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摘要：钻孔灌注桩作为高层建筑常用的基础形式，事关到结构的安全性和可靠性。本文阐述了钻孔灌注桩后压浆的施工技术。
关键词：钻孔灌注桩；后压浆；反循环；泥浆护壁；沉渣
钻孔灌注桩是目前应用较为普遍的基础结构，灌注桩基础已经日益成为软土地基上工业建筑、高层住宅、写字楼、桥梁码头、重型储仓等重要工用、民用建筑工程常用的一种深基础形式。随着现代建筑技术的飞速发展，对桩基础承载能力和抗变形的要求越来越高，传统钻孔灌注桩难以彻底解决桩孔四周泥皮和桩端沉渣之顽症，其桩基优点得不到充分发挥。钻孔灌注桩“后压浆技术”能更大限度的节约桩基成本，缩短施工工期，有效地增强质量稳定性和提高单桩承载力。由于钻孔灌注桩后压浆可较大幅度地提高单桩承载力，因而设计上可以通过减少布桩，减短桩长或缩小桩径来达到节约投资的目的。根据工程实际情况表明，在不增加桩长和桩径的条件下，后压浆不仅在技术上是可靠的，而且在提高单桩承载力、减少工程沉降量、降低桩基工程造价等方面都具有深远的意义。
本文着重介绍后压浆钻孔灌注桩的作用机理、施工工艺和过程技术质量控制，阐述钻孔灌注桩后压浆施工技术。
1.钻孔灌注桩后压浆施工技术
钻孔灌注桩后压浆，就是在钻孔灌注桩成桩2-7天后，采用高压注浆泵通过预埋于桩端或桩侧的压浆管（压浆管底部设置多孔单向阀，压浆管向上伸出地面20-50cm）向桩端或桩侧高压注入水泥一定水灰比的水泥浆液，通过水泥浆液的劈裂、填充、压密、固结等作用，塞实桩底的沉渣，达到固结桩底沉渣和挤压土层的目的；同时水泥浆液沿桩侧向上返浆扩散，加强土层与桩体的侧摩阻力，在软土地基条件下，可改善钻孔灌注桩成桩工艺，提高单桩承载力，减少工程沉降量。钻孔灌注桩后压浆施工技术主要有桩端后压浆、桩侧后压浆、复式压浆（桩端和桩侧同时后压浆）三类。
2.钻孔灌注桩后压浆其主要作用机理如下：
（1）高压注入的水泥浆液在桩周土中渗透至一定程度后，剩余浆液沿桩周孔壁上返，从而弥补、填充成桩中留下的缺陷，以提高桩身质量。
（2）后压浆水泥浆液可改善和根除循环介质（泥浆）形成的桩与桩周土间的泥皮和孔底沉渣，密实周围土体，恢复被扰动和软化的松散土体强度和内聚力，这是后压浆技术提高钻孔灌注桩承载力的主要机理。因后压浆可使水泥浆液填充土颗粒间孔隙，从而改变桩间土的孔隙度和饱满度，增强土的物理性能，且水泥浆液的渗入可使土颗粒间的胶结力明显增强，加强了土体的颗粒骨架，使土体具备更坚实的结构。增加桩侧摩阻力和桩端端阻力，从而提高灌注桩的承载力，降低沉降量。
（3）后压浆技术除可提高灌注桩的承载力、降低工程沉降量以外，在普通钻孔灌注桩试桩结果达不到要求时，后压浆技术可作为一项行之有效的补救补强措施，即可在桩侧引孔，安装压浆管进行压浆，以提高单桩承载力。当钻孔灌注桩出现断桩时，通过后压浆，水泥浆液可渗入断桩裂隙内而封闭裂隙，保证桩的受力筋不受地下水的腐蚀而提高桩的使用寿命。
3.后压浆技术对提高单桩承载力的机理分析
3.1桩端后压浆对提高桩端承载力的机理分析
灌注桩一般采用二次清孔工艺，由于施工时采用泥浆作为冲洗、护壁介质，同时在灌注砼与二次清孔之后有一定的时间间隔，故或多或少存在孔底沉渣。孔底沉渣是影响灌注桩尤其是桩端承载力的重要因素之一。在砼初灌时，由于导管长而细，落差大，且与泥浆裹在一起，因而初灌砼易在桩底处产生离析，导致桩端砼强度降低，也影响桩端承载力。因此，在桩端高压注浆时，水泥浆液渗透到桩端离析砼及沉渣中，结合形成强度高的砼，随着注浆量的增加，水泥浆液不断向受泥浆浸泡而松软的桩端持力层中渗透，在桩端形成“梨形体”扩大端，从而增加了桩端的承压截面积，相当于对钻孔桩进行扩底。当“梨形体”不断增大时，渗透能力受到周围致密土层的限制，使压力不断升高，对桩端土层进行挤压、密实、充填、固结，提高了桩端土体承载力，从而提高了桩端承载力。
