宏业监理
摘要：随着经济的发展，由于国民经济持续高速增长，基本建设投资规模不断升级，而建设场地的地质条件和环境条件却日趋复杂，因而使深基础尤其是桩基础的应用、研究与发展达到了前所未有的程度。灌注桩后压力注浆是指在钻孔、挖孔和冲孔等各种形式的灌注桩成桩之后，通过埋设在桩身或桩周的注浆管，将能够固化的浆液（如纯水泥浆、水泥砂浆、掺外加剂的水泥浆、化学浆液等）均匀地注入桩端底层或桩身周围的土体中。合理工艺的后注浆不但可以提高单桩承载而且可以减小桩的沉降量和群桩的不均匀沉降，具有显著的经济效益。
关键词：高层建筑施工；灌注桩后压力注浆；技术
1灌注桩桩端（侧）后压浆的作用
灌注桩桩端（侧）后压浆的作用主要表现在以下几个方面：
⑴ 灌注桩后压浆对桩端持力层进行加固，提高了单位面积抗压端承力q p值。
⑵ 灌注桩后压浆固化了桩端沉渣，提高了端阻的发挥系数ηp 值。
⑶ 灌注桩后压浆固化了桩侧泥皮，提高了单位侧阻力qs
⑷ 灌注桩后压浆通过对桩侧土渗透、压密、加固和置换过程及作用，提高了侧阻的发挥系数ηs值。
⑸ 群桩桩端压浆后浆液扩散连通固化，相当于人为地在桩端造了一块坚硬的持力层，从而减少了群桩的沉降量及不均匀沉降，保证了主裙楼一体地下室相连建筑的沉降均匀性。
⑹ 桩端后压浆提供了对总沉降量及差异沉降要求很小及很严格（如高速铁路要求总沉降量控制在 10mm 以内）的建（构）筑物基础的桩基施工新技术，因为砾石层或基岩在桩端后压浆后其沉降量主要为桩身压缩量。
⑺ 桩端后压浆由于对端部和桩侧都进行了固化，从而提高了桩基础抗各种动荷载（如高速列车荷载、汽车振动荷载、机器循环荷载）作用的能力。
⑻ 桩侧后压浆的浆液对桩侧泥皮及桩侧土进行了渗透、压密、加固和置换作用，从而提高了桩基的竖向抗拔力，有利于地下室等基础抗拔桩承载力的发挥。
⑼ 桩端桩侧后压浆由于对端部和桩侧都进行了固化，从而提高了单桩和群桩抗水平荷载的能力。
⑽ 桩端桩侧后压浆还可以对工程桩的事故处理和原有桩的加固处理等起到很好的作用。
2灌注桩后压浆增加承载力机理分析
2.1压浆（灌浆）加固地基的作用
灌注桩后压浆法在提高桩基承载力中的理论分析，压浆（灌浆）加固地基土的作用有三方面：渗透压浆、压密压浆、劈裂压浆。
①渗透压浆
渗透压浆是指在压力作用下，使浆液充填粒状土的孔隙，不产生水力劈裂作用，在不改变原土层的结构和体积前提下，排挤出土孔隙中存在的自由水和气体。渗透压浆多数用于粗颗粒的地质土层中，一般只有在有裂隙的岩石层中以及含有中砂、粗砂的砂性土中才能达到良好的渗透作用。如图 2.1 所示。
渗透压浆属于偏适应性压浆，是指浆液在压力作用下突破土层原有阻力后渗入到孔隙或裂隙中，排挤出孔隙中的水和空气，将松散的岩土体颗粒胶结形成胶结固体，达到增强土体的强度和提高防渗能力，而原土体的天然结构不发生变化。
渗透压浆浆液的扩散范围与浆液中所有的固体颗粒的资金和压浆压力有关，而其渗透加固的范围与原土体的密度及浆液材料性质因素有关。压浆压力与压浆量及浆液扩散范围成正比关系，压力增加，压浆量和扩散半径也随着增加。必须指出的是渗透压浆在压浆过程中并不扰动和破坏原始地层结构，因此压浆压力较小。渗透压浆理论主要有球形扩散理论、柱形扩散理论等。
②压密压浆
