浅谈高层建筑后注浆灌注桩的设计

摘要：随着城市的快速发展，城市用地渐趋紧张，高层建筑逐渐取代多层建筑，对桩基础的承载力要求也越来越高。本文介绍传统钻孔灌注桩的缺陷，阐述后注浆加固机理及其分类，总结后注浆施工工艺关键参数的确定方法，归纳现场施工质量控制的关键环节，以例说明钻孔灌注桩后注浆技术在超高层建筑桩基应用中的价值。

关键词：高层建筑灌注桩后注浆技术施工

中图分类号：TU97文献标识码： A 文章编号：

一传统钻孔灌注桩的缺陷

泥皮和沉渣过厚是传统钻孔灌注桩的两大缺陷。当成孔不太深，孔径小于800mm时，正循环回转成孔钻进效果较好，当孔径较大时，泥浆循环时返浆速度降低，排渣能力减弱，而提高泥浆浓度又带来孔壁泥皮更厚等问题。采用反循环回转钻进成孔技术，排渣能力大大提高 . 根据对某工程90m深度钻孔灌注桩的2个试成孔进行36h沉渣监测，结果表明，清孔后沉渣随停歇时间线性增长，同时孔径测试也标明，大直径钻孔孔壁还存在应力释放导致的孔壁松弛，通常会出现1～2cm的缩颈，缩颈程度随深度和时间而增加。随着超高层建筑越建越高，对单桩承载力和沉降控制提出了更高的要求。

二后注浆的加固机理

灌注桩后注浆是规范推荐的灌注桩辅助工法。该技术旨在桩体混凝土初凝后，通过在桩底、桩侧注入水泥浆固化沉渣（虚土）和泥皮，并加固桩底和桩周一定范围的土体，以提高承载力，增强桩承载性状的稳定，减小桩基沉降。实践证明，对应泥浆护壁和干作业的钻孔灌注桩，灌注桩后注浆均取得良好效果，承载力可提高40%~100%，沉降减小20%~30%。

三后注浆方式分类

根据注浆位置，后注浆可分为桩端后注浆、桩侧后注浆和桩端+桩侧联合后注浆三种方式（1）桩端后注浆：即通过注浆管（采用钢管直径一般为25～50mm）从底端花管小孔（一般孔径不大于10mm）注入一定浓度的水泥浆液，使桩端土体及桩端以上一定范围的桩侧土体得到加固，从而提高单桩承载力； （2）桩侧后注浆：在离桩端5～12m以上按一定间距设置桩侧注浆管，在不同深度对桩侧注浆，加固桩侧土体。当桩侧设若干注浆段时，按自上而下注浆，即先注最上部桩段，待其有一定的初凝强度后，再依次注下部各桩段，以防止下部浆液沿桩土界面上涌，提高注浆效果； （3）桩端+桩侧联合后注浆：其注浆效果优于单一的桩端或桩侧注浆。采用桩端+桩侧联合后注浆可获得更高的单桩承载力。注浆顺序，宜先自上而下逐段进行桩侧注浆，最后进行桩端注浆。

四 影响后注浆效果的主要因素

4.1 注浆量

合理的注浆量应根据桩径、桩长、桩周土层特性、成桩施工情况（成孔时间、沉渣测定厚度）以及承载力需要提高的幅度等诸方面因素确定，不能一概论之。 对于不同长径比的单桩，桩 基承载力随着注浆体体积的增大而提高，桩长的变 化显著地影响注浆量对承载力的贡献。但注浆量对桩基承载力的影响曲线到后期趋于平缓，说明桩端后注浆不可能对承载力有无限的提高作用，注浆量对承载力的贡献只在一定范围内有效。

4.2 注浆压力和终止注浆压力

注浆压力与钻孔深度、土层性质、注浆位置及 注浆次序等因素有关，目前差异较大尚不统一。根据实践，在砂性土和黏性土中，常采用1MPa的注浆压力注浆。对于终止注浆压力，一般采用3MPa，维持时间不少于3min。

4.3 水泥浆液

浆液的浓度应根据注浆阶段（一次注浆和二次注浆）、土层性质、沉渣颗粒组成和注浆目的等因素确定。稀浆（水灰比0.8）流动性强，适用于加固松散土体，如砾石层、粗砂、细砂土层，以及注浆初期或分次注浆的首次注浆，主要起充填作用；浓浆（水灰比0.4）则对沉渣、泥皮以及先期已注 入的泥浆起脱水作用，并具有挤密作用［4］ 。目前工程上在黏性土、粉性土和粉砂层中常用水灰比为 0.5～0.6的浆液。

4.4施工环节

根据工程实践，钻孔灌注桩后注浆效果受施工 环节的影响较大。

注浆管安装

注浆管底端须超出钢筋笼200～500mm，底部 和花管需用胶布并用硬包装带封闭，能承受至少1MPa的静水压力。注浆喷头应埋人沉渣或虚土中一定深度，要避免注浆出口被桩身浇注的混凝土包裹，防止不能开塞或初始注浆就需使用高压。

注浆管开塞

在成桩后7～8h内应采用低压进行清水压管开塞，使注浆管底部阀门打开，打通注浆通道。开塞的注水量不宜大，以确认注浆通道已打开即可。

初次注浆时间

在混凝土成桩养护2d后方可开始注浆，过早注浆会破坏桩身材料。 目前绝大部分工程注浆开始的时间选择在成桩后2～7d左右开始注浆。注浆流量宜小不宜大，一般按小于50L/min控制。初次注浆量约占总压浆量的70%，同一根桩的两根注浆管的注浆时间间隔宜为30～60min。

分次注浆

初次注浆结束后，注浆只能影响一定的范围。为了提高注浆效果，可进行二次或多次注浆。二次注浆量一般为初次注浆量的1/3～1/4，水灰比可适当提高。 二次注浆在初次注浆结束后的3h即可进行。

终止注浆控制

终止注浆以注浆量控制为主，注浆压力为辅作为参考指标。满足下列条件之一时可终止注浆： ①注浆总量和注浆压力均达到设计要求； ②注浆总量已达到设计值的75%，且注浆压力已超过设计最大值。

五 结语

钻孔灌注桩由于桩底沉渣过厚造成单桩竖向抗压承载力不满足设计要求时，采用桩侧成孔桩底后压浆的处理方法是可行、有效的。通过桩底后压浆使得桩底和桩底以上一定范围内桩侧土受水泥浆的注入而使之充填和劈裂，使得桩底土的刚度提高，桩底土的抗荷载能力增大，从而使得单桩竖向抗压承载力增大，桩体的沉降量减小，满足设计的要求，保证高层建筑的安全可靠。北京世界金融中心大厦，高120m，地上31层，地下3层，桩基采用钻孔灌注桩。经桩端桩侧后注浆处理后，沉降S=15mm，较未注浆桩承载力提高113%~126%，节约桩基投资约650万元。

参考文献

【1】建筑桩基技术规范 JGJ94-2008。 北京：中国建筑工业出版社，2008

【2】史佩栋,兰定筠。实用桩基工程手册。北京:中国建筑工业出版社，2011