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摘要:钻孔灌注桩后注浆技术具有缩短桩长、提高承载力、减少桩数、保证桩基质量及节约造价等优点。
关键词:钻孔灌注桩;后注浆;加固机理;承载力;
1、加固机理
压力注浆桩是指钻孔灌注桩成桩后，预埋在桩底的单向逆止阀，在能固化的水泥浆液的作用下，单向打开，在桩端土层中形成水泥包裹层，压密沉渣、桩端土体。并用浆体取代部分土层，改变桩端承载力以及桩体侧摩阻力，减少桩基沉降量。灌注桩施工过程中将注浆管沿钢筋笼外壁埋设在压力作用下水泥浆液通过注浆管压入桩端、桩侧的地层孔隙中使得原本松散的沉渣、土颗粒、孔隙和裂隙胶结成一个高强度的结合体提高桩侧摩擦力及桩端阻力。
2、桩端压力注浆加固机理
高压浆液对桩底沉渣的置换、压密和固结作用泥浆护壁法成孔工艺，由于以泥浆作冲洗介质,不可能将钻渣完全携带至地表;在灌注混凝土前的第二次清渣工序与首灌桩端混凝土工序之间有一定的时间间隙,孔内泥浆中部分沉渣将沉淀于孔底。以上2个因素形成该成孔工艺的固有缺陷之一,即孔底或多或少存在沉渣,在非渗透性风化岩以上地层注浆时,高压水泥浆液进入桩端将桩底疏松的沉渣土体和离析的部分混凝土、残渣进行充分的置换、密实和固结,形成强度较高的水泥土复合体,提高了桩端持力层的抗压强度,减少了桩基沉降量。
2.1对桩端持力层的渗透、劈裂、挤密、充填作用
对于粗粒土桩端持力层(中粗砂、卵砾石层等)主要通过渗透性注浆使桩底虚土与浆液发生物理化学反应形成高强度的水泥结石体使持力层的抗扰动能力、变形模量和抗压强度等都得到很大的提
高;对于细粒土桩端持力层(粘性土、粉土、粉细砂层等)因土的渗透性较小主要通过高压浆液的劈裂作用使持力层已有的微裂隙张开或产生新的裂隙高压浆液沿着张开的裂隙渗透到地层一定深度,经过脉渗、充填和固结，在原桩土体内部产生了网状结石体，类似于土体的加筋作用。
2.2桩端扩大头或树根桩的作用
在水泥浆液的压密作用下，桩端土体受压产生较大的压缩变形，形成泥土结石体扩大头、梨花体。增大了桩端受力面积，或者水泥浆渗入地层中网状固结形成了类似树根桩的作用，使桩土间界面的几何和力学条件得以改善从而提高了桩端阻力值。
3桩侧压力注浆加固机理
对桩侧土体的渗透、挤密作用钻孔过程中孔壁受扰动，特别是进入密实砂、卵石层较深的桩，孔壁附近土中应力释放，出现松弛现象，孔径越大影响就越明显。在压力作用下浆液渗透到桩周土体中有一定的挤密、置换作用，增强了土体的应力增加了桩侧摩阻力。
3.1对桩侧土体的渗透、胶结作用对于泥浆护壁钻孔灌注桩由于泥皮的存在，阻碍桩身混凝土与桩周围土体的固结，相当于桩侧涂
上一层，水泥浆液可以改善泥皮的力学性质，提高侧摩阻力；另外浆液将桩身混凝土与桩周土体较好的胶结在一起提高了摩擦系数。
3.2对桩身混凝土压密作用
对桩侧进行压浆时桩身混凝土还没有完全固结，这样桩身混凝土会在注浆过程中得到进一步的密实，并会消除混凝土外部的一些气泡提高桩身混凝土的抗压强度和弹性模量。
4后注浆施工的控制要点
4.1注浆管安装
注浆管十字型绑扎在钢筋笼加强筋外侧固定间距<2m，严禁使用电焊焊接，注浆管在桩底部伸出钢筋笼20cm，不得悬吊，下笼受阻时，不得撞笼、墩笼、扭笼。注浆管下到底后,必须在注浆管内注满清水,检查管路的密封性能,管顶露出孔口50cm,用丝堵封严,防止灌注桩身混凝土时,混凝土进入注浆管。
4.2注浆
(1)桩灌注2天以后,使用约2MPa压力的清水冲开喷射器喷射口。注浆时控制10m范围内无钻孔作业,且桩混凝土灌注时间2天以上。
(2)注浆顺序:因注浆位于地下水位以下,先桩侧后桩端,桩侧、桩端注浆时间间隔2h,先边缘后中间,并间隔跳开注浆。
(3)严格控制水泥颗粒的细度,严禁使用受潮结块水泥,注浆液使用水泥搅拌机搅拌,水泥浆要搅拌均匀,搅拌时间>2min;通过滤网(网眼>3mm)存入3~4m3储浆箱中,清除渣子,并不断搅拌,以防泌水沉淀。搅拌后3h泌水率3%,流动度控制在14~18s之间,以利于水泥浆液的渗透、扩散。
(4)注浆采用2DWH-70型高压泵,在进行注浆时,另一端口可保持开放,使浆液溢出少许,不致因浆液凝于管中造成阻塞。
