２０１１年第１２期 西部探矿工程 ２１ 钻孔灌注桩后注浆施工技术的原理与应用 赵锡山 ，赵 晋 （河北省地矿局秦皇岛矿产水文工程地质大队，河北秦皇岛０６６０００） 摘要：灌注桩后注浆是指钻孔灌注桩在成桩后，通过预先安装于桩底或桩侧的注浆管路，用高压注 浆泵将一定压力的水泥浆液压入桩端和桩侧土层，增强了桩端土和桩侧土的强度，从而消除传统灌注 桩施工工艺的固有缺陷，达到提高承载力、减少沉降量的一项技术措施。从注浆理论、作用机理、施工 工艺等方面作了较为详细的论述，并结合具体工程实例对其优越性进行描述。 关键词：钻孔灌注桩；后注浆；作用机理；工艺流程 中图分类号：Ｕ４４３．１５文献标识码：Ｂ文章编号：１Ｏ０４—５７１６（２Ｏｌ１）１２一ＯＯ２１—０４ 随着我国经济建设的快速发展，高层建筑物、大型 施工工艺均无法达到１００ ９／６彻底清孔，桩端沉渣层的存 厂房和大型桥梁等大量出现，这无疑对地基承载力提出 在使桩端相当于支撑在软弱层上，不但无法充分发挥桩 了更高的要求。钻孑Ｌ灌注桩以其承载力大、沉降量小、 端承载力，还可能使得桩顶沉降量大大增加。大量的施 稳定性好、桩长和桩径可变等特点在基础工程中应用普 工经验证明在静载压桩实验中，有相当一部分桩在加载 遍。但桩底沉渣和桩侧泥皮的存在，使其桩端承载力和 到某一荷载时，桩顶突然急速下沉，此时继续加载则桩 桩侧摩阻力难以充分发挥，对承载力影响较大，为了克 的沉降速率明显减缓，再继续加载则桩体恢复稳定，这 服这些工艺缺陷提高桩体承载力，我国广大岩土设计和 说明随着桩底沉渣的逐渐压实，桩端承载力在逐渐增 施工人员经过多年的实践探索，总结了一整套钻孔灌注 加。如图１所示。 荷载Ｑ（ｋＮ） 桩后注浆施工方法，提高了工程质量，缩短了工期，节约 ０ ２ ４ ６ ８ １０ １２×１０００ 了工程造价。 １传统灌注桩施工工艺的固有缺陷 钻孔灌注桩是一种较为常见的基础形式，它适合于 各类地层，包括软土、黄土、淤泥质土等不良土质及各类 鲁８ｏ 妄 岩石层。钻孔灌注桩施工中采用钻机成孔，泥浆护壁，下 钢筋笼后灌注混凝土成桩，具有桩长和桩径可以灵活选 潋 蜉 择，施工不受季节，无挤土，单桩承载力大等优点。 １６０ 但在实际施工及应用中发现钻孔灌注桩也存在一些自身 无法克服的固有缺陷，主要表现为以下几个方面。 １．１桩侧泥皮较厚导致侧摩阻力大幅下降 图１桩顶荷载与桩底沉降关系图 钻孔灌注桩在成孔过程中为了稳定孔壁防止缩孔 和塌孔，一般均采用泥浆（或膨润土）护壁工艺，这样就 １．３桩身混凝土质量问题 在桩身周围形成了一层厚度从几毫米到几厘米不等的 在钻孔灌注桩施工中难免存在桩身混凝土离析、夹 泥皮。泥皮的存在改变了桩土相互作用性状，使得灌注 泥和缩扩径问题，虽然通过施工技术人员的努力这些问 桩的侧摩阻力大幅下降，从而严重削弱了钻孔灌注桩的 题可以降低限度并满足规范要求，但灌注桩在浇筑混凝 承载能力。 土成桩时由于混凝土的收缩还是会产生与桩侧土间的 １．２桩底沉渣厚导致桩端承载力无法充分发挥 收缩缝现象，不利于承载力的充分发挥。 钻孑Ｌ灌注桩在施工过程中的沉渣不可避免，目前的 １．４同一施工场地内钻孔灌注桩竖向承载力的离散问 ＊收稿日期：２０１１－０２－２３ 修回日期：２０１１—０２—２５ 第一作者简介＂．￣ｊＩｈ（１９７９一），男（汉族），河北唐山人，工程师、全国注册一级建造师，现从事岩土工程、桩基础、岩芯钻探工程技术管理工作。 ２２ 题 西部探矿工程 具有相同桩型和持力层的钻孔灌注桩，在大范围施 工中由于施工技术水平的差别，沉渣厚度不同，地质条 件的局部差异及其他因素影响，会导致同一场地内的灌 注桩竖向承载力离散性较大的问题，严重时更可造成群 桩的不均匀沉降，直接危及上部建筑物。 阻力和侧摩阻力显著提高。按照规范要求．加旧效果 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（掺有 强 剂的可于１５ｄ后进行）。 （２）压密注浆的充填胶结效应。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 ２钻孔灌注桩后注浆施工工艺的优势与作用机理 到压密作用，周围土体发生塑性变形，远区士体发生弹 为了克服钻孔灌注桩上述的这些缺陷，人们开发了 性变形。浆液通过挤压填充了桩侧与桩周土的缝隙，相 灌注桩后注浆技术。所谓灌注桩后注浆是指钻孔灌注 桩在成桩后，通过预先安装于桩底或桩侧的注浆管路， 待桩身达到～定强度后，用高压注浆泵将一定压力的水 泥浆液压人桩端和桩侧土层，以填充、渗透、压密、劈裂、 固结等作用对桩端土和桩侧土进行固化，把原来松散土 粒和裂隙胶结成具有一定强度的结石体，增强了桩端土 和桩侧土的强度，从而消除传统灌注桩施工工艺的固有 缺陷，达到提高承载力、减少沉降量的一项技术措施。 ２．１灌注桩后注浆施工工艺优势 （１）固化了桩侧泥皮和周围土体提高了侧摩阻力； （２）固化了桩端沉渣并加固了持力层提高了端承 力； （３）群桩注浆后浆液扩散连通固化，相当于在桩端 形成了一块坚硬的持力层，减少了群桩的不均匀沉降； （４）通过桩端和桩侧注浆对周围土体进行了填充、 渗透、压密、劈裂和固结，从而大大提高了桩基础抗各种 动荷载（如列车荷载、桥墩摇动荷载、大型机械设备震动 荷载）和水平荷载的作用能力； （５）后注浆工艺还可以对工程桩的事故处理和原有 桩的加固处理起到很好的作用。 ２．２钻孔灌注桩的岩土注浆理论和作用机理 岩土注浆理论是应用力学原理，对浆液在岩土介质 中的单一流动形式进行分析，建立压力、流量、扩散半 径、注浆时间之间的关系。实际上，浆液在岩土介质中 往往以多种形式共同运动，而且随着地层的变化，浆液 的性质和压力变化而相互转化或共存。压力注浆根据 地质条件、注浆压力、浆液对土体的作用机理和运动方 式，可分为渗透注浆、压密注浆和劈裂注浆，三种注浆方 式可以是单独的，但绝大多数情况下是三种方式相互作 用。尽管浆液在地层中运动形式很复杂，但其在一定条 件下总是以某种流动形式为主，如砾石层以渗透注浆为 主；密实粉砂及加固沉渣以压密注浆为主；粉质粘土则 主要表现为劈裂注浆。 （１）渗透注浆的固化效应。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孑Ｌ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 当于加大了桩径，侧摩阻力显著提高。 （３）劈裂注浆的加筋效应。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・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。 ３钻孔灌注桩后注浆的参数设定 钻孔灌注桩后注浆的参数主要包括注浆量、水灰比 和注浆压力，由于地质条件不同，注浆参数亦不相同。 在工程施工前应充分研究地质勘察报告，结合以往施工 经验预先设定参数进行试桩施工，最终通过试桩的高应 变和静载检测试验确定正式参数。 ３．１注浆量 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： （ 一 ｐ ＋口 ７ｚ 式中：ａ 、 ——桩端、桩侧注浆量经验系数，ａ 一１。５～ １．８， －－０．５～Ｏ．７；对于卵石、砾石、中粗砂取较高值； －＿—桩侧注浆断面数； ——基桩设计直径，ｍ； Ｇｃ——注浆量，以水泥质量计，ｔ。 对单桩、桩距大于６ 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 ３．２水灰比 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～（）。