灌注桩复合式桩底后压浆技术分析

0 引言
灌注桩后压浆技术，是指在灌注桩桩身达到一定强度后，通过桩身预留管路向桩底和桩侧压力注浆的技术。

随着城市化进程的加速和基础设施建设的不断扩大，灌注桩注浆工艺的需求量也在逐渐增加，灌注桩注浆工艺的广泛应用也带来了新的挑战和机遇。

在国外灌注桩后压浆技术的研发已有60多年的历史。

20世纪80年代起，国内开始了灌注桩后压浆技术研究，形成了以建科院研发的“开式”和西南交大研发的“闭式”两大系统。

李光磊等[1]在深厚软土地层地区做了桩底复合式后压浆桩基承载力试验，总结了一些宝贵的实际工程经验，提出了桩土荷载分布规律；赵宝军等[2]认为桩端复合式后压浆技术能大幅度提高桩侧阻和端阻系数和桩的承载能力；王鑫玥[3]提出了针对桩底复合式后压浆技术的施工工艺；本文在总结前人经验的基础上，提出了格栅式钢板胶囊的施工工艺，解决以往技术无法保证桩身质量和施工注浆流程繁琐等问题。

杨建伟[4]通过对桩端后注浆技术的应用机理分析、应用流程介绍和应用计算研究，分析了建筑工程施工中桩端后注浆技术应用的关键点内容。

本文在此基础上，总结了现有复合式后压浆技术的实际工程经验，提出了利用带格栅钢板胶囊进行复合式后压浆技术的一些优点和实际应用方法。

1 现有注浆技术的弊端
开式后压浆主要技术特点：由压浆口喷出的浆液直接喷向桩周土层，劈裂固化土体，可同时用于桩侧和桩端后压浆。

开式后压浆技术的不足：因桩底后注浆压力较大，故桩底开式注浆多以劈裂注浆形式为主。

其浆液注域可控性低，浆液 在高压作用下沿砂、土、碎石层中的裂隙四处走窜，所注浆液并不一定集中在桩 底，注浆区域、注浆压力和注浆量（“三定”原则）难以掌控，很难达到设计要求，注浆效果稳定性差，单桩承载力波动大，承载力提高的稳定性不够好。

闭式后压浆主要技术特点：在钢筋笼底部放置压浆胶囊，待桩身混凝土固化后，通过内导管向桩底胶囊压入浆液并形成桩端扩大头，挤密桩端土体，改善桩端沉渣等不良土层，提高
桩端土层承载性能。

该技术的不足：由于钻孔中充满泥浆，装有钢板胶囊的钢筋笼在下放的过程中犹如活塞，泥浆向上排出困难，钢筋笼下放难度较大。

2 现有复合式后压浆技术的优缺点
目前已有的研究，主要是针对开式和闭式两种后压浆形式，然而这两种桩基后压浆技术各有利弊 。

在充分研究和总结灌注桩桩底“开式”和“闭式”两种后压浆技术的优点和不足的基础上，提出了新型“ 复合式”桩基后压浆技术。

复合式后压浆主要技术特点：将开式和闭式结合为一体的桩底压浆方式。

在桩底安装格栅式钢板胶囊和开 式后压浆装置，成桩后通过“开－闭－开式”后压浆，对桩底周围淤泥、沉渣和扰动地层进行压密、渗透和劈裂压浆，在桩端形成扩大头，挤密固化桩端周围土体，提高桩端和桩底地层承载力。

现有桩底复合式后将
开式和闭式结合为一体，保持了两者原有优点，克服了开式和闭式两种后注浆的不足。

最大特点是将注浆的劈裂、渗透和压密三种作用形式集中在桩底共同发挥作用；通过桩底环形胶囊的约束，有效地体现了注浆“三定”原则，即对所注浆液的“定域、定量、定向 ”。

现有复合式后压浆技术是采用如下装置，中部开孔的环形钢板，环形钢板下安装环形胶囊，所采用装置如图1所示。

图1 现有桩底复合式后压浆装置
该复合式后压浆技术优势明显，适用于各种方式成孔的灌注桩，尤其适合泥浆护壁钻孔桩。

与整体性钢板胶囊相比，底部安装格栅式钢板胶囊，钢筋笼下沉时，底部的泥浆和水通过孔洞向上排出，便于钢筋笼顺利到达孔底，同时可以通过中间
作者简介：李信桥（1984-），男，硕士研究生，工程师，研究方向：建筑结构。

