灌注桩后注浆技术应用的经济性分析

灌注桩后注浆技术应用的经济性分析

摘要通过对灌注桩采取后注浆技术和原设计的桩基础以及优化后同桩径未采取后注浆技术的桩基设计方案从工程量方面进行对比分析，论证了采用后注浆技术能明显提高桩基础设计的经济性。

关键词后注浆；单桩竖向承载力标准值；优化方案；经济性

灌注桩的后注浆技术近年来在工程实践中应用较为广泛。后注浆技术的采用极大地改善了桩与桩底及桩周土体的咬合功能，桩底沉渣、桩周泥皮及缝隙得到了很好的处理，对持力层进行了加固，同时大幅度提高了灌注桩的承载力，有效减小了桩基沉降，消除了钻孔灌注桩孔底沉渣的影响。资料显示[1]，采用后注浆技术经济效应十分明显。现通过单项工程的桩基设计优化方案比较，对采用后注浆技术的经济性进行分析。

某公交车地下车库建设地点为陕西省安康市，地下一层现浇框架结构，基础顶至结构板顶高度6.40m，基本柱网12m×12m，标准柱网的单柱底部压力标准值7000kN。本工程结构设计使用年限为50年，结構安全等级二级，建筑抗震设防类别丙类，建筑抗震设防烈度为7度（0.10g），第一组；地基基础设计等级为丙级。

根据岩土工程报告[2]，场地地层自上而下划分为5大层，各土层状况如下：

①素填土：褐黄色，以黏性土为主，近期回填形成，土质不均，稍湿，结构松散。层厚1.10～7.30m，层底深度1.10～7.30m。②粉质黏土：黄褐色，含铁锰氧化物条纹，锰质斑点，可塑状态。层厚4.20～9.30m，层底深度11.50～14.30m。地基土承载力特征值fak=150kPa，桩基极限侧阻力标准值qsik=65kPa。③粉质黏土：黄褐色，含铁锰氧化物条纹，锰质斑点，少量砂粒，可塑状态。层厚5.90～10.90m，层底深度17.70～24.70m。地基土承载力特征值fak=170kPa，桩基极限侧阻力标准值qsik=70kPa。④卵石：杂色，饱和，中密，卵石含量约占60%，呈亚圆形，磨圆度较好。一般粒径4～7cm，最大粒径15cm。成份以千枚岩、片岩、花岗岩为主，填充物约占40%，主要由中粗砂和圆砾充填，少量黏性土，级配良好。该层未穿透，最大揭露厚度9.50m。地基土承载力特征值fak=250kPa，桩基极限侧阻力标准值qsik=150kPa，桩基极限端阻力标准值qpk=300kPa。

根据工程地质剖面图，拟建场地各层地基土分布基本连续，但层位起伏较大，层厚差异大；基底位于①层素填土上，均匀性差。综合分析认为，地基均匀性差，属不均匀地基。根据场地岩土工程地质条件、建筑物结构及特征，并结合地区经验，地下车库采用机械成孔钢筋混凝土灌注桩基础，桩径800～1000mm，桩端为在④层卵石层上。

工程第一版施工图设计时，采用直径800mm的机械钻孔灌注桩，桩顶标高252.200m，桩长25m，桩端进入持力层最小处2.5m，单桩竖向承载力标准值

6000kN，单桩承载力特征值为6000/2=3000kN，基本柱网的柱下采用三桩承台。

建设单位在进行了施工图预算后认为桩基础部位费用偏高，要求设计单位进行优化。经结构计算，设计单位提出了两种优化方案，现将两种优化方案与原设计方案从工程量方面进行比较如下：

原方案：采用直径800mm的机械钻孔灌注桩，桩顶标高252.200m，桩长25m，桩中心间距2.4m，单桩竖向承载力标准值6000kN；基本柱网的柱下采用三桩承台，承台面积10.47m2，厚度 1.0m。此方案单柱下桩基的理论混凝土用量为0.5027×25×3=37.7m3，承台混凝土用量10.47m3。

优化方案1：采用直径600mm的机械钻孔灌注桩，桩顶标高252.200m，桩长25m，桩中心间距1.8m，单桩竖向承载力标准值3700kN；基本柱网的柱下采用四桩承台，承台面积9.0m2，厚度1.0m。此方案单柱下桩基的理论混凝土用量为0.2827×25×4=28.27m3，承台混凝土用量9.0m3。

优化方案2：采用直径600mm的机械钻孔灌注桩，桩顶标高252.200m，桩长25米，桩中心间距1.8米，采用桩端后注浆方式进行增强，增强后单桩竖向承载力标准值5000kN，基本柱网的柱下采用三桩承台，承台面积5.89m2，厚度1.0m。此方案单柱下桩基的理论混凝土用量为0.2827×25×3=21.20m3，承台混凝土用量5.89m3。所有桩均需要进行桩底后注浆，每桩需沿钢筋笼内侧圆周对称设置两根内径不小于25mm的压浆管，并与钢筋笼绑扎牢固；高压注浆采用42.5MPa级水泥，试桩、锚桩及工程桩初始注浆的桩水泥用量不少于1296kg/每桩；其余桩水泥用量不少于1080kg/每桩；最终注浆压力不小于4.0MPa。

以上三种方案比较，仅承台一项，优化方案1的工程量为原方案的86%，优化方案2的工程量为原方案的57%；对比两个优化方案，优化方案2的承台工程量为优化方案1的66%。因此，优化方案二的承台从减少工程量方面具有较大优势。

从桩基的工程量方面比较，优化方案1的单柱下桩基混凝土用量是原方案的75%，优化方案2的单柱下桩基混凝土用量是原方案的57%。对比两个优化方案，优化方案2的单柱下桩基混凝土用量是优化方案1的75%，但由于优化方案二采取了桩端后注浆，单桩的工程造价提高了。根据统计数据，单桩同等桩径采取桩端后注浆和不注浆的造价提高约为10%～15%，因此就两个优化方案比较，方案二的工程量为方案1的（1.15×3）/4=86%。

根据优化方案的对比结果，最终确定采用直径600mm的机械钻孔灌注桩并桩端后注浆方式进行增强。

通过以上的方案对比表明，采用桩端后注浆的单桩极限承载力标准值为5000kN，而不采用后注浆增强的单桩极限承载力标准值为3700kN，注浆后承载力的提高幅度为35%，符合经验值。按工程实践经验，一般情况下，桩端持力层为卵石层或中粗砂时采取后注浆技术的效果是最理想的。本工程在按照规范计算

采用后注浆的单桩极限承载力标准值时，根据勘察单位提供的后注浆侧阻力、端阻力增强系数对比规范给出的增强系数范围发现，勘察单位给出的持力层④卵石层的增强系数低于规范建议范围值的下限。经与勘察单位沟通，主要原因是建设场地临近河床，地下水具有流动性，影响注浆效果。因此在工程具体设计时，规范给出的后注浆侧阻力、端阻力增强系数区间范围偏大，难以准确掌握，应由勘察单位给出合理的增强系数，便于准确计算单桩极限承载力标准值。

结束语

灌注桩采取后注浆技术，对于桩底沉渣、桩周泥皮及桩端持力层进行了加固，工程实践证明，一般情况下可使桩基的承载力提高30%以上并且能明显减小桩基沉降。采用后注浆技术能明显提高桩基础设计的经济性。

参考文献

[1] 朱炳寅.建筑地基基础设计方法及实例分析[M].北京：中国建筑工业出版社.2007：124.

[2] 陕西交通公路设计有限公司.安康市公交总站岩土工程勘察报告（详勘）[R].西安，2016.