关于钻孔桩桩底后注浆的技术要点_张忠苗

2 桩底后注浆设计施工技术要点
(1) 设计前应首先通读场地工程地质勘察报告
并详细了解桩基持力层的性状(包括其重度、孔隙
比、颗粒级配、含泥量、密实度、渗透系数和 Es， fk，qsu，qpu 值及地下水情况)
(2) 对一、二级建筑物及体形复杂或体积很大
的其他建筑物一般应做注浆前与注浆后的单桩竖向
静荷载试验对比工作，再来调整设计，然后开展大
第 21 卷 第 11 期 2002 年 11 月
岩石力学与工程学报 Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering
21(11)：1740～1743 Nov.，2002
关于钻孔桩桩底后注浆的技术要点
张忠苗 唐朝文
(浙江大学岩土工程研究所 杭州 310027)
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岩石力学与工程学报
2002 年
(11) 开塞与注浆 压水试验是注浆施工前必不可少的重要工序。 成桩后至实施桩底注浆前，通过压水试验来认识桩 底的可灌性。压水试验的情况是选择注浆工艺参数 的重要依据之一。此外，压水试验还担负探明并疏 通注浆通道，提高桩底可灌性的特殊作用。 压水试验并不会影响注浆固结体的质量，这是 因为受注体是个开放空间。无论是压水试验注入的 水，还是注浆浆液所含的水，都将在注浆压力或地 层应力作用下逐渐从受注区向外渗透消散其多余的 部分。 一般情况下，压水宜按 2～3 级压力顺序逐级进 行，并要求有一定的压水时间与压水量。压水量一 般控制在 0.6 m3 左右，开塞压力一般小于 8 MPa。 如一管压水，另一管冒水，则连通了；或用单管开 塞压水，水不断注入也说明已开塞成功。 (12) 浆液浓度 不同浓度的浆体其行为特性有所不同：稀浆(水 灰比约为 0.8∶1)便于输送，渗透能力强，用于加固 预定范围的周边地带；中等浓度的浆体(水灰比约为 0.6∶1)主要加固预定范围的核心部分，在 这里中等 浓度的浆体起充填、压实、挤密作用；而浓浆(水灰 比约为 0.4∶1)的灌注则对已经注入的浆体起脱水 作用。 在桩底可灌性的不同阶段，调配不同浓度的注 浆浆液，并采用相应的注浆压力，才能做到将有限 浆量送达并驻留在桩底有效空间范围内。浆液浓度 的控制原则一般为：依据压水试验情况选择初注浓 度，通常先用稀浆，随后渐浓，最后注浓浆。在可 灌的条件下，尽量多用中等浓度以上浆液，以防浆 液作无效扩散。在实际工程应用中，施工单位往往 多半只使用水灰比为 0.4～0.6∶1 的浓浆。如注浆压 力低，通常在浆液中可放入减水剂(木钙)、固化膨 胀剂(UEA)。当砂砾层很松散，注入水泥浆压力很 低，注浆量很大时，可改注水泥砂浆，但应注意不 要堵塞注浆管。 (13) 注浆压力 在注浆过程中，桩底的可灌性的变化直接表现 为注浆压力的变化。可灌性好，注浆压力则较低， 一般在 4 MPa 以下；反之，若可灌性较差，注浆压 力势必较高，可达 4～10 MPa，有的用 10 MPa 仍 不可注。 浆液的扩散半径与灌浆压力的大小密切相关， 因此，人们往往倾向于采用较高的注浆压力。较高
1前言
钻孔桩桩底后注浆是一项行之有效、经济、合 理的技术[1～3]，已在浙江乃至全国得到推广，均收 到很好的效果，房屋竣工后沉降量一般都小于 15 mm。本文阐述了钻孔桩桩底后注浆的定义、适用 范围、经济效益和后注浆的设计与施工技术要点和 验收标准，与业内同行交流切磋。
(1) 定义 桩底后注浆是指钻孔灌注桩在成桩后，通过预 埋的注浆通道用注浆泵将一定压力的水泥浆压入桩 底，使浆液对桩底沉渣和桩底土层及桩周泥皮起到 渗透、填充、压密、劈裂、固结等作用，从而来提 高桩承载力、减少变形量的一项技术措施。其作用 主要是避免了原钻孔桩因持力层扰动、沉渣难清理 干净而引起的沉降差异。最大好处是使群桩基础沉 降均匀，同时也提高了单桩竖向承载力。经对浙江 省已竣工的采用桩底注浆技术处理的 10 多幢高层 建筑的沉降观测表明，其竣工累计沉降均小于 15 mm，效果很好。 (2) 适用范围 桩底后注浆技术有一定的适用范围，桩底后注 浆技术对持力层为卵砾石层最为有效，其注浆后比 注浆前单桩竖向极限承载力可提高 30%以上。粉砂 土持力层亦有效，其单桩竖向极限承载力可提高 20%左右。粘土持力层主要对沉渣和泥皮固结有效， 亦即主要对群桩的变形控制有效。对持力层为基岩 的桩，若岩性好且沉渣能处理干净，则没有必要注 浆；反之若岩性裂隙发育或沉渣处理难保证则桩底 后注浆仍然有效，此时主要作用是注浆后使群桩的 变形均匀且沉降量少。当然，桩底持力层能否注浆