压密压浆是指在较高的压力下注浆，浆液使地基土变形后在压浆口附近形成“浆泡”，浆泡硬化后形成压缩性很小的球体，并取代了压浆范围内的土体。如图 2.3 所示。
压密压浆属一种半适应性半强制性压浆，通过压浆口在土中灌入黏稠浆液，浆液在压浆点形成浆泡而压密土体。当浆泡较小时，浆泡区域内的土体并没有发生变形，此时压浆压力只沿着压浆孔的径向水平方向扩展。随着压力增加，浆泡的尺寸逐渐扩大，使浆泡区域及周边的土体发生变形，以此增强土体的密度。简单地说，压密压浆过程就是浆液在压力作用下压密和置换土体的进程。压密压浆适用于加固小范围的土体。
桩端压密压浆的作用机理可以用 Vesic提出的球形孔穴扩张理论详细地解释。Vesic 的理论作了如下假设：
⑴ 土体是无限空间，由各向同性介质组成。
⑵ 土体变形采用莫尔－库仑屈服理论，土体的应力以压力为正值。
⑶ 假定于在同性介质无限空间内存在一个球形孔穴，在内压力P u的作用下，孔穴将发生扩张。
③劈裂压浆
劈裂压浆是指浆液在压力作用下产生水利劈裂，同时破坏土层的原始应力状态及抗拉强度，引起土体结构和岩石的改变，然后扰动土体，进一步促使浆液的扩散距离和可灌性增大。劈裂压浆所用压浆压力相对渗透压浆和压密压浆的压力均较高。
劈裂压浆作用属于偏强制性压浆，在压浆压力的作用下，低渗透性的土层内的原始应力状态和抗拉强度被先后克服，扰动和破坏原土体天然结构，产生水利劈裂作用，迫使土层内产生新的裂缝，而原有的裂缝和孔隙也进一步扩展，这就使浆液的扩散范围增大，提高了可注性。在渗透系数小、颗粒很细的土或淤泥质土中采用劈裂压浆的方法是最适宜的。
劈裂压浆的浆液在压浆压力的作用下先克服土层的原始应力和抗拉强度，劈裂首先发生在土层中垂直于小主应力的平面上，随后浆液便沿此劈裂面渗入土层并挤密土体，在这一过程中产生化学加固作用，浆液在裂隙中形成作为骨架的浆脉。对于产生的裂隙形状来说，在层状软岩中则首先产生水平裂隙；在均质软弱土层中将首先产生竖向（径向）裂隙。
劈裂灌浆过程一般分为三个阶段：
⑴ 第一阶段：鼓泡压密阶段，这期间出现的第一个最大值压力即为开裂压力。
⑵ 第二阶段：劈裂流动阶段，该阶段的最明显的特征是，压浆压力值突然急剧下降，并固定在某一低压值上维持一段时间，压力值维持不变的同时劈裂裂缝仍迅速发展，因此压浆量增加明显。劈裂裂缝所在的劈裂面发生的位置主要有两个，软弱面和小主应力面。层状软岩中劈裂面是水平的，均质土中劈裂面是垂直的。
⑶ 第三阶段：被动土压力阶段，该阶段的基本特征是，随着压浆压力上升，压浆量增加率则降低，土层中大小主应力在压浆压力作用下发生变化，并使土层中出现第二个最大值压力，并产生新裂缝。对砂及砂砾石层的情况，完全可按莫尔－库仑破坏准则进行计算。
3灌注桩后压浆施工技术
3.1灌注桩后压浆施工
①压浆装置介绍
后压浆管阀设置于桩底，并伸出钢筋笼 5～10cm，压浆管附在桩身钢筋笼上，端部安装压浆单向阀。压浆管为焊接钢管其功能有三：其一为连接单向压浆阀，伸出钢筋笼底端，插入土中 5～10cm 以实施无损压浆；其二为压浆前利用其进桩身完整性超声波测试；其三为压浆后可替代截面钢筋。压浆管必须伸出地面0.5m 左右，上端预先封堵。若桩顶标高低于地面，可用钢管接长伸出地面，待压浆后卸下。
⑴ 压浆管的制作
