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后注浆技术提高钻孔灌注桩承载力的分析李继广1，刘彦祥2（1.中交第一航务工程勘察设计院有限公司，天津 300222；2.交通部天津水运工程科学研究所，天津 300456）摘要：为了进一步推广后注浆技术在工程建筑中的应用，文章介绍了国内外关于钻孔灌注桩桩端后注浆技术的研究现状。结合工程实例，对普通钻孔灌注桩、桩端后注浆钻孔灌注桩和桩端桩侧复式后注浆钻孔灌注桩 3 种桩的施工工艺和静载试验进行比较分析，简述了钻孔灌注桩后注浆技术及其工艺流程与加固机理，指出后注浆技术能够消除普通灌注桩桩底沉渣等固有缺陷（桩底沉渣和桩侧泥皮），具有提高钻孔灌注桩的承载能力、减少沉降量、提高桩身质量等优点，同时给出了在后注浆工艺实施前的一些建议。关键词：钻孔灌注桩；后注浆技术；极限承载力中图分类号：TU 473.1+4文献标识码：A文章编号：1005-8443（2010）01-0065-04收稿日期：2009-05-27；修回日期：2009-10-20作者简介：李继广（1975-），男，山东省蓬莱人，高级工程师，主要从事桩基、地基检测与工程管理工作。Biography：LI Ji-guang（1975-），male，senior engineer.随着土木工程向大型化、群体化发展，传统单一工艺的灌注桩已满足不了工程的要求。为提高钻孔灌注桩单桩竖向极限承载力，提出了后注浆技术1-3。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，对孔底沉渣和桩侧泥皮进行固化，从而消除传统灌注桩施工工艺固有的缺陷，以达到提高桩的承载力、减少沉降量的一种科学先进的技术方法3。桩端压力注浆于 1958 年在委内瑞拉修建 Maracaibo 大桥基桩中首次运用3，之后在世界多个国家（如泰国、意大利、法国等）得到广泛应用。桩端后压浆技术在我国的应用始于 20 世纪 80 年代初，1983 年在北京崇文门 7 号楼首次应用3。进入 20 世纪 90 年代，桩端压力注浆技术在国内得到蓬勃发展。近年来，钻孔灌注桩桩端后注浆技术在我国桥梁（如黄河二桥、东海大桥、润扬大桥、苏通大桥、杭州湾大桥等）桩基础中得到了广泛应用。1工程概述某工程拟建筒仓内径为 40 m，筒仓高度 43 m，单仓容量 3 万 t，单仓总重量约 5.2 万 t（包括物料重量），拟采用直径为 1 000 mm 的后注浆钻孔灌注桩基础，桩长 55.0 m，经计算每根桩单桩竖向抗压极限承载力为11 00012 000 kN。根据地质勘查资料计算结果，单桩极限抗压承载力约为 7 600 kN，远不能满足筒仓承载力要求，故在本工程中引入后注浆技术以提高单桩承载能力。为了检验后注浆技术在提高本工程单桩承载力方面的效果，在该场地进行了普通钻孔灌注桩、桩端后注浆钻孔灌注桩和桩端桩侧复式后注浆钻孔灌注桩 3 种桩的施工，每种类型桩各 2 根，采用同样桩长、桩径及同样强度混凝土，并通过静载试验进行对比，为大型筒仓群工程的实施提供必要的技术支持。水道港口Journal of Waterway and HarborVol.31No.1Feb.2010第 31 卷第 1 期2010 年 2 月水道港口第 31 卷第 1 期2工程地质情况根据野外钻探和土工试验成果，在该场地勘察最大揭露深度 80.0 m 范围内地层主要为：新近冲填土层（Q42 ml）、第四系全新统海相沉积（Q4m）及上更新统海陆交互相沉积（Q3mc）形成的粉砂、粉土、粉质粘土、淤泥质粘土及粘土层，按其成因、岩性特征及物理力学性质4共分为 15 层，各层土的岩性特征、分布规律见表 1。根据地基土物理力学性质指标，建议以第輥輯訛层粉土作为桩端持力层，桩端入土深度约 55.0 m，依据规范4，提出钻孔灌注桩极限侧阻力标准值 qsik及桩端阻力标准值 qpk（表 2）。层号时代成因岩土名称层底标高岩性特征Q42 ml冲填土6.606.706.606.700.000.08灰色，以淤泥、淤泥质土为主，流塑。Q4m淤泥质粘土5.105.2011.7011.80-5.09-5.18灰色，含腐植质，粘性弱，软塑-流塑。粉 土1.701.9013.5013.60-6.88-7.00灰色，含贝壳、云母。局部夹粉质粘土薄层。粘 土3.804.1017.4017.60-10.79-10.98灰色，含腐植质，软塑-流塑。粘 土2.903.1020.4020.70-13.78-14.08灰褐色，含腐植质，软塑-可塑。Q3mc粘 土1.101.5021.8021.90-15.18-15.30褐灰色，含腐植质，软塑-流塑。粉 砂5.806.1027.7028.00-21.08-21.40灰黄色，以石英、长石为主，级配一般，中密-密实，饱和。粘 土8.008.4036.0036.20-29.38-29.59黄褐色，含腐植质，可塑，见姜石。粉 土3.704.2039.9040.20-33.29-33.58灰黄色，含氧化铁、云母，中密。粘 土11.8012.0051.7052.20-45.09-45.58黄褐-褐黄色，含腐植质，见姜石，可塑-硬塑，局部夹有粉土薄层。輥輯訛粉 土4.805.6057.0057.40-50.38-50.80褐黄色，含氧化铁、云母，中密。輥輰訛粘 土6.707.0063.9064.00-57.29-57.38灰褐色，含氧化铁、姜石，可塑，局部夹有粉土薄层。