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摘要：本文主要分析钻孔灌注桩后压浆施工方法。
关健词：钻孔桩后压浆
1 前言
钻孔灌注桩因其施工工艺简单、对地层适应性强和造价经济等优点，迅速在各项基础工程中得到广泛的应用。特别是在近几年全国大规模铁路建设中，钻孔灌注桩更是担当了重要角色，充分展现了其优越性。但钻孔灌注桩施工中也存在因孔底沉渣难以清理干净而降低端阻承载力的缺点。通过在施工中探索和研究，采用后压浆技术对桩底（或桩侧）进行注浆是改善灌注桩缺陷从而提高单桩承载力的有力措施。
2桩底后压浆的施工原理和主要作用
2.1 施工原理
桩的主要作用是为上部结构提供足够的承载力，防止基础下沉，而单桩的极限承载力Qu由极限侧摩阻力Qsu和极限端阻力Qpu构成，因此提高单桩承载力要从增大Qsu和Qpu入手，常用的方法有：增加桩的几何尺寸，如桩长或桩径；提高持力层的强度，即提高桩端阻力；改善桩-土相互作用，即提高侧摩阻力。桩底注浆可以同时提高桩端阻力和侧摩阻力，并相应增加了桩长，从而使单桩承载力大幅度提高。
桩底后压浆是指钻孔灌注桩在成桩后，通过预埋的注浆通道用一定的压力把水泥浆压入桩底，注入浆液渗透到桩底周围和下面的土层中，填充沉渣和土层空隙，在桩侧粗粒土层中会产生渗透填充胶结效应，在桩侧细粒土层中会产生劈裂加筋效应，在桩底形成扩大头，浆液凝固后，与沉渣、土层一起形成强度较高的整体，从而大大提高桩端承载力。
2.2 主要作用
2.2.1消除桩端虚土,增大承压面积。钻孔灌注桩后注浆桩端注浆时,水泥浆液通过端部注浆管渗入桩底“虚尖”的间隙中,同桩底虚土结合起来,增大了桩尖强度,改良了桩端虚土,在桩端虚土被水泥浆液充满、固化后,水泥浆液继续向受泥浆浸泡而松软和本身有一定渗透性的桩端持力层中渗透,在桩端形成“扩大头”,增大了桩端承压面积。 2.2.2压密桩底,增加反向预应力。随着压浆量及注浆压力的增加,因渗透压力受周围致密土层限制,不断升高,压力升高对桩端持力层有一定压密作用,提高了桩端土体承载力,同时给桩底面施加反向预应力,能使桩身微抬,当钻孔灌注桩承受自上向下的垂直荷载时,此反向应力将承担部份荷载,从而提高单桩承载力。 2.2.3充填桩侧,消除泥皮。随着注浆压力的向上释放,桩底注浆时部份浆液将沿桩周上返,充填桩侧与桩周土体间空隙,同时可以破坏、固化泥皮,提高桩侧砼与桩周土体的粘结力,从而提高桩侧摩阻力,另一方面同时也挤密了桩侧土体。 2.2.4提高桩侧土体强度,相当于增大桩径。当水泥浆液在桩侧桩周上下流动时,同时也沿径向渗透,由于浆液渗透深度度不断增加,浆液体内压力不断增高,当浆液体的压力大于桩周土体孔隙水渗透压力时,浆液沿径向向桩周土体中渗透,它一方面可以密实由于成孔时受泥浆浸泡而松软的桩壁土;另一方面浆液与桩侧土体结合,提高了桩侧土体强度,模糊了桩壁与桩周土的界限,相当于增大了桩径,提高了侧摩阻力,从而提高了桩承载力。
3桩底后压浆的主要优点
（1）在同样桩径、桩长、地质条件下单桩承载力可提高20%～30%；
（2）不需要专门的施工钻具或扩孔用的专用设备，机械设备投入较底，钻进施工成本低；
（3）对灌注桩缺陷部位的处理与其他施工处理方案相比较，具有大量降低处理费用，施工方法简单、易操作且不改变原有结构形式等优点。
