--基桩设计直径（m）

--注浆量，以水泥质量计（t）；

对独立单桩、桩距大于6d的群桩和群桩初始注浆的数根基桩的注浆量应按上述估算值乘以1.2的系数。

4）施工流程

桩身砼养护2-5天——连接地面注浆系统（调试）——拌制泥浆——压浆（填写记录）——压浆完成——地面压浆管路清洗

5）注浆和终止注浆

开始注浆时，注浆压力会偏高（劈开压力），观察压力表和浆液的注入情况，并做好记录。如果出现压力偏高、不足或桩侧溢浆，应该根据规范采取措施。当达到注浆量时，应该停止注浆，关闭三通下阀门打开上阀门。（保证水泥浆不会从注浆导管中溢出）。

当满足下列条件之一时，可终止注浆：

a.注浆总量和压力值均达到方案设计要求：

b.单桩注浆量达到设计值75%,且注浆压力超过设计值；

如出现注浆压力长时间低于正常值或地面出现冒浆或周围孔串浆，应更改为间歇注浆，间歇时间宜为30~60min，或调低浆液水灰比。

6）其他要求

后注浆作业开始前，宜进行注浆试验，优化并最终确定注浆参数。当注浆压力长时间低于正常值或地面出现冒浆或周围孔串浆，应改为间歇注浆并满足相关工艺要求。根据施工实际情况，必要时考虑二次注浆工艺。注浆作业宜于成桩2d 后开始；不宜迟于30d后。注浆作业与成孔作业点的距离不宣小于8-10m。

3 施工中易出现的问题及解决措施

（1）管道压浆困难

浇注混凝土过程中，振捣器将灌浆管或排气管碰坏，使混凝土钻入管道内，造成无法灌浆。波纹管被振捣器压振变窄，预应力钢材或套管生锈及存有异物，灌浆时灰浆将铁锈及异物聚集，妨碍灰浆通过。灌浆前，未事前清洗管道，灰浆失水沉积；灰浆未过筛，混入灰浆的异物、颗粒堵塞灰浆通道。

对于无法灌浆的情况，应避免强行灌注，可采取措施凿除侵入混凝土，设法让灰浆通过。灌浆前，必须让灰浆通过1.2mm筛孔的筛，并用压力水冲洗管道。在炎热夏天，压力水冲洗，可降低灌注通路温度和湿润通道，避免灰浆早凝、早硬、沉积。当发生灌注中管道堵塞时，应中止灌浆，立即由相反方向灌人压力水，将已灌灰浆完全排除，待灌注通道畅通后，再重新灌浆。

（2）管道开裂

由于抽管、灌浆操作不当产生裂缝。由于灰浆泌水量较多，或灰浆水灰比大，灰浆硬结后形成空腔，夏季有水渗入，冬季冻胀使管道产生开裂。施工中，个别钢束孔未灌浆，存留其中的水发生冻结，使管道产生裂缝。

混凝土应振捣密实，特别是保证孔道下部的混凝土密实；对于抽芯法预留孔道时，防止抽管时使管道产生裂缝。避免冬季进行灌浆。如需要时，要保持管道周围温度在灌浆前不低于5℃，灌注灰浆的温度宜控制在10～20℃之间，压浆中及压浆后48h内，结构混凝土温度不得低于+5℃，否则应采取保温措施。灌浆中认真检查，防止发生漏灌现象。对开裂管道，将裂缝部分混凝土凿掉，排除积水，然后再压注灰浆或树脂剂等，填满所有空隙。

（3）出现冒浆

压力注浆时常会出现水泥浆沿桩侧或在其他部位冒出地面的现象。若在本桩侧壁冒浆，一般采用间歇注浆的方法,即冒浆后先停止注浆并用清水将管路冲洗干净，等过8～24h后再复注,如此循环以达到设计确定的注浆量为止。若在其他桩位或远处地面冒出，说明桩底浆液已经饱和，可以停止注浆。

4 注浆效果分析

采用压浆泵将调制好的水泥浆液注浆，带有压力的水泥浆液，不断冲裂桩底沉渣及相邻的土体，渗透扩散到加固桩端土。一部分水泥浆液沿桩土界面往上渗透、扩散，使得疏松的泥皮挤压密实，加固桩周相邻土层，改善了桩土关系，使得桩的侧壁摩阻力得到了充分的发挥和提高；另一部分水泥浆液加大了下部桩径，形成了桩端扩大头，增加桩端面积。另外，后压浆的水泥浆上返时，能填充空隙，有效地加大了桩与桩周土的接触面积，因此可以大幅度地提高桩承载力。

5 结语

灌注桩后注浆技术可以大幅度提高桩承载力，减小桩的沉降，且具有施工设备、工艺简单，技术成熟，适应性强的特点，在工程应用上可获得很大的经济和社会效益。本文结合工程实例对泥浆护壁钻孔灌注桩后注浆施工工艺进行介绍，着重阐述该工艺作用机理及施工工艺，并对施工过程中常遇的问题提出有效的处理措施。旨在为类似工程提供经验，促进该技术得到不断地发展。