1、复杂地基处理中桩底后注浆技术的应用摘 要:一种用于钻孔灌注桩后压浆施工建设的设计方法可以有效地处理复杂的地质条件承载力不足的问题，本文主要论述了某工程桩底后注浆技术在复杂地基处理中的应用，供同行人员参考。 关键词:灌注桩 钻孔 注浆管 后注浆 中图分类号：TU47 文献标识码：A 一、工程地质和水文条件 （一）工程地质条件 施工场地内地层主要由第四系冲洪积形成的粘性土、碎石土组成，下部由二叠系泥岩组成。地基土层划分为五个工程地质单元层，自上而下为：杂填土。粉质粘土。粉质粘土。碎石土。泥岩。人工挖孔扩底桩桩底持力层为第四层碎石层，其地基土层描述及其工程特征为浅黄色、褐黄色，饱和，稍密、中密，主要
2、矿物成分为砂岩，骨架粒径占全层总重量的 55%60%，多呈棱角状，磨圆度差，一般粒径1015cm，最大粒径大于 30cm,空隙填充粉状粘土,该层层位稳定，分布普遍。层顶埋深 2.805.20 米,该层层厚 10.2013.50 米,平均 11.49米。 （二）工程水文条件 施工场地内稳定水位在地下 2.503.20 米，平均 2.90 米。场地内地下水主要赋存于 3 层粉质粘土及 4 层碎石中，属潜水类型。 二、工程施工难点 由于施工场地地质和水文条件复杂，每根桩从地面往下挖到持力层的深度不同，大约为 45 米；场地内地下水位浅，水量充足并且有矿用水仓和水池与桩位紧邻补给水源十分充足，在桩到持
3、力层第四层碎石层时由于桩径内涌水量太大，无法用水泵把桩底水抽干和碎石粒径比较大在桩底内积水影响下给挖掘带来困难以及桩基从持力层开始扩孔从 0.8米扩成 1.8 米，扩底高度 1 米（见下图原设计挖桩桩身剖面图） ，扩底坡度太陡，扩底过程中土质不稳定容易塌方等因素共同作用，挖桩施工面临无法往下继续挖掘来达到设计扩底直径和桩底深度的难题，全部桩基挖到持力层后无法往下继续施工，人工挖桩施工暂时停工。 三、施工方案的确定 工程人工挖孔桩无法往下继续施工来达到设计扩底直径和桩底深度的难题出现后，经过施工现场在保证桩孔下挖过程中桩四周土质稳定以及挖桩人员安全的前提下从持力层往下试挖桩，确定安全下挖深度和扩
4、底直径为从持力层下挖 0.5 米，最终扩底直径为 1.4 米，然后采用灌注桩桩底后注浆方案进行施工，提高桩底持力层地基承载力来达到桩基对持力层地基土支承力的设计要求。采用灌注桩桩底后注浆施工，除能够满足设计要求外，还具有加快工程施工进度，减轻工人劳动强度，确保施工安全，降低工程造价，减少污泥排放，保护周围环境设施及既有周围建筑房屋安全等优点 四、灌注桩桩底后注浆机理 灌注桩桩底后注浆技术是指在灌注桩内预埋注浆管，在桩基混凝土终凝到一定强度后通过预埋的注浆管，用高压注浆机以一定的压力将水泥浆液压入桩底一定深度的碎石土层，通过高压注浆液对碎石土层产生的渗透、劈裂、挤密和胶结作用，使桩底以下一定高度
5、范围内土体形成水泥浆液和土的结合体，以改善桩底持力层的物理力学性能和桩周桩-土相互作用，并产生“扩底”效应，从而提高桩底端阻力及桩侧摩阻力，减小沉降变形，大大提高桩底持力层地基承载力，满足桩基对地基土支承力的设计要求。 五、灌注桩桩底后注浆方案设计 （一）加固范围 桩底注浆出浆口埋入桩底持力层以下 0.5 米位置，以避免出浆口被混凝土包裹住，并保证注入水泥浆液充分加固桩底一定深度碎石土，所有桩基桩底注浆深度是从设计桩底深度位置往下 4m。 （二）浆液选择 由于桩底土层为含卵石的粘土层，且桩孔内涌水量较大，故决定选用浆液粘度较低、可灌性较好、结合强度较高且在水中可迅速凝固的水泥浆进行注浆。 （三
