浅谈后注浆技术在钻孔灌注桩中的应用

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　　后注浆技术最早创始于1802年，由一名法国工程师开发应用于水闸工程。此后，注浆法成为坝基帷幕、地铁、隧道，以及建筑地基加固中一种广泛使用的方法。在此理论基础上，中国建科院于1994年研究开发出了灌注桩后注浆技术。此项技术最先提出的初始目标，是针对解决泥浆护壁钻孔灌注桩存在的桩底沉渣和桩侧泥皮的固有缺陷。钻孔灌注桩成桩后一定时间，通过预设于桩身内的注浆导管及与之相连的桩端、桩侧注浆阀注入水泥浆，使桩端、桩侧土体(包括沉渣和泥皮)得到加固，从而提高单桩承载力，减小沉降。

　　一、加固原理
　　1.改善持力层条件、提高桩的承载力。钻孔灌注桩成孔过程中，土体扰动、桩底沉碴和桩周泥皮对桩基承载力产生严重负面影响。为了改善和提高桩基承载能力，采用后注浆法加固措施，可使单桩承载力提高40%～120%，粗粒土增幅高于细粒土，桩侧、桩底复式注浆高于桩底注浆；桩基沉降减小30%左右。可利用预埋于桩身的后注浆钢导管进行桩身完整性超声检测，注浆用导管可取代等承载力桩身纵向钢筋，从而改善持力层的物理力学性能，恢复和提高持力层土体强度。
　　2.提高桩侧摩阻力钻孔灌注桩与桩周土体间空隙降低了桩侧摩阻力；桩周泥皮阻碍了桩身与桩周土的结合，降低了摩擦系数，同样降低了桩侧摩阻力。桩底注浆在高压作用下，浆液沿桩土界面上返，通过渗透、填充、胶结综合作用对桩周泥土置换和空隙填充，在桩周形成脉状结合体，使桩侧摩擦阻力大幅度提高；同时浆液横向渗透到桩侧土层中也起到了加大桩径的作用，从而改善持力层受力状态和荷载传递性能。

　　二、注浆参数的设定
　　注浆参数主要包括注浆水灰比、注浆量以及终止注浆压力。在桩基施工前，应根据以往工程的实践经验，先设定参数，然后根据设定的参数，进行试桩的施工，试桩完成后达到设计的强度，进行桩的静载试验，最终确定试验参数：
　　1.浆液的水灰比应根据土的饱和度、渗透性确定，对于饱和土宜为0.5～0.7，对于非饱和土宜为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；地下水处于流动状态时，应掺入速凝剂；注浆少，压力大，可调大水灰比。
　　2.注浆总量与持力层的孔隙率以及桩间距有关，在砂泥软石土层软石含量为50%～70%，桩间距为4～5米的条件下，注浆量一般为115～210t。
　　3.桩底注浆终止工作压力应根据土层性质、注浆点深度确定，对于风化岩、非饱和粘性土、粉土，宜为5～10Mpa；对于饱和土层宜为1.5～6Mpa，软土取低值，密实粘性土取高值；桩侧注浆终止压力宜为桩底注浆终止压力的1/2。

