浅谈钻孔灌注桩后压浆技术

浅谈钻孔灌注桩后压浆技术摘要：钻孔灌注桩因施工工艺的影响在承载性能上表现出很大的离散性，灌注桩后压浆技术的出现，经过物理和化学作用，改善土体性能，提高了承载力和桩侧阻力，减少了桩的沉降。关键词：灌注桩后压浆桩端承载力桩侧和桩端阻力1后压浆技术简介钻孔灌注桩自上世纪六十年代在我国问世至今，已在各项建设领域得到了广泛应用，并逐渐发展成为我国建设工程的主导桩型。但钻孔灌注桩的承载性能受施工工艺的影响很大，首先泥浆护壁灌注桩在成孔过程中形成的泥皮阻碍了桩身混凝土与桩间土的粘结，不同程度地降低了桩侧摩阻力。其次孔底沉渣的存在不仅降低桩端阻力，再加上在孔内泥浆的浸泡，使桩周一定范围内土层的抗剪强度降低从而导致桩侧摩阻力的降低。上述影响因素的存在，使钻孔灌注桩的承载性能表现出很大的离散性，不仅造成资源的浪费，还降低了钻孔灌注桩工程质量的可靠性。后压浆技术正是基于解决泥浆护壁灌注桩中泥皮、沉渣问题而产生的一种新型技术。它是利用在灌注桩成桩过程中，通过预先预设在桩身内的压浆管及桩侧、桩端压浆阀，注入预先配置好的水泥浆液，通过浆液的渗扩、挤密和劈裂作用，加固处理桩侧“泥皮”或土层及桩端松软沉渣和持力土层，从而达到提高桩侧、桩端阻力和桩的竖向承载力，减少桩的沉降的目的。钻孔灌注桩后压浆技术于1961年在Marcaibo大桥桩基中首次得到应用，并于上世纪80年代在引进国内，此后不断创新和发展，应用范围越来越广，取得了十分显著的经济效益。2适用的地质条件钻孔灌注桩后压浆技术适用于无流动地下水的卵砾石层、中粗砂夹卵砾石层、中粗砂、稍密和中密粉细砂等土层。对于卵石、砾石、粗粒土等地基上的大直径，超大型桩，效果尤为显著。3加固机理和注浆类型3.1加固机理钻孔灌注桩后压浆通过预埋在桩底和桩侧的压浆管等压浆装置将具有固化能力的浆液（如纯水泥浆、水泥砂浆、掺加外加剂的水泥浆等）压入桩端和柱侧。这些浆液经过渗透、填充、置换、劈裂、压密、固结等物理或化学作用形式单独或共同作用，改变桩端及桩侧附近土体的力学性质，降低桩端沉渣及桩周泥皮对桩的不利影响，使桩端承载力和桩侧阻力得到不同程度的提高，从而减小桩的沉降，改善桩的承载性能，最终达到提高桩基承载力，降低造价的目的。3.2加固机理钻孔灌注桩后压浆的注浆类型，对于不同类型的土类土性，有以下几种注浆类型：3.2.1渗入性注浆当浆液颗粒尺寸小于孔隙尺寸时，浆液具有了良好的流动性能，在压力下浆液渗入土中孔隙，对孔隙进行填充，浆液混合固化后凝结成强度高、化学性能稳定的结石体，从而改善土体性能。3.2.2压密注浆即浆液在压力作用下，强行挤向注浆点附近的薄弱区域，形成球形浆泡，挤压土体，从而加密土体以提高承载力。3.2.3劈裂注浆即已注入的有压浆液克服土体最小主应力面或软弱结构面上的初始应力和抗拉强度使土体劈裂，浆液沿劈裂面注入土体，在注浆点周围形成网状或树状水泥土复合体，使土体强度和变形模量得到提高。劈裂注浆一般发生在粘性土、粉土、粉细砂中，桩侧泥皮和桩端沉渣则是劈裂浆的发生处。通常情况下，上述三种注浆类型多为综合作用。4钻孔灌注桩后压浆施工工艺4.1施工流程4.2施工要点4.2.1预埋注浆管注浆管可采用φ30mm~50mm钢管制成，将钢管底端制成尖形开口，并在底端一定范围内每隔一定的间距沿钢管周围钻取φ5mm~10mm的压浆孔，梅花形设置，然后清理干净。为防止浇灌的桩基混凝土对压浆孔造成堵塞，可采用胶布、橡皮等包裹严密。长度不够的压浆管采用接头丝扣连接接长。制作好的压浆管在每根桩处按轴心对称布置，下部伸出钢筋笼以下200mm，然后通过绑扎方式连接在桩基钢筋笼上一起缓缓放入钻孔内。4.2.2注浆管开塞桩身混凝土浇灌后的24~48h内，开始用清水对压浆管进行注水，并施加一定的压力将压浆孔处包裹的胶布或橡皮等冲开。当压入水的压力突然下降，表明胶布或橡皮已裂开并释放压力。此时应减小进水压力，以防止高压回流夹带杂质堵塞压浆孔。4.2.3注浆在桩身强度达到50%以上时即可进行注浆。正式注浆之前，应进行试注浆，对浆液水灰比、注浆压力、注浆量等参数根据现场实际情况进行优化从而确定最终参数。将配置好的水泥浆通过高压泵和预埋的压浆管注入到桩端。初注时密切关注注浆压力和注浆节奏，记录最大的压力和单管最终注浆量。5后压浆技术研究存在的问题目前钻孔灌注桩后压浆技术的研究主要集中在工艺的介绍、机理的定性分析、工程实例的比较上，使得施工工艺和工程应用得到了迅速发展，但是还存在以下问题（1）压浆理论研究不完善。没有提出合理的理论计算模型，其理论研究有待进一步完善。（2）施工工艺有待进一步优化。（3）无统一的计算公式。目前后压浆承载力的计算公式众多，部分公式计算停留在经验水平上，无统一的计算公式。6结语钻孔灌注后压浆桩技术，由于大幅度提高了桩侧阻力和桩端阻力，不仅承载力高，沉降量小，而且荷载传递的机制也发生了变化，阻力发挥更为合理。在优化工艺参数的条件下，后压浆可使灌注桩单桩承载力提高40%～120%，且粗粒土、砂石土增幅高于细粒土，桩基沉降减小30%左右。大量实践证明，灌注桩后压浆技术可以大幅度地提高承载力，减少沉降量，通过置换可以起到缩短桩长、减小孔径、缩短工期的作用。不同的工程地质条件有很大的差异，不可能有相同的压浆参数，预先设定的压浆参数往往参考相似工程的经验，压浆参数的最终确定要依赖于试验桩的结果，而全国可以借鉴的经验并不多，有待进一步的积累，再加上理论的探讨，最终形成一个成熟的技术。灌注桩后压浆具有提高单桩承载力，提高生产率，节约建设资金的优点，所以，在具备条件的工程中推广后压浆施工工艺有着重要的意义和广阔的前景。注：文章中涉及的公式和图表请用PDF格式打开