钻孔灌注桩后注浆技术

钻孔灌注桩后注浆技术

摘要：后注浆是改善泥浆护壁钻孔灌注桩桩底沉渣、桩侧泥皮固有缺陷的一项重要技术。介绍了灌注桩后注浆技术的施工工艺以及工艺参数确定，阐述了后注浆加固机理，归纳了注浆后土体物理力学性能研究、桩端后注浆灌注桩的理论基础和其承载力影响因素的有限元分析研究的主要进展，分析了后注浆灌注桩承载变形特性，概括了后注浆灌注桩单桩竖向极限承载力计算的主要方法，对今后灌注桩后注浆技术的研究与应用有一定的指导意义。

关键词：灌注桩；后注浆；加固机理；承载特性；数值分析

【中图分类号】tu753.3

1961 年委内瑞拉 maracaibo 大桥桥基工程中利用注浆管对桩

基进行注浆，是注浆技术在桩基加固工程中应用的首例报道。随着后注浆技术在灌注桩施工中的不断应用，逐渐形成了较为完善的桩端注浆、桩侧注浆、桩端桩侧联合注浆 3 种后注浆施工技术，灌注桩后注浆施工工艺优化、加固机理、承载力与变形特性等方面的研究也越来越深入。

1 灌注桩后注浆施工工艺

1.1 后注浆技术施工

灌注桩后注浆技术是指在钻孔灌注桩成桩之后，通过预埋在桩身的压浆管在一定压力下向桩侧泥皮、桩底沉渣及桩周土层中注入一定量的水泥浆液，提高桩基承载性能。当采用桩端桩侧联合注浆时，为避免桩端注浆时浆液沿桩侧软弱面冒出，宜先采用桩侧注浆封

堵，再进行桩端注浆。同理，当采用多层桩侧注浆时，宜由上向下逐层进行。

1.2注浆参数的选择

1.2.1 注浆量

1.2.2 注浆压力

注浆压力是指在不会使地表产生隆起和基桩上抬量过大前提下，注桨时能采用的最大压力。注浆压力值与土层的密度、强度、初始应力以及钻孔深度、注浆位置、注浆次序等因素有关，其中部分因素较难准确预知，因此宜通过现场试验确定。可灌性好的土层注浆压力一般在 4 mpa以下，可灌性较差的土层注浆压力可达 4 ～ 8 mpa。

1.2.3 浆液浓度

1.3 注浆适用土层

浆液在不同土层中的扩散范围不甚相同，土颗粒越粗，浆液扩散范围越大。桩端持力层为薄砾石层时，注浆扩散半径可达 3.5 倍桩径以上。在土颗粒较小的土层中，浆液分布不连续，充填不均匀，多以薄层状分布，厚度变化较大，且浆体与土颗粒较难相互掺和。对比分析大量现场静载试桩试验结果，桩底注浆桩承载力增幅随桩端持力层土颗粒增大而增大，砾石层是最理想的桩底注浆层。

2 后注浆加固机理

目前，压力注浆理论已有较深入的研究，灌注桩后注浆技术作为注浆技术在桩基加固方面的应用。

2.1 后注浆水泥浆液作用机理

（1）渗透固结：浆液可在较小压力下注入渗透性强、可灌性好的砂土、碎石土中，形成结构性强、强度高的结石体，扩大桩端承载面积，提高桩端承载力。

（2）胶结泥皮：桩侧注浆时，水泥浆液挤压劈裂桩周软弱泥皮并重新胶结在桩侧形成强度较高的竹节状的水泥加固体，其厚度一般为 2～20 mm。

（3）充填挤密：浓度较大的浆液充填土体孔隙，并在一定压力下压密桩侧土体和桩底松散沉渣，使土体重新固结，提高土体抗压强度。

2.2 注浆后土体物理力学性能的变化

注浆后土体有效应力、内摩擦角、粘聚力提高，土体的抗剪强度随之增大。注浆后，土体物理力学参数的变化也导致了土体屈服函数的变化。在外部荷载作用下，岩土体的弹性区域明显增大，塑性剪应变的屈服区域和体积应变的屈服区域则由注浆前的相对集中变得相对分散，而且总体规模相对减小，岩土体的稳定性和承载性能力大大提高。

