灌注桩桩端后压浆机理分析及工程应用讨论

灌注桩桩端后压浆机理分析及工程应用讨论

孙川川 马晓刚 杨瀚

天津市地质工程勘测设计院有限公司，天津市300191

摘要：分析钻孔灌注桩工艺缺陷，阐述桩端后压浆提高桩基承载力的作用机理，结合工程实例，分析桩端后压浆对钻孔灌注桩承载力和工程造价的影响。

关键词：钻孔灌注桩，后压浆，机理分析，单桩承载力，降低造价

前言

钻孔灌注桩因其对各类地质条件适应性强、无挤土效应、无振害，且具有较高的承载力，施工简单、方便等优点，应用非常广泛。但是随着工业与民用高层、超高层建筑工程不断涌现，传统的钻孔灌注桩已无法满足工程对桩基承载力的要求。但传统的依靠增加桩长、扩大桩径来提高承载力的方法，不但增加了工程造价，而且桩长过长给施工带来了很大困难，因此后压浆作为一种新的工艺的出现，为钻孔灌注桩的设计和施工提供新的思路。

1 钻孔灌注桩施工缺陷分析

钻孔灌注桩的施工工艺存在以下几个方面的缺陷：①、钻孔灌注桩成孔过程中，一般会采用泥浆护壁，泥浆中的黏土颗粒吸附于孔壁上，形成泥皮，泥皮有保护孔壁不坍塌的作用，但是另一方面泥皮相当于在灌注桩桩体和侧壁土体之间涂上一层润滑剂，降低了灌注桩桩体与侧壁土体的侧摩阻力；②、钻孔灌注桩在钻进过程中至灌注前，桩侧土体处于一种应力释放的状态，且侧壁土体长时间处于泥浆的浸泡下土质疏松，这也一定程度上降低了桩侧的侧摩阻力；③、无论采用何种工法，洗几次孔，很难将孔底沉渣全部带出孔，且在清孔以后和灌注混凝土之前，都存在时间间隔，这将不可避免的产生孔底沉渣，孔底沉渣是影响单桩承载力的重要因素；④、在第一次灌注混凝土时，由于导管底部与孔底有一定距离，导致桩底混凝土与孔底泥浆混合，使灌注桩底部产生“虚尖”，影响桩底混凝土的强度和桩的承载力；⑤、桩身混凝土收缩等也会导致桩侧摩阻力的降低。以上因素会对桩侧阻力和桩端阻力产生折减，而折减程度具有很大的差异性，这使钻孔灌注桩单桩承载力也具有很大的差异性，不仅造成资源的浪费，还使灌注桩的成桩质量有很大的不确定性。而后压浆可以在一定程度上消除以上灌注桩的不利因素，从而达到提高桩基承载力和减少沉降的目的。

2桩端后压浆提高桩基承载力的作用机理分析

后压浆技术是钻孔灌注桩成桩时在桩端桩侧预置压浆管路和压浆装置，待桩身强度达到一定强度后，通过高压压浆泵压注以水泥浆为主的浆液，对桩底沉渣、桩侧泥皮进行加固，从而一定程度上消除钻孔灌注桩的固有缺陷，从而达到提高桩的承载力和减少桩的沉降量的一种科学的技术方法。

在钻孔灌注桩成桩后，当桩身混凝土达到一定强度后，通过预埋在桩底的注浆管，将以水泥为主的浆液在一定的压力下注入桩底，在注浆初期，水泥浆渗入桩底的沉渣和松散土体中，形成水泥浆、沉渣以及松散土体的固结体；随着注浆压力增大，水泥浆液以劈裂的形式进入土中的细小孔隙内，并使这些孔隙连通形成网络状结构，使桩端形成一个‘梨形体’，扩大了桩端的支撑面积，提高了桩端承载力；注浆后期土中孔隙进一步减小，浆液压力进一步增大，对桩端周围的土体进一步压实，使桩端承载力进一步提高。同时，在整个注浆过程中，尤其是注浆中后期，桩端可注性变差，浆液沿着桩身与孔壁之间的孔隙向上流动，受桩侧土体压力的影响，浆液流动压力沿桩身往上逐渐减小，浆液注浆量从桩底往上随着桩身逐渐减小，这改变了原来桩身与桩侧土体的接触性质，提高了桩侧摩阻力。