(5)施工中应做好开阀、初始压力、最后压力及浆液体积等参数的记录。
(6)注浆结束后,立即关闭安装在注浆管口的阀门,对注浆管进行封堵,并稳压一段时间,防止管内浆液压力过高造成返浆现象,并及时清洗管泵设备。
(7)后注浆灌注桩的单桩极限承载力标准值通过静载试验确定,根据试验结果及时调整施工参数。
4.3灌注桩后注浆事故的防治
4.3.1注浆管堵塞的原因
(1)注浆管连接密封不好,渗入泥沙,堆积在注浆管喷射器内,增加注浆管压通的阻力。
(2)灌注混凝土时,由于导管上下的频繁活动,把注浆管划破或折断,或连接处及喷射器的密封性破坏,使泥浆进入,加上混凝土的固结,高压注浆时很难压通。
(3)下入注浆管时,未进行检查,管内有铁屑等杂物,堵塞管内通道。因其它事故停泵时间较长,管内水泥浆产生沉淀或初凝。
(4)水泥浆太稠、水泥结块,水泥浆未搅拌均匀就放出,易产生沉淀,在压浆中途堵塞。
4.3.2喷射器被包裹的原因
(1)下入注浆管前,桩孔未清洗干净,孔底沉渣多,注浆管下不到底。
(2)灌注混凝土初期,注浆管未采取固定措施或固定不好,致使其上浮,造成喷射器及其上部的注浆管被包裹。
4.3.3地面冒浆的原因
(1)注浆管管路折断,高压注浆时,水泥浆从上部断管底部流出,因桩周与孔壁之间有泥皮存在,比较软弱,易被高压水泥浆液冲破,使水泥浆液上串而流出地表。
(2)注浆管封闭不严,焊接不牢,在高压水泥浆液作用下,孔洞不断扩大,使水泥浆液从此流出,再沿桩周与孔壁的环状间隙上返流出地表。
(3)压浆过早,成孔钻进时,孔壁被扰动,尚未恢复到原始状态,比较软弱,高压浆上返。
4.4桩后注浆事故的防治
4.4.1注浆管不通的防治
(1)先用高压注浆泵压注清水,因为清水粘度小,有利于压注。如清水已压通,可以压注水泥浆液。
(2)在注浆泵额定压力范围内,尽量采用高压压注,如实在压不通,应停止压注,防止损坏泵体和管路。
(3)每个桩孔最好下入两根压浆管,如一根压不通可使用另一根,一次性压完所需浆液总量
(4)如果一根桩两根压浆管均压不通,采取在桩的边缘打孔再压浆的补救办法，在桩的边缘钻进110mm孔,孔的边缘与桩的边缘相距150~200mm,孔深大于桩孔深度0-5m;钻到设计孔深后,经验收、清孔,下入25mm和20mm压浆管各一根;封孔:先在25mm管内压注水灰比0：8的水泥浆液,并加入早强剂,直到注满全孔为止；注浆:待水泥浆液达到一定强度后(2天),再从20mm注浆管压入水泥浆液,水灰比与原压浆水泥浆液一致,其压入浆液总量和泵压均要略大于常规桩后注浆。
4.4.2地面冒浆、地下串浆的防治
(1)发现桩侧壁冒浆,如注浆量满足或接近设计要求,可以停止注浆;如注浆量较少,将注浆管用压力水冲洗干净,待水泥浆液凝固、堵塞冒浆的毛细孔道时再重新注浆。
(2)当注浆压力长时间低于正常值或地面出现冒浆或周围桩孔串浆时,可用另一根压浆管进行高压注浆,一次压完浆液总量。或改为间歇注浆,间歇时间宜为30~60min,同时可采取降低水灰比、加
浓浆液、掺加促凝剂等措施。
(3)如压浆量已达到80%才发现地面冒浆或地下串浆,可视为该桩后注浆工作完成。
(4)如两根压浆管均已折断或破裂,无法注浆时,可采用打孔补救压浆办法。
5桩端、桩侧复式注浆效果分析
一是解决了虚土问题,提高桩端阻力注入桩端的浆液与桩端虚土发生物理化学反应使其固化,凝结成一个结构新、强度高的化学性能稳定的结石体,并有一定的扩底效应。二是改善了桩侧摩阻力，泥浆护壁法在钻孔灌注桩施工中,由于泥皮的润滑作用使得承载力大受影响。注入桩侧的浆液,在压力作用下,沿桩侧壁与桩土间泥皮一定高度范围内上渗,并渗入泥皮及桩侧更大范围内的桩周土体中。浆液凝结后,桩侧泥皮被加固,更大范围内的桩周土体被调动起来参与承载,桩侧摩阻力得到较大提高。
采用钻孔灌注桩后注浆承载力计算的经验公式,计算结果合理,基本符合工程实际情况。桩端、桩侧复式后注浆技术对提高钻孔灌注桩的承载力是很有效的,一般可提高30%~50%。而且愈松散、软弱的土层,提高幅度愈大。后注浆技术是提高单桩承载力,减少承载力离散性,削弱群桩效应的一项有效措施。