基金项目：中铁五院课题（项目编号：T5Y2022-B08）
灌注桩复合式桩底后压浆技术分析
李信桥
（中铁第五勘察设计院集团有限公司，北京 102600）
摘 要：对桩基而言，为了解决开式注浆对承载力提高的稳定性差，单桩承载力波动大和闭式注浆的钢筋笼在下放过程中容易产生活塞效应影响施工效率等问题，本文介绍桩端复合式后压浆技术，这是一种采用格栅式钢板胶囊装置在桩底的技术，通过向胶囊内注浆和桩底外注浆，稳定地提高了桩基承载力，同时因为在胶囊中部设置了格栅，使得施工更加便捷容易操作。

关键词：桩底复合式后注浆；钢板；胶囊；格栅；土体加固中图分类号：TU473.1 文献标识码：A DOI：10.20080/ki.ISSN1671-3362.2024.01.024
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孔洞进行二次清孔清渣；与单一的桩底开式注浆相比，桩底中空式钢板胶囊保证了桩端压密注浆的挤密效果和稳定性，对桩底周围地层进行挤密压实。

不仅使桩底地层承载力提高，同时也增加了桩身下部的侧摩阻力（握裹力）。

这一现象得到了试验结果的验证；在桩端压密注浆前后交替进行开式注浆，可以消除桩底部位的“淤泥沉渣”“脱空”“虚尖”，同时对桩底周围土层进行渗透和劈裂注浆，浆液在地层中发生胶结或形成树枝状水泥结石浆脉，地层强度和承载能力大幅度提高。

桩底复合式后注浆适用于各种地层，使桩底注浆加固各种土层的优势发挥到最大加固稳定性提高。

桩的极限承载力与桩周和桩底地层的强度成正比，与桩和地层结合的紧密程度成正比。

桩底复合式注浆可以最大限度地提高桩底地层强度，使桩基与桩端周围地层紧密结合为一个整体。

桩底压密和开式注浆方法的联合使用可以互相促进和增强彼此之间的加固效果，承载力提高效果更稳定。

3 现有复合式后压浆技术的作用机理
主要通过以下方面发挥其自身优势：
（1）压密作用。

通过向胶囊压力注浆，胶囊膨胀对桩端底部地层进行挤密压实，其挤密压实效果十分显著，并在桩端形成扩大头。

（2）渗透作用。

利用开式注浆管对桩端周围的砂卵石等透水层进行注浆加固，水泥浆容易将砂卵石地层中的自由水挤走，进而被水泥浆置换，使砂卵石等透水地层发生固化胶结，进而大幅度提高土体整体强度。

（3）劈裂作用。

开式后压浆可在粘性土中高压至裂劈开土体，或将原有缝隙强行扩大延伸后强行灌入水泥浆，形成水泥浆脉，坚硬的结石浆脉使粘性土层的整体强度得到提高。

（4）胶结固化作用。

水泥浆所到之处可对沉渣、淤泥、松散土、扰动土等软弱土层进行化学固化，形成水泥土，进而提高桩端土体承载能力；压实挤密后水泥土的承载能力提高幅度更加凸显[5]。

（5）化学膨胀作用。

桩底复合式后注浆可采用膨胀水泥，固化过程中的水泥土膨胀性能可对桩底地层产生化学反应膨胀挤压效应，增大挤密压实效果。

（6）“三定 ”原则的体现。

桩底复合式钢板胶囊能有效控制压浆区域，能将压浆区域限制在桩底，有效挤密压实扩大头周边土层，进而在桩底形成良好的桩端持力层。

（7）改善桩端混凝土质量的作用。

桩底钢板的存在能隔绝桩底沉渣对桩端混凝土质量的干扰，很大程度改善桩端混凝土的质量，从而提升桩的承载力。

（8）效果稳定性好。

复合式后压浆采用了开式－闭式－开式的后压浆过程，压浆 “三定”原则得到了有效贯彻，两种后压浆优势得到充分的发挥，能形成质量可靠的桩端混凝土，桩基承载能力提高的幅度高，承载能力提高的稳定性好。