(4)减少后期沉降。在注浆压力作用下,使一部分桩端压缩变形在施工期内提前完成,使同等沉降条件下桩承载力得到提高,也減小了后期使用沉降。
4钻孔桩后压浆施工工艺流程
5钻孔灌注桩压浆施工工艺和要点
5.1压浆管的布设。
施工中一般采用压浆管与钢筋笼绑扎的方法下放压浆管,压浆管采用Φ30～50MM无缝钢管,采用丝扣连接,所有接头部分须缠绕胶带,预防泥浆渗入。各节压浆管之间用丝扣连接至地面以上20cm左右。桩端单向阀是将压浆管底部钻成注浆花管,一般端部用堵头封堵或直接进行注浆管端头焊接密封,花管各孔眼用平头螺钉或大图钉在外面封住,然后将花管用内胎皮等包裹。为确保注浆注浆花管进入持力层20cm,安装时桩端压浆管应伸出钢筋笼底面60cm左右(即注浆花管全部伸出钢筋笼底部)。
5.2注浆施工
为保证桩身不受压浆影响和工期，宜在桩身混凝土达到设计强度的50%～70%后进行注浆，在灌注桩身混凝土时制作试件并进行同条件养护，试件试验强度达到要求时再进行注浆，根据现场试验结果统计，桩身混凝土灌注完毕后五至七天左右强度可达到要求。压浆顺序:首先进行上侧壁压浆,上侧壁压浆完毕0.5天以后,下侧壁实施压浆,以防止下部浆液沿桩侧壁等处串浆,影响上侧壁的注浆效果;在下侧壁压浆完毕0.5天以后,实施桩端压浆。整个工程的注浆顺序宜采用先压周边桩后压中间桩的压浆顺序。注浆完毕应立即关闭安装在压浆管口的球阀,并稳压一段时间,防止管内注浆压力过高造成返浆现象。
5.2.1压浆泵选择
使用的压浆泵尽量选择注浆压力高（至少达10MPa）、排浆量大（5m3/h以上）、性能稳定、操作方便的注浆泵。地表输浆软管宜选用耐压值超过10MPa的钢丝编织高压胶管。
5.2.2 压水试验（开塞）
压浆前向注浆管内压注清水，检验压浆管路的畅通情况，当确认压浆管路畅通时方可进行压浆。压水宜按2~3级压力顺次逐级进行，并要求有一定的压水时间与压水量。压水量一般控制在0.6m3左右，开塞压力一般小于6MPa。如一管压水，另一管冒水，则说明注浆管路是连通的。
5.2.3搅制水泥浆液
注浆材料为水泥浆液，使用525号普通硅酸盐水泥，水灰比应控制在0.5~0.6之间。压浆过程中根据水泥浆比重控制水灰比。
5.2.4初注
在压水试验之后，就要将配制好的水泥浆通过高压泵和预埋管注入到桩底土层中去。初注时一般压力较小，浆液亦由稀到稠。初注要密切注意注浆压力、注浆量和注浆皮管的变化，并注意注浆节奏。同时，用百分表监测桩的上抬量。
5.2.5注浆量
合理的注浆量应由桩端、桩侧土层类别、渗透性能、桩径、桩长、承载力增幅要求、沉渣量等诸因素确定。一般每根桩的注浆量在0.3～2.0m3之间。
施工时根据压水试验情况及注浆过程中的反应适当调整注入量，并通过对注浆压力、浆液浓度、注浆方法诸因素的调控，将所需注浆量灌注到设计要求范围内。一般浆液浓度和灌浆量大，灌浆压力高，加固效果更好。
5.2.6注浆压力
最终注浆压力的确定要考虑下列3个方面：①最终注浆压力要小于桩上抬的摩阻力，即注浆时不能使桩向上严重位移；②最终注浆压力要尽可能使桩端、桩身混凝土少破坏；③最终注浆压力要使注浆量达到设计要求，形成扩大头，使桩端加固明显。