3.2桩侧后压浆提高单桩承载力机理分析
由于钻孔灌注桩大多在疏松土层中钻进，孔壁完整性差，同时因在泥浆护壁过程中，泥浆颗粒吸附于孔壁形成泥皮，阻碍桩身混凝土与桩周土间粘聚力的发挥，好比在桩侧涂抹一层“润滑剂”，从而大大降低了桩侧摩阻力的发挥。对于水敏性地层，因长期浸泡而松软，也降低了桩周土体的摩阻力。其次，桩身砼固结后也会发生体积收缩，使桩身混凝土与孔壁间产生间隙，减小桩周摩阻力，降低单桩承载力。当水泥浆沿桩壁向上及向下渗透时，随着水泥浆渗透长度、深度的不断增加，其水泥浆可以破坏泥皮，充填桩侧砼与周围土体间隙，提高桩侧土体与桩身的粘结力；当水泥浆液体压力大于桩周土体孔隙水压力时，水泥浆液则横向向桩周土体中渗透，一方面可以挤压密实在成孔时受泥浆浸泡而松软的桩壁上，提高了桩侧土体强度，改善土的物理力学性能；另一方面，水泥浆液渗透到桩侧土体中与桩侧土体相结合，相当增加了桩径，从而提高了单桩承载力。
4.钻孔灌注桩后压浆施工工艺
4.1工艺流程
准备工作→按设计水灰比拌制水泥浆液→水泥浆经过滤至储浆桶（不断搅拌）→注浆泵、高压软管与压浆管连接→打开排气阀并开泵放气→关闭排气阀先试压清水，待压浆管道通畅后再压住水泥浆液
4.2压浆设备及压浆管的安装
（1）高压压浆系统由浆液搅拌器、带滤网的贮浆斗、高压压浆泵、压力表、高压胶管、预埋在桩端、桩侧的压浆管和单向阀等组成。
（2）高压压浆泵系统的选型：
高压注浆泵是实施后压浆的主要设备，高压压浆泵一般采用额定压力6～12MPa，额定流量30～100L/min的压浆泵；高压压浆泵的压力表量程一般为额定泵压1.5～2.0倍，压浆泵的浆量和压力根据实际需要可随意变档调速，可吸取浓度较大的水泥浆、化学浆液、泥浆、油、水等介质的单浆液或双浆液，吸浆量和喷浆量可大可小。常见的高压压浆泵的技术参数见下表。
水泥浆液搅拌器的容量应与额定压浆流量相匹配，搅拌器浆液出口应设置水泥浆滤网，避免水泥团进入贮浆筒后吸入注浆导管内而造成堵管或爆管事件。
高压压浆泵与压浆管之间采用能承受2倍以上最大注浆压力的高压软管，压浆软管与压浆管之前应设置卸压阀。
4.3水泥浆液
一般采用普通硅酸盐水泥与清水拌制成水泥浆液，水灰比根据地下土层情况适时调整，一般水灰比控制在0.4～0.6之间。
4.4开塞
压浆前，为使整个压浆线路畅通，应先用清水开塞，开塞的时机应在桩身砼初凝后、终凝前，用高压水冲开出浆口的单向阀密封装置和桩侧混凝土（桩侧压浆时）。开塞采用逐步升压法，当压力骤降，流量突增时，表明通道已经开通，立即停机，防止大量水涌入地下。
4.5压浆
开塞后应立即进行压浆，原则上开一管注一管，不允许普遍开塞。压浆应连续进行，压力采用由小到大逐级增加的原则。
5.后压浆技术的施工要点及要求
5.1压浆管埋设
压浆管一般采用Φ25mm管壁厚度2.5mm的焊接钢管，单向阀与压浆管焊接连接。压浆管随同钢筋笼一起安放至钻孔中，边下放钢筋笼边接长压浆管，压浆管应绑扎在钢筋笼上，并用铁丝在适当位置固定牢固，压浆管应沿钢筋笼圆周对称设置，压浆管的根数根据设计要求及桩径大小确定。（压浆管压浆后可取代等强度截面钢筋）。压浆管根数根据桩径大小设置，一般压浆管设置情况下为：
桩侧压浆时，单向阀的设置应综合地层情况、长、承载力增幅要求等因素确定，一般离桩底5～15m以上每8～10m设置一道。
压浆管安装过程中防止压浆管在安装过程中发生扭曲，压浆管与钢筋笼加劲箍和螺旋箍筋焊接或绑扎固定。压浆管采用钢套管焊接连接或丝扣连接，连接应牢固和密封，不漏水，上端用丝堵封口，避免杂物落入管内造成堵管。在吊放钢筋笼过程中，严禁撞笼、扭笼、墩笼，钢筋笼应竖直缓慢下放，快到桩底时，钢筋笼不得扭动，以免底管在进入持力层时受到损坏。
5.2水泥浆配制
先根据设计或规范要求配制一定水灰比的水泥浆液，配制水泥浆液时先在搅拌机内加一定量的水，然后边搅拌边加入定量水泥，根据水灰比再补加水，水泥浆搅拌时间不应少于3min，水泥浆液中不得混有水泥结块、水泥袋等杂物。水泥浆搅拌好后，过滤后放入储浆筒，水泥浆在储浆筒内也保证不断搅拌。
