邢志春
江苏兴亿达建设有限公司 江苏南通 226000
【摘要】 相对于传统灌注桩成孔工艺存在的桩底沉渣等缺陷，钻孔灌注桩后注浆桩技术可大幅度减少桩底的沉渣，和减轻桩周泥皮的影响提高桩基承载力。本文通过南通某工程的具体事例和不同桩型的静载试验对比分析，认为该技术不仅适用于南通地区还可提高单桩极限承载力和提高经济效益，体现了该技术的经济性和可行性。
【关键词】 钻孔灌注桩；后注浆；极限承载力；静载荷试验；分析
1 概述
在桩基础工程施工中，由于钻孔灌注桩可以克服预制型桩的沉桩困难和单桩承载力不能过大的不足，所以其被大量应用于超高层建筑、桥梁高架等大负荷桩基础工程中。目前钻孔灌注桩主要仍以传统的施工方法为主， 但在其施工过程中,仍存在着许多影响单桩承载力的因素,其主要包括：在大直径钻孔灌注桩钻进中,孔壁的完整性较差；成孔后形成的较大的自由面,破坏了土层的压力平衡,引起孔壁坍塌；由于采用优质泥浆护壁,阻碍着桩身砼与桩周土的粘结,大大降低了桩侧摩阻力；桩周与桩底土层受到泥浆中自由水的浸泡而松软,特别是水敏性地层,以及成孔时间较长的嵌岩桩,受泥浆液体的浸蚀会引起桩周岩土抗压强度降低,降低了桩身周围土体的摩阻力及端承力；钻孔灌注桩在桩身砼固结后,会发生体积收缩,使桩身砼与孔壁之间产生间隙,减小侧摩阻力,降低单桩承载力；孔内泥浆中的部分钻渣将沉淀于孔底,形成桩底沉渣较厚等。以上因素大大影响了钻孔灌注桩单桩承载力的发挥。
为了消除钻孔灌注桩在施工过程中出现的影响单桩承载力发挥的因素，桩底、桩侧后注浆技术可以解决这些问题。
2 桩底、桩侧后注浆技术的施工工艺及作用机理分析
2.1 后注浆技术的施工工艺
在钻孔灌注桩施工过程中，在安放钢筋笼的同时预埋四根￠30~ 50 mm的注浆管(管底预留注浆孔并临时封闭以防混凝土堵塞),二根深度超过桩底，二根到桩顶向下三分之二位置，然后在水下混凝土初凝(10~15h)后用清水在预埋管底开塞,接着用高压泵将配制好的水泥浆注入桩底持力层,并在桩底形成扩大头。浆液对桩底附近的桩周土层起到渗透、填充、压密和固结等作用,从而有效加固持力层并提高桩的承载力,同时大大减少单桩变形量。该技术通过压浆，使桩周及桩底松软土体的强度得到有效加强，从而大大提高灌注桩的桩侧阻力和桩端阻力，达到增加灌注桩承载力的目的。
2.2后压浆技术的作用机理分析
（1）桩端压浆提高单桩承载力的机理分析
在桩端压注水泥浆液,浆液首先渗透到最疏松的桩端的残碴间隙中,与残碴相结合,结合后形成了强度较高的混凝土,消除孔底沉碴的影响。当残碴间隙被水泥浆液充满后,随着压浆压力的增加,水泥浆液将充填由于灌注桩身砼时因混凝土离析而形成“虚尖”、“干碴石”等,增加了桩端混凝土的强度。随着注浆量的增加及注浆压力的提高,水泥浆液一方面不断地向由于受泥浆浸泡而松软的桩端持力层中渗透,在桩端形成梨形体,当梨形体不断增大时,渗透能力受到因周围致密土层的限制,使压力不断升高、压力升高对桩端持力层起压密作用,提高了桩端土体的承载力。由于在桩端形成了梨形体,增加了桩端的承压面积,相当于对钻孔桩进行扩底,从而提高了钻孔灌注桩的桩端承载力。同时,浆液会沿壁上返,充填桩侧与桩周土体间的间隙,提高桩端部位处的桩侧摩阻力。在桩端处进行压力注浆时,当桩端处的渗透能力受到限制时,形成的梨形体内的浆液压和不断升高,在此高压液体的作用下,将给桩底面施加向上的反向预应力。当钻孔灌注桩承受向下的垂直荷载时,此反向预应力将承担部分荷载,从而提高单桩承载力。
（2） 桩侧压浆提高单桩承载力的机理分析
由影响钻孔灌注桩单桩承载力的因素分析可知,降低桩侧摩阻力主要因素是护壁泥皮的影响及桩身砼固化时缩径。桩侧压浆可以破坏消除泥皮,充填桩侧砼与桩侧周围土体间的间隙,提高了桩侧砼与桩周土体间的粘结力,从而提高桩侧摩阻力。在进行现场试验时,我们就发现护壁泥皮在高压浆液的顶压作用下,被破坏随浆液返出地表的现象。
当水泥浆液沿桩壁向上及向下渗透时,渗透长度不断增加,浆液体内的压力不断升高,当浆液体的压力大于桩周上体裂隙水渗压力时,浆液则横向向桩周土体中渗透,它一方面可以挤压密实由于成孔时受泥浆浸泡而松软的桩壁土;另一方面,浆液渗透到桩侧壁的土体中,与桩侧上体相结合,提高了桩侧土体的强度,粘结了桩壁与桩周土层,相当于增大了桩径,提高了桩侧摩阻力,从而提高了单桩承载力。
3 工程应用与分析
3.1工程概况及基础设计方案
南通通州区某大厦位于南通通州区经济技术开发区.本工程主楼为23层,地下室为2层 ,框架结构。场地土层分层及主要物理力学指标如表1。由于⑦粉砂夹粉土层强度较高且厚度较大, 因此本工程选取该层作为桩端持力层。本工程采用钻孔灌注桩后压浆技术，设计桩径?为650mm，有效桩长为29m,混凝土强度为C40,单桩承载力极限值为6100KN.