4 改进的复合式后压浆技术介绍
但是随着该技术的广泛应用，逐渐发现该技术还存在如下缺陷：
（1）环形钢板与钢筋笼连接，钢筋笼下放过程相对较快，但是二次清孔时，在清除孔底夹渣的同时，孔底大颗粒石块等也被同时清除，在孔底形成空洞，影响注浆质量。

（2）浇筑混凝土时，环形钢板胶囊内侧，混凝土易与开式注浆管结为一体，需要在浇筑混凝土完成后及时开塞，否则混凝土凝固堵塞注浆管，造成开塞困难；其次，混凝土易从环形钢板胶囊内侧往下延伸从而包裹胶囊，造成闭式注浆时胶囊难以有效膨胀。

（3）现有钢板胶囊桩基注浆顺序为开式、闭式、开式三道工序，注浆过程比较繁琐，且过程越繁琐，会造成施工效率降低，成本增高。

如果桩基数量较多，施工过程中则容易出现差错，对施工专业化要求比较高。

所以对原产品进行改进，环形钢板中部增加格栅，带格栅环形钢板下加装橡胶胶囊，如图2所示，格栅能提高孔底二次清孔效果，并防止在孔底清孔时形成空洞；并且格栅能阻止大部分混凝土进入到钢板胶囊内侧，防止混凝土包裹注浆管，减少了开赛步骤，采用闭式－开式注浆程序，相对比原先开式－闭式－开式注浆工艺，减少一道注浆工序，提升注浆效率；防
止混凝土包裹胶囊底部，影响闭式注浆时胶囊膨胀。

图2 格栅式桩底复合式后压浆装置
通过以上几个方面的作用，使复合式后压浆的单桩极限承载力稳定可靠地大幅提高，桩底复合式注浆技术可显著优化桩长和桩径，减少钢筋混凝土圬工数量，降低施工难度，缩短工期，节省工程投资，同时提高隐蔽工程质量。

对于穿越流沙、卵砾漂石、岩溶等钻进成孔困难地层，以及超长钻孔成桩困难等问题[6]，应用此项技术可用于优化桩长，从而降低施工难度、缩短工期、节省投资的效果非常明显。

5 试验案例验证
2023 年在依托温州南单身公寓复合式后压浆技术课题研究，对此技术进行现场试验。

拟建场地地貌单元属冲海积平原，地形略有起伏，现自然地面高程一般为 5.45～6.64m 。

北侧场地为公寓内活动场地，西侧临近高铁铁路，南侧场地为绿化带，东侧为内部道路，场地内局部有建筑垃圾，场地较开阔。

地层自上而下分别为杂填土、素填土、 淤泥、 黏土、 圆砾、黏土、含黏性 土圆砾 、黏土、含黏性土圆砾 、黏土、含角砾粉质黏土 、 全风化凝灰岩。

本次现场灌注桩复合后压浆三根试桩，试桩桩长 65m ，桩径 0.8m，长径比为 81.25 。

桩端持力层为位于黏土层 。

通过现场试验，可以看出带有该装置的钢筋笼在下放过程中十分顺利，不存在活塞效应，不影响现场施工。

注浆时不采取开塞步骤，减少了一道注浆程序，在浇筑完桩基混凝土28d后对桩基进行完整性检测，桩身完整性没问题后，对桩基仅采用闭式－开式注浆程序的注浆，依然能顺利进行，说明格栅的存在能有效地隔绝混凝土进到装置内侧，阻止
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第1期中国建筑金属结构了混凝土硬化包裹注浆管，减少一道开塞程序，是完全可行的，这大大地简化了注浆步骤，提高了注浆效率；
桩身混凝土强度超过设计强度等级的 70%后进行了声波透射法检测，如图3所示。

结果表明，检测范围内的声学参数均无异常、波形正常，三根试桩均为Ⅰ类桩，桩身完整，桩长与设计桩长及施工桩长一致，说明桩底部混凝土强度得到了保证，没有出现和沉渣混合搅拌在一起的现象，从而印证了钢板能起到有效隔离沉渣的作用，这一点与美国交通部规范采用技术类似，如图4
所示。

