关键词：钻孔灌注桩；压力灌浆；承载力
1 引言
灌注桩基础因其可以达到较高的承载力以及对各类工程具有较好的适应性，在工程建设中应用广泛。施工方法也多种多样，有回旋钻成孔，螺旋钻成孔，冲击成孔，人工挖孔，机械旋挖成孔等等。在桩基施工过程中，因泥浆护壁及清孔不彻底，或由于桩端岩石破碎、压缩性较大等原因，常在桩周形成“软套子”，在桩底形成“软垫子”，使得钻孔灌注桩摩擦力及端阻力不能有效发挥；或者由于桩端持力层较软弱，端承力较低，致使钻孔灌注桩承载力偏低，桩身材料强度得不到充分的利用。
国内外的试验研究和工程实践表明，对钻孔灌注桩进行后压力灌浆处理，能够有效的提高桩的承载力。这种工艺1961年首次在修建马拉开波湖（Maracaibo）大桥桩基时得到应用，由于此工艺能大幅提高桩的承载力，此后在全世界得到了广泛应用。我国自80年代起对此项工艺进行了试验和推广，形成了各自的特点并取得了一定的效益，是目前各类灌注桩基础工程重要的施工配套技术之一。
2 工程实例
2.1 工程概况
广州市番禺区某高层住宅楼，楼高25层，框架剪力墙结构，设计选用钻（冲）孔灌注桩基础，以微风化花岗岩（饱和单桩抗压强度不小于20MPa）作为桩端持力层。根据地质勘察报告，设计桩长18-33米，桩径有800mm、1000mm、1200mm三种，设计单桩承载力分别为5200kN、8200kN、11500kN，基桩承载力以端承力为主。工程桩总数116根，桩身混凝土强度等级C30。
全部基桩施工完成后，由当地工程质量检测部门对部分基桩按比例进行了随机抽检，检测方法有反射波法，钻芯法和静载试验，以检测桩身质量、桩底沉渣及持力层情况和桩的竖向承载力。由钻芯法和反射波法的检测结果显示，桩身混凝土浇筑连续，结构完整，胶结良好，粗细骨料分布均匀，无离析现象，混凝土试块抗压强度均大于30.0MPa，桩底基本无沉渣。但静载试验检测的55#桩（桩长35.80m，桩径1200mm，设计单桩承载力11500kN），当试验加载到18980kN时，总沉降量已达到84.54mm，且沉降仍未稳定。后对该桩进行了钻芯检测，钻芯结果显示桩身混凝土没有异常，桩底基本无沉渣；钻芯取样显示桩底基岩为辉绿岩，取岩样做饱和单桩抗压强度试验，其强度大于20.0MPa，达到设计要求，但岩石裂隙发育，整体较破碎，稳定性较差。后经补充勘察，发现该岩体在场地中呈带状分布，为花岗岩体中发育的基性岩脉。
2.2 场地地质情况
1）人工填土：松散，平均厚度1.5m，层底深度0.80-3.50m；
2）淤泥：饱和，流塑状，平均厚度2.0m，层底深度2.20-5.70m；
3）粉质黏土：可塑，平均厚度6.5m，层底深度3.70-15.40m；
4）砾质粘性土（残积土）：可塑-硬塑，平均厚度17.30m，层底深度16.20-34.30m；
5）强风化花岗岩：岩体破碎，裂隙极发育，平均厚度1.50m，层底深度16.70-35.00m；
6）中风化花岗岩：裂隙发育，平均厚度1.10m，层底深度17.20-36.60m；
7）微风化花岗岩：燕山期粗粒斑状结构，发育少了闭合小裂隙，岩质坚硬。
8）辉绿岩岩脉：深绿色，岩质较硬，岩石破碎，裂隙发育，为燕山期同期产物。岩脉走向NWW，倾向SSW，倾角约80度。
2.3 加固处理方案
2.3.1 方案选择
经过各方专家对该工程实际情况及已有资料进行分析论证，认为分布在脉岩带上的基桩桩身质量完好，只是由于嵌岩深度不足和桩端脉岩较破碎，其稳定性较差，在受到较大压力时有一定的压缩性。在本工程中，单桩设计承载力较大，当较大的上部荷载通过灌注桩传到桩底基岩时，导致桩底破碎的脉岩变形较大，超过设计和规范要求。如不对脉岩分布区的基桩进行处理，可能会导致上部结构变形不一致，从而可能引起部分结构因应力集中而开裂。