6、）浆液配制 本工程注浆目的是为了加固持力层碎石土，提高持力层承载力强度，根据以往施工经验以及参照建筑桩基技术规范 JGJ94-2008相关桩底后注浆技术内容，所用水泥浆按如下方法配制：采用普通 32.5 级硅酸盐水泥掺入 13%早强剂，水灰比为 1：0.40.5，搅拌均匀。 （四）注浆量 各桩底注入水泥浆量以水泥注入量为控制指标。根据注浆加固深度4 米和浆液配合比：水灰比为 1：0.40.5，可估算出各桩底水泥注入量，其中水仓和水池之间的 26 根桩估计各注入水泥量为 4t，另外 14 根桩估计各注入水泥量为 3t，注浆共需水泥量估计为 146t。 （五）注浆压力 桩底后注浆基本属于劈裂注浆和
7、渗入注浆的组合，加上本工程桩底持力层为含卵石的粘土层，土层可灌性稍差，故注浆压力的取值需适当加大。结合以往施工经验，注浆压力取 2.03.0MPa。 （六）注浆管布设 水仓和水池之间的 26 根桩中每根桩要保证有三根注浆管能有效灌浆，另外 14 根桩中每根桩要保证有两根注浆管能有效灌浆，这 40 根桩每根桩桩底埋入 5 根注浆钢管。注浆钢管在桩孔中的布置详见下图所示。 六、灌注桩桩底后注浆方案实施 （一）注浆管制作 由于灌注桩桩底注浆管较长一般为 10 米，考虑到管内摩擦力的影响，注浆管采用直径为 32mm 的耐压钢管制作，接头采用丝扣连接。注浆管底部 4 米长的管段用钻头沿间距为 15cm
8、梅花形均匀钻出 8mm 注浆孔制作注浆喷头，然后用图钉将注浆孔堵上，外面套上同直径的自行车内胎并在两端用胶带封好，这样注浆喷头就形成了一个简易的单向截流阀作出浆口，当注浆时注浆压力将车胎迸裂、图钉弹出，水泥浆通过注浆孔压入持力层碎石土中，而混凝土灌注时该装置又保证混凝土浆不会将注浆管堵塞。 （二）桩底钻孔 桩底钻孔采用高压潜孔钻机，该钻孔机械包括一台 KQS150 型高压潜孔钻机和配套的一台高风压空压机。每个桩孔钻孔孔径大约为直径 100mm,钻机钻孔深度为进入桩底以下长度 4.0 米，每根桩均匀布置 5 个钻孔，钻孔完成后及时插入注浆管。桩底钻孔施工时每钻完一根桩中的 5 个钻孔共需 1 小
9、时，平均每天完成 4 个桩位的钻孔，大约 10 天时间完成 40 根桩的钻孔以及完成注浆钢管的预埋。 （三）注浆管预埋 每根桩桩底钻孔完成后及时插入注浆钢管，桩底预埋管安放时不得摩擦孔壁以免车胎破裂造成注浆孔的堵塞。桩底预埋管下部用堵头封堵，并与注浆管的预埋孔孔底保留 5 cm 空隙，在桩孔口处标明各注浆管的埋深以便识别，注浆管上端高出地面 0.51.0 米，并及时用堵头封堵，以防止杂物进入堵塞注浆管。 （四）桩底清除淤泥 由于桩底钻孔产生的泥浆以及桩底扩大头在地下水中的浸泡而局部坍塌，导致桩底比较厚的淤泥，采用人工清除桩底的淤泥直至清除干净。（五）钢筋笼制作和安装 钢筋笼按照规范要求进行制作