钢筋笼制作的同时制作压浆管。压浆管多数使用直径为 25mm 的焊接钢管，接头均采用丝扣连接，钢管的两端采用丝扣堵封严。压浆管的压浆喷头（俗称花管）是在最下部200mm 处，喷头部分用钻头对称匀钻出纵横 4×4=16 个、间距 30mm、直径 3mm 的压浆孔，并同时用图钉堵住压浆孔。喷头外面套上相同直径的自行车内胎并同样在两端用胶带封严。此时压浆喷头就类似一个简易的单向喷压装置，压浆时，压浆管中压力将自行车内车胎迸裂、弹出图钉，水泥浆通过压浆孔和图钉的孔隙被压入持力土层中。而灌注混凝土时这个装置又能保证压浆管不会被混凝土浆堵塞。
⑵ 压浆管的布置
一般情况下压浆管是对称布置，在钢筋笼外侧对称绑扎 2 根压浆管。灌注桩成孔后需要清孔、提钻、下钢筋笼。必须提出的是，在钢筋笼吊装安放过程中要特别注意对压浆管的保护。钢筋笼在吊装过程中不得扭转弯曲，避免压浆管在丝扣连接处松动，压浆喷头部分应加垫混凝土垫块加以保护，这样可以避免摩擦压浆管的孔壁造成自行车内胎破裂堵塞压浆孔。灌注混凝土时应严格按照规范要求执行操作。
②注浆设备
注浆施工设备主要包括注浆泵、拌浆装置、输浆管、流量计。注浆泵应采用最大注浆压力 lOMPa 以上，排浆量大于 5m 3／h，性能稳定、操作方便的高压注浆泵。对长桩、超长桩进行桩端（侧）后注浆，一般要求注浆泵最大压力达到 15MPa。注浆施工中的流量计，通常多为双笔自动式电磁流量计，一支笔记录瞬时流量，一支笔记录稳态注入压力。注入量可以预置，当注入量达到预置数值时，可自动显示出累计流量，并用峰鸣器报警。
③后压浆技术对灌注桩的要求
注浆管与钢筋笼一起埋设完成后，利用导管进行二次清孔并由监理测定沉渣厚度，当实测沉渣厚度小于设计要求后，灌注桩身混凝土成桩。灌注时要保证混凝土在导管中的合理埋管高度和混凝土灌注到桩顶时的超灌高度及一定的充盈系数。
因为后压浆技术能显著提高桩端阻力和桩侧阻力，而桩端阻力和桩侧阻力又和桩身混凝土的强度有关，故在桩基设计施工中应相应提高桩身混凝土的强度。并按《建筑桩基技术规范》（JGJ 94-2008）验算，避免出现由于桩身强度低于土体阻力，而使桩身先破坏造成压浆失效。因此后压浆桩的混凝土强度等级一般应较普通桩提高 1～3 个等级，可选择 C30～C45。若是水下灌注混凝土，其强度等级还要比水上灌注高一个强度等级。
④后压浆管件设置
⑴ 压浆导管采用国标低流体输送用焊接管。压浆导管公称口径（是管路系统中所有管路附件用数字表示的尺寸）φ20（3/4"），实际壁厚不得小于 2.0mm。
⑵ 压浆导管设置要点如下：
①压浆导管上端均设有管螺纹、管箍及丝堵；压浆导管下端设有 G3/4"螺纹及用以插接桩侧压浆阀的三通。
②压浆导管的管身连接均采用套管焊接，焊接必需连续密闭，焊缝饱满均匀，不得有孔隙、砂眼（每个焊点应敲掉焊渣检查焊接质量，符合要求后才能进行下一道工序）。
③压浆导管与钢筋笼固定采用12号铅丝十字绑扎固定方法，绑扎应牢固，绑扎点就均匀。桩端压浆管绑扎于加劲箍内侧，与钢筋笼主筋靠紧绑扎固定绑扎点为每一道加筋箍处；桩侧压浆导管绑扎于螺旋箍筋外侧，绑扎点间距为1.5m。
④压浆导管的上端宜低于桩施工作业所在地坪下200 ㎜（视具体情况可略作调整）；孔口部位压浆导管与钢筋笼上压浆导管接口部设定于钢筋笼最上一道加筋箍下 20cm 处；桩端压浆导管下端口（不包括桩端压浆阀）距钢筋笼底端 380㎜（注：钢筋笼最下一道加劲箍应调至纵筋底端之上 400 ㎜处）。