６） 低水灰比浆液宜掺入减水剂；有地下水流动时还应掺人 速凝剂。 ３．３注浆压力 桩端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、非饱和粘性土及粉土，注浆压力 宜为３～ＩＯＭＰａ；对于饱和土层注浆压力宜为１。２～ ４ＭＰａ，软土宜取低值，密实粘性土宜取高值；注浆流量 不宜超过７５Ｌ／ｍｉｎ。 ４钻孔灌注桩后注浆施工工艺 ２０１１年第１２期 西部探矿工程 ２３ ４．１施工工艺流程（见图２） 注浆方案设计及参数设定 钻孔灌注桩成孔 钢筋笼制作及注浆管安装 Ｆ钢筋笼及浇筑混凝土 注浆管清水开塞 配置注浆液 后注浆施工 图２施工工艺流程图 ４．２施工要点 ４．２．１注浆管制作与安装 注浆管材料一般选择镀锌钢管或无缝焊管，直径一 般采用 ２５ｍｍ或 ３０ｍｍ（对于桩长超过５０ｍ的桩， 考虑管内摩阻力对注浆压力的影响，可采用 ３８ｍｍ￣ ５０ｒａｍ）。注浆管需要连接的采用现场加工丝扣，套 管连接，出浆部位用钻头打出４排每排４～６个 ５ｍｍ 左右的小孔，每个ｄ，ＦＬ放上图钉，外部套上自行车内胎 并用胶带缠绕绑扎封严，这样注浆喷头就起到了一个简 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。 每根桩一般对称布置２根注浆管（桩径大于 １５００ｍｍ的宣布置３根），注浆管应与钢筋笼有效连接 亦可作为一根主筋。下钢筋笼时应注意对注浆管的保 护，不得撞笼、墩笼、扭笼，以免注浆管丝扣松动或车胎 破裂造成堵塞。 ４．２．２压水试验 压水试验通常在灌注桩浇筑后５ｄ内进行，以检查 管路与单向阀的畅通状况，同时清除单向阀周围混凝土 中沉渣和泥浆。如果在桩侧或桩端出现扩孔、塌孔或充 盈系数较大的现象时，需特别注意提前进行压水试验， 以确保能冲开较厚的砼覆盖层。试验时应该由技术人 员记录冲破压力值及管路的疏通情况。 ４．２．３注浆顺序与时间 （１）注浆作业宜于成桩２ｄ后开始；不宜迟于成桩 ３０ｄ后； （２）注浆作业与成孔作业点的距离不宜小于８～ １０ｍ； （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）对于桩群注浆宜先外围、后内部。 ４．２．４注浆参数及终注条件 后注浆技术终止压浆的总的控制原则是以压浆量 为主，压力控制为辅。压浆参数根据地质条件合理选 择，如桩端为密实的砾石、卵石层时，可考虑采取大压浆 量和较大的压浆压力，以压浆量为主要控制指标；如桩 侧为密实的砂土层，则可以压浆压力为主要指标，压浆 量为参考指标。 当满足下列条件之一时可终止注浆： （１）注浆总量和注浆压力均达到设计要求； （２）注浆总量已达到设计值的７５ ，且注浆压力超 过设计值。 ４．３施工中易出现的问题及解决措施 ４．３．１ 注浆喷头堵塞无法打开 此种情况是施工中最常出现且比较严重的问题，当 压力达到１０ＭＰａ以上仍无法打开时，可以确定注浆管 路或喷头损坏，不得再强行增加注浆压力，此时应在另 一根注浆管中补足注浆数量；若注浆管都堵塞．，是群桩 基础的可以加大对邻近两根桩的注浆量加以弥补，单桩 基础的应用小钻机补打注浆孑Ｌ注浆。 ４．３．２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。 ４．３．３浆液流失 若在注浆过程中压力一直较低，注入很容易且是在 注浆量较大的时候，则地下可能存在土体断层、溶洞孔 洞等通道使浆液流失。出现此种情况应先查明原因，同 时采用加人速凝剂、控制水灰比、增加水泥用量的方法 多次间隔注浆。 ５工程实例 在内蒙古自治区呼和浩特市某大型水泥厂桩基工 程项目，设计桩径分别为ｊ２『８００ｍｍ、 １０００ｍｍ后注浆 钻孔灌注桩，设计要求单桩竖向极限承载力标准值分别 为５５００ｋＮ、８５００ｋＮ，桩端持力层为卵石层且该层厚度 ２４ 西部探矿工程 ２０１１年第ｌ２期 很大，难以贯穿，若采用增加桩长或增大桩径的方式来 ①② ③ ④⑤ ⑥⑦ 法，桩径不变，桩长大于２４ｍ且要求桩端进入持力层大 提高单桩承载力，必然会造成施工难度增加，工期延长 及总费用的提高。