3 后注浆灌注桩理论和数值分析

3.1 球（柱）扩张理论

vesic提出的包括球形扩张理论和柱形扩张理论在内的腔体扩张理论是目前用于解释在中砂以上的地基中进行渗透注浆的两个具有代表性的理论。张忠苗等考虑了桩底后注浆球（柱）扩张理论中

的材料应变软化问题，分析指出桩端注浆极限扩张压力 pu比桩侧注浆大，极限扩张压力受内摩擦角影响明显，受粘聚力影响较小，因此在无粘性土中注浆效果更明显，这与工程实践结果是相符的。

3.2 后注浆灌注桩承载性能的有限元分析

注浆量、注浆体强度、桩的长径比等对后注浆灌注桩承载性能影响较大，此研究主要采用有限元数值模拟分析方法。建立注浆加固体为球体的桩端注浆灌注桩模型，分析得到桩极限承载力随注浆体半径增大基本呈线性增加，随注浆体强度的增大而增大，但增大到一定程度后，注浆体强度对承载力影响不明显。桩底荷载的传递率（桩底荷载与桩顶荷载的百分比）对灌注桩承载性能有重要影响。桩的长径比、桩端桩侧土的压缩模量比、加固体与桩高度比、加固体与桩直径比等对桩端阻力的传递率有较大影响，桩的长径比越小，桩端桩侧土压缩模量比越大，加固体越大，桩底荷载传递率越大，即注浆后桩端承载力提高越明显。后注浆灌注桩施工过程对土层应力产生一定影响。

4 后注浆灌注桩承载变形特性

注浆后，由于注浆土层、注浆类型、桩的长径比、施工工艺等因素的差异，灌注桩承载力提高幅度达 20 % ～150 %，甚至更大。后注浆使灌注桩桩端、桩侧承载力都有不同程度的提高。桩侧注浆水泥浆液固化泥皮后，形成紧固于桩身的硬壳层。注浆对桩的荷载传递特性产生明显影响。未注浆桩在桩顶荷载作用下，轴力逐渐往下传递，侧阻力由上而下逐步发挥，待桩顶位移达到一定程度后，

端阻力才开始起作用。而注浆桩在桩端压力作用下，对桩由下而上施加了一个预应力，桩端土体及一定范围的桩周土预先完成了一部分变形，使桩端阻力从一开始就参与了作用，从而较充分地发挥土体的强度，大幅提高承载力和减少沉降。

普通灌注桩，桩端多呈刺入剪切破坏，沉降较大。后注浆灌注桩加固了桩端松散沉渣和桩端扰动土层，消除了桩底“软垫”，形成强度较大的桩端加固体，一般呈局部剪切破坏，荷载沉降曲线趋于平缓，沉降量降低

5 结语

（1）后注浆加固机理已有较深入的理论和实验研究，水泥浆液通过渗透、压密、胶结、劈裂作用，提高土体强度，土体在荷载作用下，弹性区域增大，塑性区域变得相对分散。

（2）数值分析方面，球（柱）腔体扩张理论是模拟桩端后注浆灌注桩的理论基础，有限元方法则主要用于分析各种因素对注浆效果的影响，桩侧注浆数值模拟的研究还有待深入。

（3）后注浆使灌注桩承载特性发生明显变化。注浆产生“扩径效应”和“扩底效应”，桩侧摩阻力和桩端阻力明显增加。注浆后灌注桩桩端阻力发挥提前，两者时间差异性减小。

（4）灌注桩桩端、桩侧后注浆承载力计算经验公式是在非注浆灌注桩承载力计算公式基础上进行调整，其承载力计算应同时考虑注浆对桩身尺寸和桩周土层加固两方面的影响。