浆液的扩散半径与灌浆压力的大小密切相关，因此，一般采用较高的注浆压力。较高的注浆压力能使一些微细孔隙张开，有助于提高可灌性。当孔隙被某些软弱材料充填时，较高的注浆压力能在充填物中造成劈裂灌浆，使软弱材料的密度、强度以及不透水性得到改善。此外，较高的注浆压力还有助于挤出浆液中的多余水分，使浆液结合体的强度得到提高。但是，一旦灌浆压力超过灌注桩的自重和摩阻力时，就有可能使桩上抬导致桩悬空（灌浆压力过高也会使注浆管破裂）。因此，灌浆压力有容许值，其大小与地层土的密度、渗透性、初始应力、钻孔深度和位置以及灌浆次序等都有密切关系，这些因素是难以确定，故通常只能根据现场试验确定。如桩顶侧面冒浆，则暂停注浆。
5.2.7浆液浓度
不同浓度的浆体其行为特性有所不同：稀浆（水灰比约为0.8:1)便于输送，渗透能力强，用于加固预定范围的周边地带；中等浓度浆体（水灰比约为0.6:1)主要加固预定范围的核心部分，在这里中等浓度浆体起充填、压实、挤密作用；而浓浆（水灰比约为0.4:1)的灌注则对已注入的浆体起脱水作用。
在桩底可灌性的不同阶段，调配不同浓度的注浆浆液，并采用相应的注浆压力，才能做到将有限浆量送达并驻留在桩底有效空间范围内。浆液浓度的控制原则一般为：依据压水试验情况选择初注浓度，通常先用稀浆、随后渐浓，最后注浓浆。在可灌的条件下，尽量多用中等浓度以上浆液，以防浆液作无效扩散。通常在浆液中可加入水泥重量 2.5‰的木钙作减水剂，并加入1%～2%水泥重量的UEA微膨胀剂。
5.2.8 注浆节奏
为了使有限浆液尽可能充填并滞留在桩底有效空间范围内，在注浆过程中还需掌握注浆节奏，实行间歇注浆。间歇时间的长短需依据压水试验结果定，并在施注过程中依据注浆压力变化，判断桩底可灌性现状加以调节。间歇注浆的节奏需掌握得恰到好处，既要使注浆效果明显，又要防止因间歇停注时间过长堵塞通道而使注浆半途而废。对于短桩，桩底注浆时往往会出现浆液沿桩周上冒现象，此时应注入一定浆液后暂时停止1～2天，待桩周浆液凝固后，再进行注浆，这样可达到设计要求的注浆量。
压浆以注浆量和注浆压力双项控制。当压浆量达到受注体的计算控制的水泥量或注浆压力达到3MPa，可结束此压浆管的压浆工作。也可按现场的地质条件、地层的可灌性及设计要求的控制指标进行控制。
6注浆后的保养龄期
注浆后保养15天左右，才能做静载试验或作为工程桩使用的龄期。
7结束语
由于后压浆施工技术具有大幅度提高单桩承载力、施工工艺简单、降低施工难度、明显降低工程造价和具有较好的经济效益，在基础中广泛应用于软弱地基钻孔灌注桩基础以及对缺陷钻孔灌注桩的处理中。
作者简介：胥建民，1995年毕业于西南交通大学铁道工程专业，职称：工程师，本科学历，现从事铁路工程质量安全监督工作。
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。
关健词：钻孔桩后压浆
1 前言
钻孔灌注桩因其施工工艺简单、对地层适应性强和造价经济等优点，迅速在各项基础工程中得到广泛的应用。特别是在近几年全国大规模铁路建设中，钻孔灌注桩更是担当了重要角色，充分展现了其优越性。但钻孔灌注桩施工中也存在因孔底沉渣难以清理干净而降低端阻承载力的缺点。通过在施工中探索和研究，采用后压浆技术对桩底（或桩侧）进行注浆是改善灌注桩缺陷从而提高单桩承载力的有力措施。
2桩底后压浆的施工原理和主要作用
2.1 施工原理