故而设计采用桩端、桩侧复式注浆方 于ｌｍ，这样在满足承载力要求的同时又缩短了』 程工 期，节约了造价，达到了很好的经济效益。 表１地层物理力学性质参数表 内 地层 地层土 角 Ｇ极 力极 代号 名称 杂填土 粉质粘土 慧 （ｋＮ／ｍ ３） 可塑 １８．３ Ｅｓ（ＭＰａ）６．５ 粉土 粉细砂 细中砂 粉细砂 中粗砂 粉质粘土 中粗砂 松散一稍密 松散一稍密 稍密一中密 １８．０ １９．２ ２０．０ １８．０ ８．０ ｌ１．０ １５．０ ５．０ ８００ ６５Ｏ ７００ 粉质粘土 软塑一可塑 １６．０ 稍密一中密 ５ ３ ４ ９ ２ ０ Ｏ ６ ２ １９．５ Ｏ Ｏ Ｍ０ 均 Ｏ Ｏ ∞Ｏ ∞ Ｏ Ｏ Ｏ ２Ｏ．０ 中密一密实 ２０．３ 可塑 中密一密实 １８．５ ２０．５ ７．５ ２２．Ｏ １７５０ 在该工程的实际施工中技术人员结合现场地质、地 层情况，严格按照规范操作，为了取得良好的注浆效果， 先进的基础施工技术。它不仅具有布桩灵活，对桩端持 力层选择余地大，缩减工程量，节约工期，降低工程造价 决定采用间隔注浆的方法，于桩体混凝土灌注后４８ｈ开 等优点，还具有注浆设备操作简便，注浆压力、注浆量双 ∞ 驼 骼 始初次注浆，间隔８ｈ后再次注浆。注浆液采用４２．５普 向控制质量易保证，应用范围广等优势。所以，在具备 通硅酸盐水泥，经现场测定的水灰比为０．７，终止注浆 条件的工程中大力推广钻孔灌注桩后注浆施工技术有 压力为４ＭＰａ，２１２根桩平均注浆量为２．２３ｔ。注浆完成 着重要意义和广阔的前景。 后２３ｄ经呼和浩特市质监站检测，低应变检测结果显示 ７ Ｏ Ｏ∞Ｏ Ｏ ０ 桩体质量全部达到Ｉ类桩标准，高应变检测极限承载力 ８００ｒａｍ桩平均为１１６６０ｋＮ， １０００ｍｍ桩平均为 １２４４４ｋＮ，均大大超过设计的极限承载力要求，静载压 桩试验也全部合格。由此可见，在该工程中通过采用桩 参考文献： Ｅｌｉ ｊＯＪ９４—２。０８建筑桩基技术规范Ｅｓ］．中国建筑工业出版 社，２００８． ［２］ ＧＢＳＯ０００７－－２００２建筑地基基础设计规范［ｓ］．中国建筑＿ｉ 业出版社，２００２． 端、桩侧复试注浆的施工方法，不仅有助于提高桩体质 量还使桩基极限承载力大幅度提高，群桩不均匀沉降减 小，完全能够适应水泥生产线上大型设备的荷载和在生 产中产生的震动。 ６结束语 ［３］张忠苗．灌注桩后注浆技术及工程应用［Ｍ］．中国建筑二Ｉ 业出版社，２００９． 附 ∞ ∽蹦 Ｅ４］绳钦柱，刘序鹏，王李果．钻孔灌注桩后压浆法桩端地基加 固施工技术［Ｊ］．施工技术，２００４（１）． ［５］张立钢，申金生，赵国兴．泥浆护壁灌注桩后注浆技术及应 用［Ｊ］．河南建材，２００１（４）． 通过以上论述可知，钻孔灌注桩后注浆是一项较为 （上接第２Ｏ页） ［２］ ｊｏｈｎ Ｋｒａｈｎ．Ｓｔａｂｉｌｉｔｙ Ｍｏｄｅｌｉｎｇ ｗｉｔｈ Ｓｌｏｐｅ／Ｗ Ａｎ Ｅｎｇｉ ｎｅｅｒｉｎｇ ＭｅｔｈｏｌｏｇｙＥＭ］．ＧＥＯ－Ｓｌｏｐｅ／Ｗ Ｉｎｔｅｍａｔｉｏｎ Ｉｔｄ。Ｃａ ｍａｄａ，２００４． 已经出现破坏的电塔边坡应及时进行加固，可以选择放 缓边坡、坡脚填方反压、预应力锚索、混凝土框架、土钉 等加固方案。 参考文献： ［３］姜燕波．送电线路塔位滑坡的分类及边坡处理方法ｌ＿Ｊ ． 南电力技术，２００８（３）． ［４］金莹，明锋，祝文件．风荷载对输电线塔一高边坡体系的动 力影响ｒＪ］．武汉理工大学学报，２０１０（１２）． ［１］赵行立．土钉在中华电力电塔边坡加固工程中的应用 及思考ＥＪ］．岩土工程界，２００４（９）． Ｅｓ］姜燕波．抗滑桩在送电线路塔位滑坡治理中的应用 Ｊ 。蠢 南电力技术，２００９（２）．
