后压浆技术提高钻孔灌注桩单桩承载力作用机理分析

后压浆技术提高钻孔灌注桩单桩承载力作用机理分析
摘要：根据施工经验，重点分析了影响单桩承载力的各主要因素，阐明了后压浆技术提高钻孔灌注桩单桩承载力的作用机理。

关键词：后压浆钻孔灌注桩单桩承载力作用机理
Abstract: According to the construction experience, this paper focusis on the analysis of the main factors affecting the pile capacity, illustrates the grouting technology to improve the mechanism of action of the Bored Pile bearing capacity.
Key Words: post-pressure grouting , bored pile, bearing capacity of single pile , mechanism of action
中图分类号：U443.15+4 文献标识码：A 文章编号：
0引言
钻孔灌注桩后压浆技术是指在成桩过程中，在桩底或桩侧预置注浆管，待桩身混凝土达到一定强度后，通过注浆管道，采用高压注浆泵，注入一定水灰比的水泥浆液，使桩底沉渣及庄周土间的泥皮隐患得到根除，桩端阻力及桩侧阻力相应提高，从而提高钻孔灌注桩的单桩承载力。

常见注浆方式为：桩端注浆、桩侧注浆及桩端桩侧联合注浆，见图1：
影响钻孔灌注桩单桩承载力的因素分析
在施工过程中，影响钻孔灌注桩单桩承载力的因素较多，主要有以下几个方面：
成孔质量
在特定施工工艺施工过程中，影响成孔质量的原因为：①钻机就位不平整，从而造成斜孔，严重者可能导致导管不能下到位，影响后期灌注质量；②土质结构疏松，成孔后，由于地层中形成了较大的自由面，破坏了地层的压力平衡，引起地层压力向自由面应力释放，甚至出现塌孔、垮孔等情况。

冲、清孔质量
沉渣是影响钻孔灌注桩单桩承载力的重要因素之一，沉渣厚有以下因素造成：①由于泥浆的控制不当或提钻过早，致使钻进过程中形成的较大泥块不能冲出，会形成厚厚的高浓度泥浆，在灌注过程中，由于它的抽吸作用，可能出现缩径；②二次清孔与首斗灌注之前存在时间间隔，在此期间，孔内泥浆中的部分钻渣将沉淀在孔底。

灌注质量
在灌注混凝土过程中，灌砼导管较长，且管内充满泥浆，初灌砼会产生离析，在桩底形成“虚尖”，使桩端混凝土强度降低，从而影响单桩承载力。

泥皮作用影响
在钻孔灌注桩施工过程中，为了杜绝塌孔和缩颈现象的发生，一般采用优质泥浆护壁，泥浆颗粒吸附于孔壁形成泥皮，泥皮对孔壁起到了稳定作用，但由于它的存在，阻碍了桩身砼与桩周土粘结，从而降低了钻孔灌注桩的桩侧摩阻力。

泥浆液的浸泡作用影响
桩周与桩底由于受到泥浆液的浸泡而变得松软，以及嵌岩桩，由于浸泡时间过长，使得桩周岩土的强度降低，从而降低了桩周侧阻力和端承力。

桩自身固结收缩
钻孔灌注桩浇筑混凝土后，自身会产生固结收缩，使得桩身混凝土与周围岩土产生间隙，从而减小桩侧摩阻力，降低单桩承载力。

2.灌注桩的可灌性
灌注桩成孔对桩周土的扰动降低了桩端土体的强度；灌注桩水下作业使桩周及桩端土体遇水软化，土的强度急剧下降；灌注桩桩周围泥皮存在如同桩与土体之间加上润滑剂大大降低了桩侧摩擦力。