3.2工程地质概况
根据该工程勘察报告，地层地质情况描述如下：
①素填土，黄褐色，以粉土和粉质粘土为主，含植物根茎，局部见砖屑，松软。属高压缩性土层。此层土全场地分布。层厚0.40-1.30 m。
②粉质粘土夹粉土，黄褐色，含云母，上部见Fe、Mn质斑痕。粉质粘土软塑，局部可塑，稍有光泽，干强度中等，韧性中等；粉土稍密~中密，湿~很湿，无光泽，摇振反应中等，干强度低，韧性低。属中压缩性土层。此层土全场地分布。层厚0.70~2.70m。
③粉质粘土，黄褐色，含少量云母。软塑，稍有光泽，干强度中等，韧性中等。属中偏高压缩性土层，此层土全场地分布。层厚1.30-4.90m。
④粉土，灰、青灰色，含云母。稍密~中密，湿~很湿，无光泽，摇振反应中等。干强度低，韧性低。属中压缩性土层。此层土局部缺失。层厚0.70-3.80m。
⑤粉砂夹粉土，灰、青灰色，含云母。粉砂中密，饱和，主要矿物成分为石英和长石；粉土中密，湿~很湿，无光泽，摇振反应中等，干强度低，韧性低。属中压缩性土层。此层土全场地分布。层厚13.80-14.90m。
⑥粉土夹粉砂，灰、青灰色，含云母。粉土中密，湿~很湿，无光泽，摇振反应中等，干强度低，韧性低；粉砂稍密~中密，饱和，主要矿物成分为石英和长石，属中压缩性土层。此层土全场地分布。层厚6.40-7.60m。
⑦粉砂夹细砂，灰、青灰色，含云母。中密，饱和，主要矿物成分为石英和长石。属中偏低压缩性土层。此层土全场地分布。层厚8.30-11.20m。
⑧粉砂夹粉土，灰、青灰色，含云母。粉砂中密，饱和，主要矿物成分为石英和长石；粉土中密，湿~很湿，无光泽，摇振反应中等，干强度低，韧性低。属中压缩性土层未揭穿，此层土全场地分布。层厚大于3.0m。
3.3 试验结论与分析
3.3.1本工程单桩竖向静载荷试验结果及分析
本工程抽取3根桩做单桩静载荷试验，从3根单桩抗压静载试验的结果可以看到:当加载至6100KN时，桩顶累计沉降量为11.04mm-15.42mm，低于40mm，且在加压荷载范围内Q-s曲线呈缓变型，抗压桩的单桩承载力均能达到6100 kN。如图1,图2所示。
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3.3.2类似地质条件，不同桩型对比分析
查阅相关设计资料和工程地质条件，我们发现在南通通州地区，如采用预应力混凝土管桩，要达到同样的单桩承载力，一般设计成为有效桩长位41m，桩径?为600 mm，单桩极限承载力为6000KN。图3、图4为某工程设计为设计桩长为45m，桩径?为600 mm，单桩极限承载力为6200KN的 单桩静载荷曲线图。从被检测的3根试桩的静载荷曲线发现，当采用快速维持荷载法加载至委托要求的6200KN加压荷载时，桩顶累计沉降量也为13.81mm-16.78mm。通过经济核算，采用钻孔灌注桩后压浆技术，当达到同样的单桩极限承载力时，采用后压浆技术可以大大降低工程造价，同时也解决了沉桩困难和挤土效应。
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从类似工程桩检测结果分析可知，后注浆充分发挥了其优点，将注浆技术与灌注桩技术有机结合，有效地提高桩的承载力。
4 结语
钻孔灌注桩后注浆技术不仅在对砾石(卵石)层作为持力层中发挥重要作用，同样在南通地区这种粉砂夹粉土或粉砂为主的地层中，钻孔灌注桩桩底桩侧注浆工艺也可提高单桩竖向承载力。后注浆可于成桩后3～30 d内实施，在优化工艺参数的条件下，可使单桩承载大幅度提高30%以上，可缩短桩长或减少桩数量，加快工程进度，节约经济，可减少群桩的总体沉降。
但钻孔灌注桩后注浆技术，没有预制型桩的挤密效应，它属于不排土桩，所以该种桩型的单桩承载力的大小，一般和设计阶段的试桩结论几乎一致。在施工中，仍需切实保证钻孔灌注桩后注浆的质量，才能发挥后压浆技术的经济效益。
参考文献
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