5.3压浆
5.3.1正式压浆作业之前，应进行试压浆，对浆液水灰比、注浆压力、注浆量等工艺参数调整优化，最终确定工艺参数。
5.3.2在注浆过程中，严格控制单位时间内水泥浆注入量和注浆压力。注浆速度一般控制在30～50L/min。
5.3.3当设计对压浆量无具体要求时，单桩注浆量应根据桩径、桩长、桩端桩侧土层性质、单桩承载力增幅及是否复式注浆等因素确定，可按下式估算：
Gc = αp d+αsnd （6.7.4）
式中αp、αs ——分别为桩端、桩侧注浆量经验系数，αp =1.5～1.8，
αs =0.5～0.7；对于卵、砾石、中粗砂取较高值；
n —— 桩侧注浆断面数
d —— 基桩设计直径（m）；
Gc —— 注浆量，以水泥质量计（t）；
对独立单桩、桩距大于6d的群桩和群桩初始注浆的数根桩基的注浆量应按上述估算值乘以1.2的系数；后注浆作业开始前，宜进行注浆试验，优化并最终确定注浆参数。
5.3.4桩端注浆终止注浆压力应根据土层性质及注浆点深度确定，对于风化岩、非饱和黏性土及粉土，注浆压力宜为3~10MPa；对于饱和土层注浆压力宜为1.2~4MPa，软土宜取低值，密实黏性土宜取高值；
5.3.5被压浆桩离正在成孔桩作业点的距离不小于10d，桩端压浆应对两根注浆管实施等量压浆，对于群桩压浆，应先外围，后内部。
5.3.6在压浆过程中，当出现下列情况之一时应改为间歇压浆，间歇时间30～60min。间歇压浆可适当降低水灰比，间歇时间超过60min，应用清水清洗注浆管和管阀，以保证后续压浆能正常进行。
（1）注浆压力长时间低于正常值；
（2）地面出现冒浆或周围桩孔串浆。
5.3.7压浆过程采用“双控”的方法进行控制，压浆终止条件，当满足下列条件之一可终止压浆：
（1）压浆总量和注浆压力均达到设计要求；
（2）压浆总量已经达到设计值的75%，且压浆压力值超过设计值。
5.3.8压浆作业过程记录应完整，并经常对后压浆的各项工艺参数进行检查，发现异常情况时，应立即查明原因，采取措施后继续压浆。
6.注意事项
（1）后压浆施工过程中，应经常对后压浆的各工艺参数进行检查，发现异常立即采取处理措施。
（2）压浆作业过程中，应采取措施防止爆管、甩管、防漏电等安全措施
（3）操作人员应佩戴安全帽、防护眼镜、防尘口罩。
（4）压浆泵压力表应定期检定
（5）水泥浆液中可根据实际需要掺加外加剂。
（6）施工过程中，应采取措施防止粉尘污染环境。
（7）对于复式压浆，应先桩侧后桩底；对于非饱和土宜先桩端后桩侧；当多断面桩侧压浆时，应先上后下，间隔时间不宜小于2小时。
7.结束语
桩端、桩侧后压浆是将压浆技术与灌注桩技术有机结合，以提高桩的承载力、减少沉降的一项创新技术。该技术有如下主要特点：
（1）后压浆装置构造简单、安装方便、成本较低、可靠性高、适用于钻、冲孔灌注桩，后压浆装置中的钢导管可与超声检测结合，压浆后可取代等强度截面钢筋；
（2）后压浆可于成桩后2～30天内实施，不与成桩作业交叉，不破坏混凝土保护层；
（3）在优化工艺参数的条件下，可使单桩承载力提高30-50%（粗粒土优于细粒土，桩底桩侧复式压浆优于桩底单压浆）；可缩短桩长或减少桩数量，降低施工难度，加快工程进度；经过压浆，可减少群桩的总体沉降，简化上部结构设计；
（4）经后压浆的桩基，沉降减少30%左右；
（5）对注浆量和注浆压力进行双向控制，施工质量易于保证；
（6）噪音小，速度快，效益高。
由于后压浆技术具有上述众多特点，因此它的应用前景非常广泛。
论文作者:张开锋,陶伟
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第24期
论文发表时间:2018/12/3
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