(6) 注浆管的埋设 ① 每根桩一般应埋设 2 根注浆管。对桩径大于 1 500 mm 者宜埋设 3 根注浆管。 ② 注浆管直径一般宜为 30～45 mm，壁厚大 于 2 mm。桩长越长，注浆管直径应越大，注浆管 底端原则上应比通长配筋的钢筋笼长 50～100 mm。 ③ 注浆头制作很关键，要做到既在浇灌桩身混 凝土时不使注浆孔堵塞，又要使其在成桩 7 d 后能 用清水顺利开塞。注浆头可按下列方式制作：首先 将注浆管底压成扁尖形，然后在管底约 40 cm 段打 上 4 排每排 4～5 个φ 8 mm 的小孔，接着用图钉堵 塞每个小孔，并外包绝缘胶布，最后用硬包装带再 包扎一层，再扎上两道铁丝就制成。 ④ 两管应沿钢筋笼内侧对称且垂直下放，管底
表 1 一般砾石层注浆量(水泥量)的经验数据表 Table 1 Experience data of grouting in general gravel
kg
桩径 φ / mm
渗透性好 持力层厚
渗透性好 持力层薄
渗透性差 持力层厚
渗透性差 持力层薄
800 2 000～3 000 1 000～1 500 1 000～1 500 800～1 000
还要考虑环保因素。 (3) 经济效益 在砾石层中一根桩(桩长约为 40 m)埋设两根注
浆管，并注浆 2～3 t 水泥，那么增加投资约为 2 000 元，但这样单桩承载力可提高 30%以上，而且避免 了群桩的不均匀沉降现象，经济效益明显。由于桩 底注浆工作可在成桩后同时进行，所以对打桩工期 一般影响很小。
第 21 卷 第 11 期
张忠苗等. 关于钻孔桩桩底后注浆的技术要点
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式中：η1 为注浆后桩侧摩阻力提高系数，桩长小于 40 m 取 1.2，桩长大于 40 m 取 1.1～1.15；
η2 为注浆后桩端力的提高系数，对粉砂土取 1.2，对有含泥量的砂砾层取 1.3，对无含泥量的卵 石层取 1.4～1.7；
1 000 1 200 1 500
3 000～4 000 1 500～2 500 1 500～2 500 1 000～2 000
4 000～5 000 2 500～3 500 2 500～3 500 2 000～3 000
≥5 000
≥3 500
≥3 500
≥3 000
(9) 桩底开始注浆时间 泥浆护壁灌注桩水下混凝土初凝期需 10 d 左 右，故注浆时间宜在混凝土初凝(即 10 d 左右)后进 行。注浆过早，会导致因桩身混凝土强度过低而破 坏桩本身；注浆过晚，可能难以使桩底已硬化的混 凝土形成注浆通道，从而使桩中心形成低强度区而 使浆液流向远处砾石层。不过，实际工程中可在成 桩 7～25 d 内注浆。 (10) 注浆泵的选择 要选择注浆压力高(至少达 10 MPa)、排浆量大 (5 m3/ h 以上)、性能稳定、操作方便的注浆泵，如 BW-2 注浆泵和 SGB6-10 灌浆泵。
端比钢筋笼长约 50～100 mm。管子连接可以采用 丝扣连接或外接短套管(长约 20 cm)焊接的办法。 注浆管一直通到桩顶，管顶端临时封闭。同时对有 地下室的工程，注浆管在基坑开挖段内最好不要有 接头，以避免漏浆。与此同时，还应保护好注浆管， 防止其弯曲。
(7) 桩底是否放置碎石 对于持力层为粘土、粉土、基岩及含泥量高的 砂砾层，实行桩底注浆，有时为了增大桩底土层可 注性，则可在浇灌混凝土前放置少量碎石以增大桩 底土层的渗透性。但桩底放置碎石同样存在风险性， 因为万一某根桩因注浆管堵塞而不可注，那么该桩 就存在桩端土软弱的安全隐患。所以对渗透性高的 卵砾石层一般不宜在桩端放置碎石。 (8) 注浆量的确定 注浆量的多少直接决定注浆的效果与成效。影 响注浆量的主要因素有桩端土的密实度、含泥量、 渗透性及注浆压力。一般桩径越大，设计单桩竖向 承载力取值越高，所以注浆量也要越大；同时设计 要求注浆后达到的增幅越大，则注浆量也应越大， 表 2 为推荐的注浆量值。最终注浆量的确定，应通 过几根试桩的试注来综合确定。