⑤钢筋笼起吊后入孔前旋接桩端压浆阀，钢筋笼入孔过程中插接桩侧压浆阀，孔口段压浆管应预先焊接好，与钢筋笼一次起吊入孔。
⑥钢筋笼入孔吊放过程中不得反复向下冲撞和扭动；钢筋笼应沉放到底，严禁悬吊。
⑦灌注完毕孔口回填后，应插有明显的标识，加强保护，严禁车辆碾压。
3.2压浆施工中出现的问题和相应措施
①压浆中断
压浆施工过程中，一个孔的压浆作业通常是连续进行到结束，不宜中断。但在施工中可能中断，其原因有二：一是被迫中断，如设备故障、停水、停电、材料供应不及时等；二是有意中断，如在压浆中当压浆量不见减小，而压浆延续时间较长，为防止串浆、跑浆等实行的间歇压浆。
应尽量避免第一种情况被迫中断压浆。压浆中断后首先应立即查明初始原因，同时采取有效的排除故障措施，尽快恢复正常压浆。压浆恢复时宜从较稀浆开始。恢复后，若进浆量与中断前进浆量接近，则可尽快恢复到中断前的浆液稠度，否则应逐级增加浆液浓度。若进浆量减少较多，压浆压力上升幅度较大，短时间内即结束压浆，表明被注土体内的裂隙已经被堵塞，处理办法是应重新扫孔和冲洗后再行压浆；若上述情况还没有改善，则需考虑间歇一段时间后在附近钻孔补注。
②压浆压力达不到结束标准
压浆过程中，有时会出现压力不升，吃浆不止的情况，大多不是因为孔隙体积太大没有填满，而是因地层的特殊结构条件，使浆液从某一通道流失。对此可采用以下办法进行处理。
⑴ 提高浆液的浓度，即采用水灰比比较大的浆液。
⑵ 加入如水玻璃等的速凝剂，控制浆液的凝胶时间。
⑶ 通过降低压浆压力，限制浆液流量等方法减小浆液在裂隙中的流动速度，使浆液中的颗粒尽快沉积。
⑷ 采用间歇压浆的方式，促使浆液在静止状态下沉积，根据地质条件和压浆目的决定材料用量和间歇时间的长短。若有地下水的流动，宜反复间歇压浆。
⑸ 若为填充压浆，可在浆液中加入砂等粗粒料，采用专门的压浆设备。在进浆量不止的情况下，不一定非达到压浆终压才结束压浆，一般达到设计的压浆量即可终止（终止时浆液要浓一点）。但在该工地第 1 根、第 2 根桩试注时应会同设计单位、建设单位、施工单位、监理单位和勘察单位共同确定压浆量和压浆压力。
③压浆管路堵塞
管路堵塞的原因有多方面。
⑴ 工艺设计方面的原因，如压浆头设计不当打不开，压浆头开塞过早，砂子倒灌进压浆管内，压浆浆液过浓等。
⑵ 施工方面的原因，如压浆头制作不过关，压浆管焊接问题（如漏浆），压浆管弯断，压浆管堵塞等。要特别注意基坑开挖段压浆管是空管（即没有混凝土包裹），容易造成由打桩机移位、搅拌车走动、挖土机移动等带来的破坏事故。如为基坑开挖段上部压浆管破坏堵塞则在基坑开挖后挖到桩顶标高时再压浆； 若为单根压浆管堵塞则开另外一根压浆管压浆；若全部压浆管都堵塞，此时如为群桩基础可以加大对邻近两根桩的压浆量以弥补，对于其他情况的单桩所有压浆管堵塞则应用小钻机补打孔压浆。
④浆液流失
压浆过程中，压力一直较低，注入比较容易，尤其是在注入量较大的时候。这时候就要查看地质报告，研究是否有地下土层断裂带、溶洞孔洞、地下暗河或者下设施的通道等浆液流失途径。此时应该采取的措施主要是先查清原因，同时可采用以下方法。
⑴ 采用水泥～水玻璃双浆液。