图3 桩基完整性检测 图4 美国交通部所采用 桩底钢板装置
通过桩基静载试验，原设计理论估算桩基承载力特征值为2 300kN，而采用此技术进行了试验，限于场地条件限制，仅加载至10 000kN，对应沉降值为20mm，远远小于桩基破坏值，可得现场试验所得桩基承载力特征值大于5 000kN，承载力至少提高一倍，所以可见该技术能有效提高桩基承载力。

通过桩基静载试验，在两根桩均加载至10 000kN 时，沉降分别为21.56、13.20、24.37mm，第三根桩因受场地条件限制仅加载至8 800kN，沉降为13.20mm，如按等比例换算，沉降均在20mm 左右，说明采用该技术能有效地减少沉降。

桩基静载试验Q-S 曲线及S-lgt 曲线如图5
所示。

图5 桩基Q-S 曲线及S-lgt 曲线
与原设计相比，通过采用此技术优化桩数，原设计采用桩数为383根，现设计为162根，桩长、桩径不变，节省投资近50%，节省了工期，降低了造价，经济效益非常明显。

6 结论
在本项目试验中，复合式后压浆桩采用与原设计同样的桩长桩径，体现出优异的承载特性和承载稳定性。

其主要原因是，通过复合式后压浆技术（钢板、胶囊和闭式－开式后压浆之挤密、压实、劈裂、渗透、固化作用）在桩端形成了质量可靠的桩端混凝土和桩周土体，为桩端阻力的充分稳定发挥提供了可靠的桩端+桩周土体复合体。

格栅能有效地保证桩端混凝土的质量和桩身承载力，这是复合式后压浆承载性能良好的关键机理及主要原因。

通过复合式后压浆技术激励研究结合现场试验总结，桩底复合式后压浆技术能够有效地提高桩基承载力，减少桩基沉降，提高桩基底部混凝土质量，增加注浆施工的便捷性，主要结论如下。

（1）根据静载试验曲线可知，试桩在加载过程中均表现出较好的承载特性，且沉降稳定，充分说明复合式后压浆技术“定域、定量、定向 ”的特性，运用复合式后压浆技术是稳定可控的。

（2）根据试桩结果及理论分析，采用该技术在缩短工期、节约造价方面均有较大优势，在该项目运用复合式后压浆技术是合理且可行的。

（3）采用环形钢板+中部格栅的形式，使得大颗粒石块等在二次清孔时不会被清除，提高孔底二次清孔效果，并防止在孔底清孔时形成空洞；能防止二次清孔时桩底大颗粒土质被清除，避免在桩底形成空洞，有效地提高桩承载力。

（4）采用环形钢板+中部格栅的形式，能隔绝混凝土中大骨料进入中间孔洞，混凝土不易包裹开式注浆管，解决了后压浆工艺中容易堵管的现象。

（5）对比中孔式钢板胶囊，简化了施工程序，仅用闭式、开式注浆两道工序，提高注浆效率。

（6）采用环形钢板+格栅的形式，钢筋笼在下放的过程中泥 浆可通过中间的格栅向上排除，从而使下放过程相对容易，避免活塞效应，提高施工速度。

（7）该技术能够起到改善桩端混凝土质量的作用：桩底钢板的存在能隔绝桩底沉渣对桩端混凝土质量的干扰，很大程度改善桩端混凝土的质量，从而提升桩的承载力。

参考文献
[1] 李光磊,富志根,贺敏,等.深厚软土地层钻孔灌注桩复合式后
压浆试验研究[J].铁道建筑技术,2023(10):20-23+69.
[2] 赵宝军,李晓娟.复合式后压浆钻孔灌注桩承载特性与试验应用
研究[J].中国水运(下半月),2022,22(07),143-144+147.
[3] 王鑫玥.桩底复合式后压浆桩基承载机理和施工工艺研究[J].山
西交通科技,2023(03):95-97+117.
[4] 杨建伟.建筑工程桩基施工中的桩端后注浆技术研究[J].中国建
筑金属结构,2023,22(04):33-35.[5] 高文生,邱明兵,刘金砺.建筑桩基技术规范应用手册[M].北京:中国建筑工业出版社,2010. [6]
JGJ94-2008,建筑桩基技术规范[S].
引自《Evaluation and Guidance Development for Post-Grouted Drilled
Shafts for ighways》（2017）。