輥輱訛粉 土3.403.5067.3067.50-60.69-60.88褐黄-灰黄色，含氧化铁、云母，中密。輥輲訛粉质粘土3.804.2071.3071.50-64.68-64.89褐黄色，含氧化铁、姜石，可塑-硬塑。輥輳訛粉 砂最大揭露厚度 8.70 m最大揭露深度 80.00 m黄褐色，以石英、长石为主，级配一般，饱和。层厚层底埋深表 1综合地质情况Tab.1Comprehensive geological condition层号輥輯訛岩土名称冲填淤泥质粘土粉土粘土粘土粘土粉砂粘土粉土粘土粉土qsik2225363436355542506055qpk-1 200表 2钻孔灌注桩极限侧阻力标准值 qsik及极限端阻力标准值 qpkTab.2Ultimate shaft resistance qsikand ultimate tip resistance qpkof bored pilekPa注：、层数据为经过真空预压处理后地层的极限侧阻力标准值，预压前为负摩阻。m662010 年 1 月3钻孔灌注桩后注浆技术及加固机理3.1工艺简介在钢筋笼上预设注浆钢管及注浆阀，成桩后 530 d 内，采用高压泵将浆液通过注浆管和单向阀压入桩底、桩侧。后注浆的加固效应包含 2 方面1，4：一是加固桩底沉渣和桩身泥皮；二是对桩底和桩侧一定范围的土体通过渗入（粗粒土）、劈裂（细粒土）和压密（松软土）注浆起到加固作用，从而增强桩侧阻力和桩端阻力，提高单桩承载力，减小沉降。3.2承载力增强机理1（1）固化效应：沉渣和泥皮被固化；伴随扩底和扩径效应。（2）充填胶结效应：粗粒土（卵砾、粗中砂）因渗入注浆被胶结。（3）加筋效应：细粒土（粘性土、粉土、粉细砂）因劈裂注浆形成加筋复合土。3.3注浆实施情况（1）水泥采用 P.S.A 32.5，水灰比 0.60.74。（2）注浆量和注浆压力见表 3。（3）注浆实施过程中，未出现浆液溢出、周围桩串孔、注浆压力低等情况。4单桩竖向抗压静载荷试验检测方法5-8：对于普通灌注桩采用锚桩法、慢速维持荷载法；对于桩端后注浆灌注桩、复式后注浆灌注桩，采用锚桩堆载联合法、慢速维持荷载法。锚桩法反力装置由锚桩、钢梁、千斤顶组成；锚桩堆载联合法反力装置由锚桩、堆载物、钢梁、千斤顶组成，荷载由油泵通过千斤顶施加于桩顶，采用荷载传感器控制荷载的施加，桩顶垂直位移由容珊式位移传感器测得，最终经 JCQ503C 静力载荷测试系统对资料进行处理后得到各桩的相关测试数据。试验过程严格按照规范4要求进行，试验结果见表 4。单桩的竖向极限承载力标准值4，6是指单桩在竖向荷载作用下，达到破坏状态前或出现不适合继续承载的变形时，所对应的最大荷载，它取决于对桩的支承阻力和桩身材料强度（桩身承载力）。依据规范4要求，结合试验资料确定单桩的竖向极限承载力标准值。本次试验资料均采用JCQ503C 静力载荷测试系统，经资料处理后得到各测试桩的单桩极限抗压承载力。根据规范6要求，在参加统计的试桩结果中，极差不超过平均值的 30%时，取其平均值作为单桩竖向抗压极限承载力；单位工程同一条件下的单桩竖向抗压承载力特征值是按本方法得到的单桩承载力统计值的一半。由此得到试验结果：普通灌注桩单桩竖向抗压极限承载力统计值为 8 360 kN，单桩竖向抗压承载力特征值为 4 180 kN；桩端注浆桩单桩竖向抗压极限承载力统计值为 14 000 kN，单桩竖向抗压承载力特征值为7 000 kN；桩端桩侧复式注浆桩单桩竖向抗压极限承载力统计值为 15 400 kN，单桩竖向抗压承载力特征值为 7 700 kN。由表 4 可知：最终荷载是试验达到最后的荷载值，单桩极限抗压承载力是单桩在竖向荷载作用下，达到破坏状态前或出现不适合继续承载的变形时前一级的荷载，是计算值，通常情况下最终荷载大于其对应单桩极限抗压承载力。试桩编号注浆方式桩侧水泥用量（t）桩侧注浆压力（MPa）桩端水泥用量（t）桩端注浆压力（MPa）5#桩端-2.62.512#桩端-2.82.06#桩端桩侧1.21.82.82.013#桩端桩侧1.21.22.62.4表 3注浆参数汇总表Tab.3Grouting parameters桩号桩长(m)休止天数（d）最终荷载（kN）最终变形(mm)残余变形(mm)单桩极限抗压承载力（kN）备注7#54.9349 88041.2932.218 360普通灌注桩14#54.9479 88043.2233.639 120普通灌注桩12#54.910015 00042.7733.9814 000桩端注浆桩13#54.910516 50048.7231.1015 400复式注浆桩6#54.912316 50050.8631.2815 400复式注浆桩5#54.913015 00045.0230.5814 000桩端注浆桩表 4单桩竖向抗压试验结果汇总表Tab.4Results of single pile vertical compression李继广，等后注浆技术提高钻孔灌注桩承载力的分析67水道港口第 31 卷第 1 期5结论与建议通过静载荷试验比对，桩端注浆桩比普通灌注桩单桩竖向抗压极限承载力提高了 67%，桩端桩侧复式注浆桩比普通灌注桩单桩竖向抗压极限承载力提高了 76%；桩端桩侧复式注浆桩比桩端注浆桩单桩竖向抗压极限承载力提高了 10%，后注浆技术在该工程中效果突出，承载力满足大吨位筒仓设计要求，可以节省大量资金，具有明显的社会效益和经济效益。