桩的主要作用是为上部结构提供足够的承载力，防止基础下沉，而单桩的极限承载力Qu由极限侧摩阻力Qsu和极限端阻力Qpu构成，因此提高单桩承载力要从增大Qsu和Qpu入手，常用的方法有：增加桩的几何尺寸，如桩长或桩径；提高持力层的强度，即提高桩端阻力；改善桩-土相互作用，即提高侧摩阻力。桩底注浆可以同时提高桩端阻力和侧摩阻力，并相应增加了桩长，从而使单桩承载力大幅度提高。
桩底后压浆是指钻孔灌注桩在成桩后，通过预埋的注浆通道用一定的压力把水泥浆压入桩底，注入浆液渗透到桩底周围和下面的土层中，填充沉渣和土层空隙，在桩侧粗粒土层中会产生渗透填充胶结效应，在桩侧细粒土层中会产生劈裂加筋效应，在桩底形成扩大头，浆液凝固后，与沉渣、土层一起形成强度较高的整体，从而大大提高桩端承载力。
2.2 主要作用
2.2.1消除桩端虚土,增大承压面积。钻孔灌注桩后注浆桩端注浆时,水泥浆液通过端部注浆管渗入桩底“虚尖”的间隙中,同桩底虚土结合起来,增大了桩尖强度,改良了桩端虚土,在桩端虚土被水泥浆液充满、固化后,水泥浆液继续向受泥浆浸泡而松软和本身有一定渗透性的桩端持力层中渗透,在桩端形成“扩大头”,增大了桩端承压面积。 2.2.2压密桩底,增加反向预应力。随着压浆量及注浆压力的增加,因渗透压力受周围致密土层限制,不断升高,压力升高对桩端持力层有一定压密作用,提高了桩端土体承载力,同时给桩底面施加反向预应力,能使桩身微抬,当钻孔灌注桩承受自上向下的垂直荷载时,此反向应力将承担部份荷载,从而提高单桩承载力。 2.2.3充填桩侧,消除泥皮。随着注浆压力的向上释放,桩底注浆时部份浆液将沿桩周上返,充填桩侧与桩周土体间空隙,同时可以破坏、固化泥皮,提高桩侧砼与桩周土体的粘结力,从而提高桩侧摩阻力,另一方面同时也挤密了桩侧土体。 2.2.4提高桩侧土体强度,相当于增大桩径。当水泥浆液在桩侧桩周上下流动时,同时也沿径向渗透,由于浆液渗透深度度不断增加,浆液体内压力不断增高,当浆液体的压力大于桩周土体孔隙水渗透压力时,浆液沿径向向桩周土体中渗透,它一方面可以密实由于成孔时受泥浆浸泡而松软的桩壁土;另一方面浆液与桩侧土体结合,提高了桩侧土体强度,模糊了桩壁与桩周土的界限,相当于增大了桩径,提高了侧摩阻力,从而提高了桩承载力。
3桩底后压浆的主要优点
（1）在同样桩径、桩长、地质条件下单桩承载力可提高20%～30%；
（2）不需要专门的施工钻具或扩孔用的专用设备，机械设备投入较底，钻进施工成本低；
（3）对灌注桩缺陷部位的处理与其他施工处理方案相比较，具有大量降低处理费用，施工方法简单、易操作且不改变原有结构形式等优点。
(4)减少后期沉降。在注浆压力作用下,使一部分桩端压缩变形在施工期内提前完成,使同等沉降条件下桩承载力得到提高,也減小了后期使用沉降。
4钻孔桩后压浆施工工艺流程
5钻孔灌注桩压浆施工工艺和要点
5.1压浆管的布设。
施工中一般采用压浆管与钢筋笼绑扎的方法下放压浆管,压浆管采用Φ30～50MM无缝钢管,采用丝扣连接,所有接头部分须缠绕胶带,预防泥浆渗入。各节压浆管之间用丝扣连接至地面以上20cm左右。桩端单向阀是将压浆管底部钻成注浆花管,一般端部用堵头封堵或直接进行注浆管端头焊接密封,花管各孔眼用平头螺钉或大图钉在外面封住,然后将花管用内胎皮等包裹。为确保注浆注浆花管进入持力层20cm,安装时桩端压浆管应伸出钢筋笼底面60cm左右(即注浆花管全部伸出钢筋笼底部)。
5.2注浆施工