试验资料来设计。 (5) 注浆的设计框图 注浆的设计框图见图 1。
方案 注浆 钻 下钢筋笼 预埋注 清孔 浇灌 经 7～25 d 注浆管
设计 参数 孔
浆管
混凝土 龄期 开塞
成 对第二
桩
根管同 理注浆
记录最大 压力和单 管注浆量
观测注浆 监测桩 初 水灰比 配置
压力和 注浆量
上抬量 注
水泥浆
图 1 注浆的设计框图 Fig.1 Design frame for grouting
面积工程桩施工。
(3) 由于持力层为无粘性土的桩注浆后，桩端
土强度已相当高，所以此时桩竖向承载力的控制因
素主要为桩身混凝土强度。因此，为了提高单桩竖
向极限承载力，发挥注浆效益，桩身混凝土标号一
般应达到 C25 混凝土以上，同时桩身宜通长配筋(主
筋根数在笼下部可减半配置)。同时对实行桩底后注
浆工程的桩还是要按规范控制沉渣厚度。
的注浆压力能使一些微细孔隙张开，有助于提高可 灌性。当孔隙被某些软弱材料充填时，较高的注浆 压力能在充填物中造成劈裂灌浆，使软弱材料的密 度、强度以及不透水性得到改善。此外，较高的注 浆压力还有助于挤出浆液中的多余水分，使浆液结 合体的强度得到提高。但是，一旦灌浆压力超过桩 的自重和摩阻力时，就有可能使桩上抬，导致桩悬 空。因此，这里有一个容许灌浆压力问题，它与地 层的密实度、渗透性、初始应力、钻孔深度、浆液 浓度、灌浆次序等有关。
qsui，qpu 为地质报告提供的普通钻孔灌注桩的单 位侧阻和单位端阻值；
ö 为桩的稳定系数。针对浙江实际建议对桩径 800 mm 以上的桩长 L＜60 m，ö 取 1.0，L＞60 m， ö 取 0.9；
ψc 为基桩施工工艺系数，钻孔桩按规范取 ψc = 0.8(考虑缩颈等情况)；
fc′k 为桩身混凝土的极限抗压强度； A 为桩身混凝土截面积； fy′k 为桩身钢筋抗压强度； As 为桩身纵向钢筋截面积。 设计时取 Qu 与 Qk 值二者中的小值作为单桩竖 向极限承载力值，如有现场静载试验资料则用静载
(4) 对于卵砾石持力层，采用桩底后注浆技术
的单桩竖向极限承载力计算建议按下列 2 式：
Qu
= η1 ð
d ∑ liqsui + η2 ð
d2 4
qpu
(1)
Qk = ϕ (ψ c f c′k A + f y′k As )
Hale Waihona Puke Baidu(2)
2001 年 10 月 31 日收到来稿。 作者 张忠苗 简介：男，41 岁，1999 年于浙江大学土木工程系获土木工程博士学位，现为浙江大学教授，主要从事岩土工程与桩基工程方面的教学、 探测和研究工程。
综上所述，注浆量与注浆压力的确定应通过实 验来定。但这些因素是难以准确预知的，故通常只 能根据现场试验来确定。
(14) 注浆节奏 为了使有限浆液尽可能充填并滞留在桩底有效 空间范围内，在注浆过程中还需掌握注浆节奏，实 行间歇注浆。间歇时间的长短需依据压水试验结果 来确定，并在施注过程中依据注浆压力变化，判断 桩底可灌性现状再加以调节。间歇注浆的节奏需掌 握得恰到好处，既要使注浆效果明显，又要防止因 间歇停注时间过长堵塞通道而使注浆半途而废。对 于短桩，桩底注浆时往往会出现浆液沿桩周上冒现 象，此时应在注入到冒浆后暂时停止一下，待桩周 浆液凝固后，再施行补注浆，经过反复补注，这样 可以达到设计要求的注浆量。 (15) 注浆顺序 对桩位图上同一承台或附近的桩，最好同时注 浆，此外对同一根桩宜边开塞边注浆。若开塞后久 不注浆，那么由于地下水活动，砂子有可能要从注 浆头倒灌进注浆管内从而堵塞注浆头。对同一根桩 若一根管注浆已能达到设计要求的注浆量，那么另 一管可以不注浆。另外，对大面积工程注浆，宜先 注四周桩，再注中间桩。 (16) 注浆后的保养龄期 所谓注浆后的保养龄期，即桩底注浆后需多长 时间，才可以做静载试验或作为工程桩使用的时间， 通常要求注浆后保养 15 d 以上，才能做静载试验， 此时注入的水下水泥浆刚初凝。