2.嵊泗县建设工程质量监督站 浙江舟山202450；
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摘要：场地内中等风化基岩埋深在50m以上，基岩之上的含粘性土砾砂平均厚度16m，且局部含孤石，其孔壁易坍塌，泥浆漏失严重，成孔十分困难。经过综合分析对比，改变原钻孔灌注嵌岩桩方案，采用桩端后注浆技术，选用基岩之上的含粘性土砾砂作桩端持力层，多阶段间歇注浆工艺，从而减少了桩长，降低成桩难度，缩短工期，降低成本约20%；低应变及静载试验结果反映基桩质量良好，为嵊泗地区应用桩端后注浆技术的首例工程。
关键词：钻孔灌注桩；嵌岩桩；桩端后注浆
1 前言
钻孔灌注桩由于适用性强，可用于各类土质与岩石；施工时低噪声、低振动，而且无挤土作用，对环境影响小；桩长及直径可以灵活选取，超长大直径钻孔灌注桩可以获得很高的单桩承载力，这些优点使得其得到广泛应用。但是，由于受钻进工艺的限制，钻孔灌注桩普遍存在因为桩底沉渣及桩侧泥皮较厚，使得桩端阻力与侧阻力大幅度下降，严重降低单桩承载力；同时，大直径桩还存在孔壁因为应力松弛造成的尺寸效应；另外，水下灌注混凝土的质量也影响到桩身材料强度及其承载力的发挥。
钻孔灌注桩桩端（侧）后注浆技术，就是为了克服和解决上述问题应运而生的一门新的方法与工艺，其原理是采用较高压力（一般4-8MPa）将水泥浆通过注浆管注入桩底，对桩端及邻近桩侧土层进行压密、劈裂、渗透。由于桩端后注浆工艺固结了桩端沉渣及邻近桩侧泥皮，提高桩端阻力及侧阻力；同时，因为压力注浆，在桩端土及附近桩周土中形成许多不规则脉状、团块状水泥结石体，它们在土体中起着支撑骨架及加筋体的作用，并加大了桩径，从而大幅提高单桩承载力。因此，桩端后注浆方法被广泛用于提高钻孔灌注桩单桩承载力，减少沉降，以及用于工程桩事故处理和原有基桩的加固处理【1-3】。
2 工程概况及工程地质条件
2.1 工程概况
该工程总建筑面积34560m2，框架结构，地上6层地下1层（车库及人防工程）；1~2层为水产品、干货、蔬菜、肉类等市场，3~5层为旅游产品、小商品市场及餐厅，6层为办公用房。设计拟采用钻孔灌注桩基础，桩径700mm，混凝土强度等级C35，单桩竖向承载力特征值Ra=3000kN；±0.000为黄海高程4.200m，地下室开挖深度5.70m。
2.2 工程地质背景
场地位于嵊泗县菜园镇，地貌类型属海岛丘陵山前冲海积平原地貌，场地内岩土层层序及主要工程力学性质参数见表1及图1。
本场地工程地质特点是：①由于场地南及东侧靠近低丘的坡麓带，沉积环境变化较迅速，冲、洪积成因的砂土较发育，其岩性、岩相、厚度变化较大；②基岩埋深较大，强风化顶面埋深40.7~51.2m，中风化岩顶面埋深，大多数在50m以上；③强风化花岗岩顶部有厚度14.2~17.6m，平均厚15.9m的⑨层含粘性土砾砂，其中含碎（砾）石10~30%，局部含块（孤）石，在岩土工程勘察钻探过程中，该层易发生塌孔，泥浆漏失，常发生埋钻、烧钻事故，钻进十分困难。
注：表中cc、φc为标准值，qsia、qpa为特征值，括号内为经验值，其余为平均值。
3 桩基方案的选择对比
3.1 方案选择
因为受周围环境及工程地质条件限制，桩基只能选用钻孔灌注桩，场地内岩土层较复杂，设计单桩承载力较高（Ra=3000kN），原拟采用钻孔灌注嵌岩桩。后经设计、勘察、监理、业主多次讨论研究，对①钻孔灌注嵌岩桩，②常规钻孔灌注桩（不嵌岩），③钻孔灌注桩
