桩底后压浆机理及施工

桩底后压浆机理及施工

摘要：分析了钻孔灌注桩桩底后压浆技术提高承载力和控制沉降的作用机理，并结合工程实例，介绍了该技术的施工工艺，阐述了应用的价值和效果。

关键词：钻孔灌注桩桩底后压浆施工工艺

一、前言

钻孔灌注桩以其对各种地质条件适应性强、单桩承载力高、施工对周围环境干扰小等优点而被广泛应用于各种基础工程中。但其最大的缺点在于：桩底沉渣较难清理，造成桩底端承在软土上，桩底持力层地基强度较低影响端承力，桩基沉降量加大；成孔时泥浆护壁产生的泥皮影响侧摩阻力的发挥。由此，改善桩底和桩侧土的工作性能已成为必须要解决的技术问题。

为了解决这一问题，可采用桩底后压浆工艺进行处理，其做法是：在钢筋笼上预埋由地面直通桩底的注浆管，待桩身混凝土浇筑完成并达到一定强度后实施桩底压浆，使浆液在桩底沉渣和桩周的泥皮中填充、渗透、压密固结，使之形成高强度新土层；同时还伴随着端部扩颈作用，可大幅度提高桩端承载力，有效的控制沉降。桩底后压浆技术已在全国各省市普遍推广应用，且在国家大型重点项目，如：杭州湾大桥、苏通大桥等工程中使用，反馈效果良好；桩底后压浆灌注桩承载力计算公式和压浆关键技术参数也已纳入现行的《公路桥涵地基与基础设计规范》JTG D63-2007。

桩底后压浆技术能较好的弥补钻孔灌注桩的不足，给结构设计与施工提供了质量良好的可选桩型，笔者这里就该技术的作用机理及施工工艺进行分析阐述，与同行探讨。

二、桩底后压浆作用机理

桩底后压浆即在桩内预埋压浆管，待桩身砼终凝到一定强度后，将预定水灰比的水泥浆液注入桩底及桩周的裂隙、孔隙中，水泥浆液经过渗透、劈裂、挤密、填充等作用，改善了桩端及桩侧土体的物理力学性质，以提高桩端承载力及桩侧摩阻力的方法，桩的沉降也得到有效控制。其作用机理主要有以下四个方面：

1、加固桩端持力土层

浆液在高压作用下对桩端沉渣及桩端附近的土层起到劈裂、渗透、挤密、填充、固结等作用，形成一种高强度的新土层，使桩端条件得到改善，从而提高桩端阻力和单桩承载力，减少沉降。

2、较好的处理了桩底沉渣并和扩颈作用

普通钻孔灌注桩桩底沉渣量大（一般达10cm~50cm）,且难以检测和处理。不管桩端土层土性如何，注入桩底的浆液都会对桩底的沉渣有效清理，并进行挤密、固结加固处理。桩底沉渣与桩端砼强度提高，使压缩变形提前完成，减少了桩后期的沉降。此外，在高压浆液的作用下，桩端附近的土层因挤压产生压缩变形，扩大了桩头，增加了桩端的受力面积。

3、改善了桩—土界面特性

由于钻孔灌注桩成孔过程中采用泥浆护壁，在桩与土体之间，存在着一层泥皮并有缝隙，大大减小了桩侧的摩擦力。在桩底压浆过程中，随着压浆量及压浆压力的增加，部分浆液由桩底沿桩侧缝隙上浸，在桩侧形成“糖葫芦”形桩身，改善了桩—土界面特性，提高了桩周土体模量，大大提高了桩侧摩阻力。

4、增加桩周法向应力

由于压浆后桩底形成扩大头，挤密了桩端土层，增加了桩端及其周围土层的侧向压力，法向应力的提高使得桩侧摩阻力提高。

三、工程实例

1、工程概况

西部某城市的一座大型公路、建筑两用廊桥，横跨岷江，设计为13x30m框架结构，廊桥全长390m。首层通车，通车层上部为多层仿古景观建筑，局部最高3层，功能多样，结构形式复杂，是一座集历史、文化、商贸、餐饮、行人、通车功能为一体的综合性景观廊桥。设计其每个桥墩下对应承台群桩基础。出于控制工期、缩短桩长、减小投资和施工难度以及控制沉降等诸多因素的综合考虑，设计桩基采用C30砼钻孔灌注桩，桩径1200mm,桩长为35m、25m两种，所有桩基均要求进行桩底压浆施工。