鉴于当时的工程特点以及工期、资金、场地条件等具体情况，经多方讨论研究，决定对分布于该脉岩带上所有13根基桩进行桩底高压灌浆加固处理。
2.3.2 加固机理
1）由于灌浆时的高压作用，挤压桩底及桩周土层使其密实，增加了桩端及桩周土层的压力，从而使桩端和桩侧阻力有所提高。
2）在桩底压力灌浆过程中，随着灌浆量及灌浆压力的增加，部分浆液沿桩土之间的软弱层或缝隙上升，通过浆液的固结作用，改善了桩周土层的物理力学性能，提高了桩的侧摩阻力。
3）桩底压力灌浆形成的扩大头可使桩端虚土充填挤密，桩端阻力从桩身承受上部结构荷载一开始就参与发挥，改善了桩侧摩阻力和桩端阻力发挥不同步，桩端阻力滞后于桩侧摩阻力发挥的情况；同时随着基桩沉降量的增加，桩端阻力在整个基桩承载力中所占比例有所提高。
4）桩底压力灌浆在桩端形成了一定的扩大头，在一定程度上增加了桩端支撑面积。
5）在桩底压力灌浆过程中浆液向岩石裂隙中渗透，把桩底破碎岩石胶结成一个整体，改善了桩端岩体受力变形的性能。
2.3.3施工关键因素
1）清洗 抽芯所取岩芯显示，桩端脉岩在施工过程中由于护壁泥浆的渗透，其绝大部分裂隙中均不同程度地填充有泥沙，须在压浆前清洗干净，以保证胶结效果；另外桩端沉渣也应尽量清洗干净，以利于桩端承载力的发挥和提高。
2）浆液 水泥浆液的配制，其性能指标对本工程应具有针对性，太稀则胶结性能不好，太稠则不易渗入基岩裂隙中。
3）压力 包括洗孔时的水压和灌浆压力。洗孔时水压低，则不利于桩底沉渣和桩端岩石裂隙中泥沙的排出；灌浆压力太小，则浆液对桩周土层的渗透固结、桩端沉渣的挤密压实填充、桩端岩石裂隙的渗透胶结均达不到很好的效果。
4）另外为防桩底滑移，在桩底孔内应放置适量的大直径钢筋。
2.4 施工方法
1）钻孔 在桩身内两侧钻两个直径为91mm的钻孔至桩端下2.0-3.0m，作为冲洗及灌浆的通道。
2）清渣 在其中一个钻孔放置注浆管并将孔口密封，然后通过注浆管向孔内注入清水，注水压力不小于3.0MPa并维持一段时间，直至另一个溢浆孔内流出的完全是清水，基本不含岩屑及泥沙为止。
3）浆液配制 针对本工程的具体情况，设计水灰比为0.9-1.0，并掺入占水泥用量1.5%的减水剂和10%的膨胀剂。
4）压浆 将配制好的水泥浆液压入注浆孔内，并逐步增大注浆压力，直至溢浆孔溢出的浆液和注入浆液性状相同，然后封闭溢浆孔，继续增大注浆压力，直至水泥浆液从桩周土层中渗出为止，即完成注浆工作。
全部13根桩压浆处理施工完成后，共压入水泥浆31.61m3，水泥用量23.75吨。
2.5 加固处理效果
1）水泥龄期过后对部分被加固基桩的桩周土层取样进行了单桩抗压强度和抗剪强度试验（试验结果见下表）；
地基土指标加固前后对比
2）对桩端岩石取样做了单轴抗压强度检验，钻芯结果显示，桩端基岩裂隙充填密实，胶结良好，单轴抗压强度达到25.0MPa以上。
3 几点体会
1）压力灌浆技术在一定程度上能提高灌注桩的承载力。其施工工艺简单，施工质量容易控制，在施工中易于实现。而且此工艺工期短，费用低，有一定的应用价值。
2）本文通过介绍加固处理因桩端岩体破碎造成桩基承载力不足的工程实例，讨论了桩底压浆技术的加固机理及施工方法，对于灌注桩工程中桩底沉渣较厚、桩身局部孔洞较多甚至局部夹泥断桩等情况的处理均有一定的借鉴意义。
3）由于此项工艺在我国工程建设中实际应用不太普遍，研究和实践资料不足，灌浆施工工艺尚缺乏统一的标准，目前还只是定性的理论分析和探讨阶段，要作定量的分析计算，还需要不断积累经验和数据资料，进行更深入的研究。
论文作者:郭利君
论文发表刊物:《防护工程》2018年第31期
论文发表时间:2019/1/17
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