桩端后注浆桩（不嵌岩）三种方案进行综合分析，最后，从满足单桩承载力、成桩难度、工期、经济性等因素综合对比，决定采用第3种方案。因为采用中等风化基岩作持力层，平均桩长需要50m左右，况且基岩之上的含粘性土砾砂容易塌孔、漏水，成孔（桩）困难（中等风化基岩单轴饱和抗压强度标准值65Mpa，岩土工程勘察时嵌岩钻孔成孔时间长达4-5d），工期及费用也最高；若采用常规钻孔灌注桩，为满足设计要求的单桩承载力，桩端进入持力层（含粘性土砾砂）也要9~12m，实际桩长也大于40m，同样也存在成孔（桩）困难的问题；若采用桩端后注浆技术，则桩端进入持力层只需2m，实际桩长36~37m，承载力即可满足要求；而且，由于含粘性土砾砂孔隙比较大，渗透性较高，通过桩端后注浆不但可以加大桩端面积，大幅度提高单桩承载力，还可以固化沉渣，减少沉降。所以，最后决定选用方案3—钻孔桩桩端后注浆桩（见表2）。
3.2 经济性对比
若选用中等风化基岩作桩端持力层，则平均桩长需48.7m；若选用含粘性土砾砂作持力层，采用桩端后注浆技术，则平均桩长只需36~37m，前者（方案1）较后者（方案3），平均单根桩长要长13m左右。工程桩总数303根，按钻孔灌注桩投标综合单价，土层为362.19元/m（含成孔、浇灌、回填、泥浆外运等），中风化岩核算成孔单价为904.91元/m3，浇灌混凝土单价为489.19元/m3。方案1与方案3比较，方案1施工费用为7789751元，而方案3桩基施工费用为6253333元（后注浆综合单价为80.47元/m）；桩端后注浆技术节约直接费用共计1536418元，每米造价节省约140元，降低桩基工程成本约20%。
4 桩端后注浆工艺
依据《建筑桩基技术规范》JGJ94-2008，以及相关文献[4-8]，桩端后注浆工艺确定如下：
注浆管：所采用的注浆管为Φ48黑铁管，壁厚2.0mm，单根长6m，沿钢筋笼对称布置两根，焊接固定在钢筋笼内侧主筋之上，各根注浆管外接长200mm的短套管焊接；注浆管底端长于钢筋笼100mm，底部用大锤砸扁成尖楔形，以防泥土挤入；在距管底10~40cm的管身上钻4排注浆小孔（Φ8mm），排距10cm，孔距2cm，梅花状排列，其外用弹性绝缘胶布绑扎牢固，这样可以防止混凝土堵塞注浆小孔，又能保证顺利开塞；注浆管顶端要高于桩端20~30cm。以便注浆施工，管口焊接1.5吋阀门。在钻孔灌注桩成桩2d后开塞（两根注浆管均需开塞），开塞压力大多在2~4MPa。为了提高施工速度，采用成批注浆工艺，即开塞后4~5d一次性连续进行10~15根桩的桩端后注浆，这样既保证了桩基质量（防止注浆时对桩身材料的破坏），又大大提高了施工速度。
注浆量：根据《建筑桩基技术规范》（JGJ94-2008）经验公式进行设计：
Gc=αPd+αSnd
式中：αP、αS—分别为桩端、桩侧注浆量经验系数，αP取1.7，αS取0.6；
n—桩侧注浆断面数，本次桩侧虽不布置注浆断面，但考虑土层孔隙比较大，部分浆液会沿桩身外侧上升，故n取1.0；
d—桩身直径（m）；
Gc—注浆量，以水泥质量计（t）；
独立单桩、初始注浆桩及群桩桩距大于6d，注浆量应乘以1.2倍的系数。