工程地质土层分布情况以具有代表性的9#钻孔为例，从上而下依次为：（1）卵石夹土：浅灰色，稍湿，松散～稍密，卵石成份多为岩浆岩和沉积岩，中等~微风化，中砂、砾石及粘性土充填，层厚 3.4m；（2）卵石：浅灰色，稍湿，稍密～中密，卵石成份多为岩浆岩和沉积岩，中等~微风化，中砂、砾石及粘性土充填，层厚1.9～7.1m；（3）含细粒土砂：浅灰色，稍湿～饱和、松散，主要成分为石英和长石，见少量云母碎屑和其它黑色矿物,层厚0.4m；（4）漂石夹土：浅灰色，稍湿，中密～密实，漂石成份多为岩浆岩和沉积岩，中等~微风化，中砂、砾石及粘性土充填，层厚 4.5m；（5）漂石：浅灰色，稍湿，中密～密实，漂石成份多为岩浆岩和沉积岩，中等~微风化，中砂、砾石及粘性土充填，层厚3.8～21.4m。

2、施工工艺

（1）压浆管构造及埋设

本项目用于桩底压浆的3根压浆管由Φ57x3mm无缝钢管加工而成（兼作超声波检测管用途），沿桩径均匀布设于钢筋笼内侧。压浆管分为管头、管身和管尾三部分。管头为满足桩底压浆的要求，下端插人桩底标高20cm以下, 深入桩底土中；顶端约5cm制成球形圆头，直径大于管径2cm～3cm，防止插入桩时破坏外面的橡胶套，堵塞压浆孔；剩余15cm管径同管身相同，该范围内设置Φ10mm 压浆孔12个，呈梅花型布置，外套厚1.5mm的橡胶套，紧紧地包裹住压浆孔；管身长为设计桩长，设置在桩体中，采用Φ57x3mm的无缝钢管，焊接或用丝扣连接；管尾高出桩头30cm，上面用铁块封住管顶。（详见图1）

图1压浆管构造图

在钢筋笼吊装安放过程中要注意对压浆管的保护，钢筋笼不得扭曲，以免造成压浆管在丝扣连接处松动；在每节钢筋笼安放结束时，必须在压浆管内注人清水，以保持水面稳定不下降为标准检查压浆管的密封性，如发现漏水应提起钢筋笼检查，在排除故障后方可继续安放钢筋笼；对高出地面、露在孔口的压浆管必须用堵头拧紧，防止杂物及泥浆掉人压浆管内，确保管路畅通。

（2）压浆设备的选择

压浆设备（每班组）：注浆泵（两台，一台注浆，一台清洗），浆液搅拌机（配过滤网），储浆桶，压浆管路，12 MPa压力表，球阀，溢流阀，水准仪，16目纱网。注浆泵必须配备卸荷阀，限定压力8-9MPa。注浆泵最小流量不大于60L/min。为确保压浆过程中不因机械事故而停顿，压浆设备必须有备用件。

（3）压浆时机的选择

为防止压浆时水泥浆液从临近薄弱地点冒出，压浆的桩应在混凝土灌注完成14 天（砼强度达到8 。％）后，并且该桩周围至10m范围内没有钻机进行钻孔作业，此外，该范围内的桩基混凝土灌注完成均应在3天以上。

（4）试压及置换压浆管内的水

注浆泵的高压管与压浆管连接紧密、牢固，高压注水，检查高压泵压力及压浆管密封情况。此外，压浆前需将压浆管内的水进行置换，用小于压浆管管径的PVC管插入管底，压入配置好的水泥浆，从管底排除压浆管中的水，管顶冒出水泥浆后，将PVC管拔出。

（5）压浆施工

压浆管内的水置换后，将配制好的水泥浆液经压浆泵加压输送到设置在桩底的压浆管内，高压浆液通过管底的Φ10mm压浆孔进人桩底的土体中。水泥浆液水灰比控制在0.55左右，水泥采用42.5级普通硅酸盐水泥。正式压浆前，需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。

在桩底压浆过程中，首先用较稀的浆，然后逐渐增加浓度。稀浆渗透性强可扩大桩底压浆加固范围，浓浆有利于提高桩底压浆加固区的强度。压浆压力、浆液浓度、压入率和压浆量是变化的，合理的确定和控制其变化范围，提高桩底压浆效果，并兼顾设计要求注入水泥浆液量，及压浆的终止压力，确保压浆质量。

（6）压浆终止条件

压浆过程采用三控的办法进行控制，满足以下任何一个条件即可终止压降：1）压浆量的控制：直径1.2m的桩，桩底压浆量达到3.0m3；2）压力控制：桩底压浆压力大于7 M Pa，并持荷10min以上仍无变化；3）桩身上抬量若超过3mm，无论压浆量多少、压力大小即刻停止压浆。

3、压浆效果

桩基压浆完成后，对桩体进行了超声波和大应变检测，结果显示：压浆桩体的极限承载力明显比不压浆的要高出许多。同时，将同一地点的两根桩（一根压浆、一根未压浆）进行了沉降观测对比试验，在为期3个月的静载荷试验结果表明，桩底压浆桩的沉降量仅为未进行压浆的桩的沉降量的1/2。