土体扰动、桩底沉碴严重影响了灌注桩端承力发挥。

灌注桩施工中存在土体扰动、桩底沉碴和桩周泥皮，一方面对灌注桩承载能力产生负面影响，另一方面正是这些薄弱面的存在才使得其具有可灌性。

3.后压浆提高单桩承载力作用机理分析
3.1桩端注浆
桩端注浆使浆液在高压作用下对沉碴及桩周土劈裂、渗扩、填充、压密、固结等作用使桩端持力层在一定范围内形成浆液和土的结石体，从而改善持力层
的物理力学性能，消除了沉碴对端承力发挥的不良影响。

通过劈裂、渗扩、挤密和胶结使桩端附近土层产生较大的压缩变形形成桩端扩大头，即梨形体，增大了桩端受力面积，改善了其受力状态。

桩底沉碴在浆液置换、渗扩、填充、压密、固结作用下，使其压缩变形提前完成，减少了桩在荷载作用下的竖向变形，使桩端承载力得以充分发挥。

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力不断升高，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，从而提高单桩承载力。

3.2桩侧注浆
影响桩侧摩阻力的主要因素是桩周泥皮及桩身混凝土固结缩径。

桩侧注浆了提高桩身混凝土与桩周土体之间的粘结力，从而提高桩侧摩阻力。

桩侧注浆在高压作用下，浆液沿桩土界面向上及向下渗透，通过渗扩、填充、胶结等综合作用，对桩周泥皮进行置换，使桩与泥皮及桩周土层胶结成整体并在桩周形成脉状结石体。

注浆不仅可以完全消除桩周泥皮对桩侧摩阻力的负面影响，而且注浆胶结体在置换桩周泥皮同时还挤占桩周部分原状土，增大了桩的平面几何尺寸，从而使桩侧摩阻力大幅度提高。

4合理的注浆工艺是实现目标的保证
4.1：注浆管埋设
桩端注浆处理大直径灌注桩需在桩中心造一注浆孔直至桩端持力层一定深度，然后埋入注浆管至孔底，并封闭孔孔口一定范围注浆管与孔之间的空隙；或成孔后，将注浆管随钢筋笼埋至孔底。

4.2压水试验
压水试验不仅起到疏通注浆通道的作用，而且注浆设计的有关参数也应根据压水试验结果做出相应的调整。

4.3合理控制注浆参数有利于提高桩端注浆效果在桩端注浆过程中注浆压力、注浆浓度、注入率和注入量是变化的。

合理的确定和控制其变化对提高桩端注浆效果十分重要。

4.4桩端注浆灌注桩承载能力取值
大直径灌注桩经桩端压力注浆，其单桩承载力可提高30%以上，实测中最大可达155%，由于桩端压力注浆后，单桩承载力提高的幅度范围较大，这给设计者如何确定注浆后的桩承载力带来困难，试验表明排土桩经压力注浆后其桩周围的摩擦力和桩端极限承载力的数据缩小了与挤土桩的差距，根据排土桩在注浆的有效范围内接近于排土桩的特征可对注浆桩承载能力进行计算。

根据部分实
例的对比数据，排土桩挤土桩按规范取值计算求得，其中，长桩qp取低值，短桩qp取中值。

5.结论
综上所述，大直径钻孔灌注桩经桩端压力注浆，明显的改善了灌注桩的桩端持力层和桩周土体的力学性能，提高了桩端的承力和侧阻力，大大的改善了灌注桩荷载传递性能，使灌注桩的综合承载力得到大幅度的提高。

大量工程实践表明，其单桩极限承载力可提高百分之30-50以上。

工程设计可根据灌注桩（排土桩）经压力注浆后其桩周围极限摩擦力和桩端的极限承载力的数据缩小了与排土桩的差距，可按接近于排土桩特征对其注浆桩进行设计取值。

参考文献
《桩基工程手册》编写委员会.桩基工程手册，中国建筑工业出版社，1995 耿杰，钻孔灌注桩后压浆提高单桩承载力机理分析，西部探矿工程，2000 黄生根，龚维明，钻孔灌注桩后压浆的承载性能研究，岩土力学［J］，2004.8
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