后注浆技术在我国起步较晚，目前尚未形成一套成熟完善的理论，因此进一步研究钻孔灌注桩的后注浆技术具有重要的现实意义。本工程为试验研究工程，各施工方在各自施工程序中均严格按照既定的方案操作，因此在后注浆工艺实施前，必须严格控制成桩质量以及注浆工艺流程，严格控制注浆压力、水泥砂浆水灰比及用量，对桩基完整性进行检测且无严重缺陷是保证后注浆技术获得预期效果的前提条件4，否则无法达到预期的承载力效果，并且留下严重的安全隐患。参考文献：1沈保汉.地基基础论文论著选集桩基与深基坑支护技术进展 M.北京：知识产权出版社，2006.2卓维松.用后注浆技术加固桩基的工程实例 J.山西建筑，2005（12）：76-77.ZHUO W S.The Practical Example of Strengthening Pile Foundation with Post-grouting Technology J.Shanxi Architecture，2005（12）：76-77.3王秀哲，龚维明，薛国亚，等.桩端后注浆技术的研究现状及发展 J.施工技术，2004，33（5）：28-31.WANG X Z，GONG W M，XUE G Y，et al.Current Research Status and Development of the Pile-end Post-grouting TechnologyJ.Construction Technology，2004，33（5）：28-31.4JGJ94-2008，建筑桩基技术规范 S.5李选栋，王巨涛.钻孔灌注桩后注浆技术在桥梁工程中的应用展望 J.市政技术，2008，26（5）：399-401.LI X D，WANG J T.Application Preview on Post-grouting Technique of Bored Cast-in-place Pile for Bridge Project J.MunicipalEngineering Technology，2008，26（5）：399-401.6JGJ106-2003，建筑基桩检测技术规范 S.7JTJ255-2002，港口工程基桩静载荷试验规程 S.8GB50021-2001，岩土工程勘察规范 S.Analysis of post-grouting technology to improve bearing capacity of bored pileLI Ji-guang1，LIU Yan-xiang2（1.CCCC First Harbor Consultants Co.Ltd.，Tianjin 300222，China；2.Tianjin Research Institute for WaterTransport Engineering，Tianjin 300456，China）Abstract：In order to further promote the application of post-grouting technology in the engineeringconstruction field，the present research situation of the pile-end post-grouting technology of bored pile wasintroduced.Combined with practical work，the construction technologies and the static load tests of three kinds ofpiles such as the drilled cast-in-situ ordinary piles，the pile-end drilled post-grouting piles and pile-end pile-sidedrilled composite post-grouting piles were analyzed and compared.The post-grouting technology of bored pile，itstechnological process and reinforcement mechanism were also described.Besides，it is pointed out that the post-grouting technology has several advantages，such as eliminating the inherent defects resulting from the sedimentat the end of the ordinary pile，improving the bearing capacity of piles，reducing settlement，improving the qualityof the pile，and so on.Meanwhile，some suggestions on post-grouting technology before construction are put forward.Key words：bored pile；post-grouting technology；ultimate bearing capacity68