10、，钢筋笼制作完成后在钢筋笼上对称绑扎两根直径 50mm 厚 5mm 的无缝钢管作为声测管，无缝钢管下部位置与钢筋笼下部对齐，上端位置高出钢筋笼上部位置 0.5 米，同时无缝钢管上端用铁片密封。钢筋笼制作完毕后经质检员检验合格后，将制作好的钢筋笼按照有关规范要求进行钢筋笼的安放。 （六）桩基混凝土的浇筑 本工程由于地下水位浅以及紧邻水池和水仓，地下水量丰富，地下水向桩径内涌水量大，桩基浇筑混凝土时采用强度 C30 商品混凝土采用汽车泵泵送混凝土水下浇筑法。 （七）桩基混凝土养护 由于桩基在冬天施工进行混凝土的浇筑，等混凝土初凝后覆盖56cm 的细沙，在桩孔中混凝土采用自然养护的方法，可以确保混凝
11、土的养护质量。 （八）冲孔开塞 每根注浆管注浆前，先注水冲孔开塞，检查确认注浆管通畅后，方可制浆灌注。根据施工经验，在混凝土浇筑后的 23 天，混凝土强度达到 C10 左右时，即可进行冲孔开塞。开塞时，要在现场观察高压注浆机的开塞压力，如压力达到 5MPa 以上仍然打不开注浆喷头，说明喷头部位已经损坏，不要强行增加压力，可在另一根管中补足注浆数量,以防止损坏桩体混凝土造成桩身缺陷。 （九）压力注浆 注浆管用清水冲孔确认畅通后即可开始注浆。采用普通 32.5 级硅酸盐水泥掺入 13%早强剂，水灰比为 1：0.40.5，注浆采用带止回保压功能的液压活塞式双叶泵高压注浆机，每分钟注浆量 2030L，
12、注浆压力取 2.03.0MPa。注浆时稳定注浆压力大约为 3.0MPa，慢速注浆以便让水泥浆液在桩底或桩侧较均匀渗透和劈裂渗入，取得最佳加固效果。注浆过程连续，不能出现停顿，防止堵管。在每根注浆管结束灌浆后，及时对剩余未灌注浆管进行清洗，以确保其余注浆管通畅。 （十）终止注浆标准在注浆过程中，如出现以下情形之一即可停止该桩位注浆。 (1)桩体上浮超过 5mm。 (2)周围建筑物上升或四周地面隆起。 (3)地表冒浆并采用两次以上间歇注浆，间歇注浆时间间隔 2030分钟，达到设计压力值仍出现地表冒浆的。 七、灌注桩桩底后注浆施工中注意的几个问题 (1)浆液浓度对注浆效果的影响：先灌注稀浆的目的在于
13、稀浆的流动性好，裂隙无论宽窄，均易进浆，先将细缝填灌充实，而后浆液再逐级变浓，使中等或较大的裂隙也得到充实。 (2)串孔现象：由于地层空隙率及持力层裂隙的存在，在对某个桩进行注浆时可能会有水泥浆从邻近桩已开塞但未注浆的管中喷出，造成注浆管堵塞，致使邻近桩今后可能注浆失败。为避免因串孔而造成注浆失败，本工程采用分片开塞，分片注浆施工作业，从场地外围向内完成全场注浆任务。 (3)注浆管：注浆是通过注浆管来完成的。注浆管长度要保证，注浆管焊接要保证质量。 (4)注浆压力：压力有规律上升，即使达到容许压力，注浆速度也正常，压力变化不大。 八、注浆效果 桩基注浆施工结束，在注浆过程中注浆压力稳定保持在
14、3MPa 左右，全部桩基共计注入水泥量为 136t。桩基检测公司对施工现场桩基抽样进行静载试验和对所有桩基混凝土进行超声波检测。检测结果均为合格，表明灌注桩桩底后注浆方案是成功的，采用灌注桩桩底后注浆法施工取得了良好的经济和社会效益。 九、总结 实践证明，桩底后注浆技术是在复杂施工条件下如水文地质情况复杂、周边环境设施密集等采用的，能够提高灌注桩持力层承载力、减小基础沉降的有效措施，对于加快工程施工进度，减轻工人劳动强度，确保施工安全，降低工程造价，减少污泥排放，保护周围环境设施，具有十分重要的意义，并具有良好的推广应用价值及市场发展前景。 参考文献 1 建筑施工手册 （第五版）.北京：建筑工业出版社，2012 2 建筑桩基技术规范 JGJ94-2008