3 影响桩端后压浆对单桩承载力的因素

⑴桩端土的性质和密实度

桩端后压浆对桩基承载力的影响与桩端土的性质和密实度有很大关系，根据相关的工程经验，当桩底是砾石层、砂层时，后压浆对承载力提高的幅度较大；当桩底是粘性土、淤泥质土层时，特别是采用反循环、旋挖工艺时，因孔底沉渣控制较好，后压浆提高承载力幅度不大。

⑵ 桩径的大小和桩长

在桩径固定的情况下，桩长越长，桩端阻力占桩的总承载力的比例越小，桩端后压浆效果越不明显。大量资料显示，当桩的长径比大于40时，桩端阻力占总承载力的比例接近于零；反之，在桩径不变的情况下，桩长越短，桩端阻力占桩的总承载力的比例越大，桩端注浆后，短桩承载力提高的幅度越高，注浆效果就越好。

⑶ 注浆量和注浆压力

注浆量和注浆压力双控，其中注浆压力的控制非常重要，若注浆压力不足，则注入孔底的浆液以渗入为主，没有产生对孔底土体的劈裂和压实作用，使注浆效果达不到大幅度提高桩基承载力的预期效果。而注浆压力越大，桩端形成的扩大头就越大，桩端承载力提高的幅度就越大。在其他条件不变的情况下，注浆量越大，桩基承载力提高的就越大。

4 应用实例

某工程位于天津市西青区，拟建工程为一栋5层厂房，地下一层车库及设备房，埋深约6m，拟采用混凝土框架结构，桩基础。

由于工期较紧，在没有做场外试桩情况下，依据勘察报告，直接取《建筑桩基技术规范》提供的注浆侧阻力、端阻力增强系数范围内的低值进行桩基的设计。后选取3颗工程桩为试验桩做静载荷试验，这3颗试验桩均采用桩端后压浆。

⑴场地地质情况及注浆参数的选择

⑵后压浆施工要点

注浆水泥采用42.5普通硅酸盐水泥，水灰比0.6。采用注浆压力和注浆量双控，注浆量不少于1100Kg，终止压力为1.2～4.0MPa（稳压5分钟）。

⑶静载荷实验结果及分析

试验桩施加静载荷4100KN，以下为试验结果与理论值的对比:

（其中理论承载力标准值依据公式《建筑桩基技术规范》式5.3.5 Quk=Qsk+Qpk计算所得.）

⑷桩端后压浆经济性分析

该项目每根桩的桩端后压浆造价为1409元，而每根桩每增加1米桩长所增加的综合造价为421元。若不采用桩端后压浆，则每根桩为达到满足设计要求的单桩承载力要比采用桩端后压浆的桩长增加6m，相当于采用桩端后压浆后每根桩节省费用421*6-1409=1117元。每根桩的实际综合造价约为12400元，采用桩端后压浆后节省造价比例为1117/12400=0.09（9%）。

5 结论

⑴ 桩端后压浆技术改善了桩端土体和桩侧土体的力学性质，对桩基承载力提高的幅度明显，平均提高幅度为35.4%。

⑵ 该区域桩基设计时没有做场外试桩来确定后压浆端阻、侧阻增强系数，直接采用《建筑桩基技术规范》提供的注浆侧阻力、端阻力增强系数范围内的低值做桩基承载力设计，而试桩静载荷试验结果满足要求，显示取注浆侧阻力、端阻力增强系数范围内的低值对该区域可靠。

⑶ 在工程设计与施工中，运用桩端后压浆可适当的缩短桩长，减少工作量。该项目后压浆经济效果明显，节约投资9%，有很大的市场潜力。

参考文献：

[1] 闫军.灌注桩后压浆技术的应用及存在的问题[A].山西建筑，2009,21(35):115-116.

[2] 李耀国.后压浆提高桩基础承载力机理试验[B].公路交通科技,2018,9:34-38.

[3] JGJ 94-2008 建筑桩基技术规范[S].