　　三、施工工艺
　　1.施工准备
　　1）材料准备
　　①水泥宜采用硅酸盐水泥或者普通硅酸盐水泥，按规定批次进行抽检和报检。
　　②水泥浆配合比设计及试验
　　严格按照规范要求，进行水泥净浆配合比设计，确定理论配合比，并进行相关的检验。
　　泌水率最大不得超过3%，拌合后3小时的泌水率宜控制在2%，24小时后泌水应全部被浆吸收。
　　水泥浆液从拌制到使用的最长时间，应通过试验来确定，一般不得超过2～3小时。
　　③注浆管和注浆阀
　　注浆管采用内径为5厘米的白铁管，超声波检测管可兼使用。
　　注浆阀应能承受1MPa以上的净水压力注浆阀外部保护层应能抵抗砂石等硬物的刮撞面不致使注浆阀受损，且具备逆止功能。
　　2）设备准备
　　①注浆的机械设备主要有高压清洗机、注浆泵(额定泵压应大于设计最大压力的1.5倍)、压力表、水泥搅拌机、储浆筒(容积不小于0.5立方米，顶口加盖滤网)、水泵、安全阀门、电焊机、气割设备等。
　　②压力表必须经过有资质的计量单位检验校核，量程不小于注浆设计最大压力的1.3倍，一般为10～15MPa。
　　2.施工要点
　　①注浆管的布置：桩底后注浆导管及注浆阀数量宜根据桩径大小设置，对于d≤600毫米的桩，可设置1根；对于d≤l000毫米的桩，宜沿钢筋笼圆周对称设置2根；对于1000毫米 ②注浆施工顺序：注浆时最好采用整个承台群桩一次性注浆，注浆先施工周圈桩再施工中间桩，注浆时采用2根桩循环注浆，即先压第1根桩的A管，注浆量约占总量的70%，注完后再注另1根桩的A管，然后依次为第1根桩的B管和第2根桩的B管，这样就能保证同一根桩各注浆管注浆时间间隔30～60分钟以上，给水泥浆一个在土体中渗透的时间。
　　③注浆施工：钻孔灌注桩成型14天，混凝土强度达到80%后，进行超声波检测，而后进行桩底注浆。将配制好的水泥浆液经注浆泵加压输入到注浆管内，高注浆液通过管底的单向阀门进入桩底的土中。在正式注浆前，应检验配制好的水泥浆液的流动性、稳定性、均匀性、水泥浆液凝固时间，浆液浓度调整时机等施工控制参数。
　　3.最佳注浆时间
　　根据中国建科院开发的泥浆护壁灌注桩后注浆成套技术资料显示，后注浆可在成桩后2～30天内实施。事实上，由于注浆是通过高压注入，这就要求桩本身强度要足够。如果注浆过早，有可能因为桩身强度过低而破坏混凝土自身结构，或由于桩侧阻力不足导致浆液溢出地面；注浆过晚，则可能会因桩身泥皮硬化而影响浆液向上泛浆挤入桩身周围的土体，以致浆液向远处散溢流失，甚至引起串孔现象。所以在确定施工方案时，一定要根据桩的设计强度来推算确定最佳注浆时间。
　　4.注浆终止控制标准
　　单桩注浆量的设计主要应考虑桩的直径、长度、桩底桩侧土层性质、单桩承载力增幅、是否复式注浆等因素确定，当满足下列条件之一时，可终止注浆：
　　①注浆总量已达到设计要求。
　　②注浆总量已达到设计要求的75%及以上，且入口压力已达到试验确定的最大压力。
　　③注浆总量已达到设计要求的75%及以上，且地面已冒浆。
　　5.注浆施工中出现的问题和相应措施
　　①当注浆压力长时间低于正常值或地面出现冒浆或周围桩孔串浆，应改为间歇注浆，间歇时间应为30～60分钟，或者调低浆液水灰比。
　　②若遇压力达到10MPa以上仍然打不开注浆阀，说明注浆阀部位已经损坏，不要强行增加压力，可在另一根管中补足注浆数量。
　　③注浆作业必须连续进行，若因故中断，应按以下原则进行处理：
　　尽可能缩短中断时间，尽快恢复注浆作业；若中断时间超过30分钟时，应立即冲洗设备和管路，以防浆液固化。
　　恢复注浆后，应先用大水灰比浆液注浆，当管路畅通后，再恢复到正常的水灰比。
　　6.质量要求与检验
　　成桩质量标准按现行桩基验收技术规范进行。后注浆施工操作及质量标准可执行中国建科院企业标准《灌注桩后注浆技术规程》。施工过程中，应经常对后注浆的各项工艺参数进行检查。如对于注浆管，须检查其长度、材质、接口的质量等等。发现异常及时整改。完成桩基工程后，按现行标准进行单桩竖向承载力及桩身完整性检验承载力检验应在后注浆20天后进行。浆液中掺入早强剂时可提前进行。后注浆施工完成后应提供下列资料：材质检验报告、试注浆记录、设计工艺参数、后注浆作业记录、后注浆桩检验及特殊情况处理记录。桩底密实度、桩底浆液均匀性、桩底浆液有效深度在现场进行实测，每处检测不少于2根桩，每根桩须一个钻芯取样，确保注浆质量。

　　四、结语
　　实践证明，钻孔灌注桩桩底后注浆具有缩短桩长，缩小桩径，提高桩基承载力，提高施工进度和降低工程造价的优点，所以，在具备条件的工程中推广后注浆施工工艺有着重要的意义和广阔的前景。