⑵ 控制水灰比，增加水泥用量。
⑶ 采用速凝浆液，即在水泥浆液中加入速凝剂。
⑤桩体上抬和地面隆起
在进行桩端后压浆时，如果压浆压力过大，成桩时间短，就有可能造成桩体上抬。如果是短桩，甚至可能造成地面隆起。当压浆过程中发现桩体有明显上抬现象或地面有隆起时，应立即降低压浆压力，继续一段时间压浆，然后停止。应查明导致桩体上抬和地面隆起的原因，采取有效措施。因此，在进行桩端后压浆时，应对地面和桩顶进行隆起观测。
尤其是对以下几种情况，在压浆过程中更应进行压浆的桩顶上抬量监测和地面变形观测。
⑴ 为确定施工中应采用的压浆压力而进行的现场压浆试验。
⑵ 在软弱或裂隙发育的地基压浆，尤其是桩较短时，若对其上或者临近构筑物造成危害，影响其安全或者正常使用时。
⑶ 附近有地下管线埋设。
⑷ 有必要控制地面隆起的压浆工程。
地面变形的监测，当不产生严重后果时，可以采用精度较低的测量仪器（如水准仪等），即在压浆区域内设置若干个水准观测地点，观测压浆前、压浆过程中和压浆后各个测点的高程变化。当严格控制地面变形时，应使用千分表或者百分表进行检测。对压浆桩体应进行严格的上抬量观测，严格控制。
⑥单桩所有压浆管打不开
一般采用桩侧打孔补压浆（对于短桩也可以采用桩身钻孔补压浆），同时利用钻杆压浆或重新下压浆管压浆。此时，压浆孔的孔侧封堵成为关键，而且应为间歇压浆。
⑦出现冒浆
压浆时常会发生水泥浆液沿着桩侧或在其他部位冒浆的现象。具体的处理措施依下述不同情况做不同处理。第一种情况，若在其他桩或者地面上冒出水泥浆液，说明该桩底的浆液已经达到饱和，可以停止压浆。第二种情况，若从施工桩的侧壁冒出浆液，说明压浆量应满足或接近了设计要求，可以停止压浆。第三种情况，若压浆量较少，但浆液仍从施工桩侧壁冒出，应暂停压浆，同时用压力水或用清水将压浆管路冲洗干净，等到 24 小时之后，已压入的水泥浆液凝结固化，并将冒浆的毛细孔道堵塞时再重新压浆。
⑧单桩压浆量不足
压浆时最好采用整个承台群桩一次性压浆。步骤是先四周后中央，先将施工场地周围的桩压浆，使压浆桩形成封闭的圆圈，然后在对中间的桩进行压浆。这样施工能保证中间桩位的压浆质量，更好的满足设计要求。施工中若出现个别桩的压浆量达不到设计要求，可依据具体情况对临近桩的压浆量适当增加作为补充。
总结
近十几年来，高层建筑及超高层建筑在我国的广泛兴起，使大直径钻孔灌注桩得到大量应用。桩端（侧）后压浆钻孔灌注桩可以满足大型建筑物对承载力的要求，同时在满足工程应用的条件下，利用桩端（侧）后压浆桩承载力高的特点，可以考虑减少桩的数量，那么在布置桩的平面位置时可以增加桩的间距，从而减小群桩效应。由于桩端（侧）后压浆钻孔灌注桩在工作荷载作用下变形很小，因而可以减小高层建筑中主楼与裙房之间的差异沉降。在建设场地存在良好桩端持力层的前提下，运用桩端（侧）后压浆工艺势必给高层建筑的发展带来新的活力。
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论文作者:杨建平
论文发表刊物:《基层建设》2016年15期
论文发表时间:2016/11/3
标签：浆液论文; 压力论文; 钢筋论文; 土层论文; 导管论文; 渗透压论文; 裂隙论文; 《基层建设》2016年15期论文;