按上述经验公式计算结果初步确定为：试桩、首批注浆桩及场地周边桩单桩注浆量（水泥质量）不少于1.7t，后续注浆桩单桩注浆量不少于1.5t。实际施工过程中，2根试桩及3根周边桩注浆量达2.0t，其余工程桩注浆量都在1.5~1.7t。
注浆压力及水灰比：注浆采取两阶段注浆工艺，，早期阶段水灰比0.65：1，注浆压力2~4MPa，注浆量1m3；后期阶段水灰比0.5：1，注浆压力4~6MPa，注浆量0.5 m3。注浆速率为60~70L/min，每根桩注浆时间一般在25~30min。
注浆终止条件：注浆终止条件的控制指标包括注浆量及注浆压力，以前者为主要控制指标，后者为辅助指标。具体注浆终止条件如下：①注浆量已达设计要求；②具体注浆量已达到设计注浆量的80%，注浆压力达8MPa且稳定3min以上；由于含粘性土砾砂孔隙比较大，实际施工未出现过第②种情况。
注浆材料：水泥采用P.O42.5级，为防止水泥浆渗流过远，以及加速水泥浆凝固，水泥浆中掺入重量比为3%的水玻璃，其玻美度Be’=15°。
注浆顺序：桩端后注浆顺序是先外围后内部，跳孔注浆。实际施工作业采取成批注浆，注浆作业孔与成桩作业孔距离大于8~10m。注浆时从一根注浆管注入水泥浆，另一根注浆管顶部阀门打开，当其中流出水泥浆浓度与注入水泥浆相同时，将此管阀门关闭，进行桩端后注浆。从本次施工情况来看，一根注浆管的水泥（浆）注入量已满足设计要求，所以只采取了单管注浆。
5 桩基质量检测
因为桩端后注浆技术系本地区采用的新桩型及新工艺，施工前应采用静载试验确定单桩竖向抗压承载力特征值，试桩桩号为109#及235#，静载试桩证明采用桩端后注浆施工技术的基桩，其单桩承载力均≮3000kN，完全满足设计要求（图2-a、b，表3）。随后按《建筑桩基检测技术规范》（JGJ106-2014）对114根工程桩进行了低应变检测（占工程桩总数37.6%），检测结果Ⅰ类桩100根，占总数88%；Ⅱ类桩14根，占总数12%，皆为浅部（桩头以下1.3~8.4m，大多在4m以上）轻微缺陷，经开挖后证实为基坑开挖时机械碰撞造成。
3根工程桩静载试验结果，也证明桩端后注浆桩单桩竖向承载力完全满足设计要求（见图2-c、d、e及表3）。
6 结语
1、钻孔灌注桩桩端后注浆技术在嵊泗中心农贸市场工程取得良好的效果。与同等承载力的嵌岩桩相比，桩端后注浆单桩缩短桩长13m左右，避免了嵌岩桩施工速度慢、效率低，以及在基岩之上厚度很大的含粘性土砾砂层成孔困难（孔壁坍塌、泥浆漏失）的问题；同时，降低造价：共计节约费用1536418元，每米造价节省约140元，降低桩基工程成本约20%，与同等桩长非桩端后注浆桩相比，桩端后注浆桩单桩承载力提高38~45%以上。
2、钻孔灌注桩桩端后注浆质量与注浆工艺、相关参数、设备等密切相关，同时与注浆层性质等工程地质条件，以及施工队伍素质有关。为了提高注浆效率，可以采取分批次注浆（一批次10~15根连续注浆）；但为了保证注浆质量，开塞一般宜在2d左右，桩端后注浆宜在开塞后4~5d，注浆前宜用清水低压再次清孔。
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论文作者:张财军1,潘立荣2,董海杰3,李建平4,涂荫玖4
论文发表刊物:《基层建设》2017年第16期
论文发表时间:2017/10/13
标签：注浆论文; 钻孔论文; 承载力论文; 桩基论文; 基岩论文; 工程论文; 水泥浆论文; 《基层建设》2017年第16期论文;