为保证桩身不受压浆影响和工期，宜在桩身混凝土达到设计强度的50%～70%后进行注浆，在灌注桩身混凝土时制作试件并进行同条件养护，试件试验强度达到要求时再进行注浆，根据现场试验结果统计，桩身混凝土灌注完毕后五至七天左右强度可达到要求。压浆顺序:首先进行上侧壁压浆,上侧壁压浆完毕0.5天以后,下侧壁实施压浆,以防止下部浆液沿桩侧壁等处串浆,影响上侧壁的注浆效果;在下侧壁压浆完毕0.5天以后,实施桩端压浆。整个工程的注浆顺序宜采用先压周边桩后压中间桩的压浆顺序。注浆完毕应立即关闭安装在压浆管口的球阀,并稳压一段时间,防止管内注浆压力过高造成返浆现象。
5.2.1压浆泵选择
使用的压浆泵尽量选择注浆压力高（至少达10MPa）、排浆量大（5m3/h以上）、性能稳定、操作方便的注浆泵。地表输浆软管宜选用耐压值超过10MPa的钢丝编织高压胶管。
5.2.2 压水试验（开塞）
压浆前向注浆管内压注清水，检验压浆管路的畅通情况，当确认压浆管路畅通时方可进行压浆。压水宜按2~3级压力顺次逐级进行，并要求有一定的压水时间与压水量。压水量一般控制在0.6m3左右，开塞压力一般小于6MPa。如一管压水，另一管冒水，则说明注浆管路是连通的。
5.2.3搅制水泥浆液
注浆材料为水泥浆液，使用525号普通硅酸盐水泥，水灰比应控制在0.5~0.6之间。压浆过程中根据水泥浆比重控制水灰比。
5.2.4初注
在压水试验之后，就要将配制好的水泥浆通过高压泵和预埋管注入到桩底土层中去。初注时一般压力较小，浆液亦由稀到稠。初注要密切注意注浆压力、注浆量和注浆皮管的变化，并注意注浆节奏。同时，用百分表监测桩的上抬量。
5.2.5注浆量
合理的注浆量应由桩端、桩侧土层类别、渗透性能、桩径、桩长、承载力增幅要求、沉渣量等诸因素确定。一般每根桩的注浆量在0.3～2.0m3之间。
施工时根据压水试验情况及注浆过程中的反应适当调整注入量，并通过对注浆压力、浆液浓度、注浆方法诸因素的调控，将所需注浆量灌注到设计要求范围内。一般浆液浓度和灌浆量大，灌浆压力高，加固效果更好。
5.2.6注浆压力
最终注浆压力的确定要考虑下列3个方面：①最终注浆压力要小于桩上抬的摩阻力，即注浆时不能使桩向上严重位移；②最终注浆压力要尽可能使桩端、桩身混凝土少破坏；③最终注浆压力要使注浆量达到设计要求，形成扩大头，使桩端加固明显。
浆液的扩散半径与灌浆压力的大小密切相关，因此，一般采用较高的注浆压力。较高的注浆压力能使一些微细孔隙张开，有助于提高可灌性。当孔隙被某些软弱材料充填时，较高的注浆压力能在充填物中造成劈裂灌浆，使软弱材料的密度、强度以及不透水性得到改善。此外，较高的注浆压力还有助于挤出浆液中的多余水分，使浆液结合体的强度得到提高。但是，一旦灌浆压力超过灌注桩的自重和摩阻力时，就有可能使桩上抬导致桩悬空（灌浆压力过高也会使注浆管破裂）。因此，灌浆压力有容许值，其大小与地层土的密度、渗透性、初始应力、钻孔深度和位置以及灌浆次序等都有密切关系，这些因素是难以确定，故通常只能根据现场试验确定。如桩顶侧面冒浆，则暂停注浆。
5.2.7浆液浓度
不同浓度的浆体其行为特性有所不同：稀浆（水灰比约为0.8:1)便于输送，渗透能力强，用于加固预定范围的周边地带；中等浓度浆体（水灰比约为0.6:1)主要加固预定范围的核心部分，在这里中等浓度浆体起充填、压实、挤密作用；而浓浆（水灰比约为0.4:1)的灌注则对已注入的浆体起脱水作用。
在桩底可灌性的不同阶段，调配不同浓度的注浆浆液，并采用相应的注浆压力，才能做到将有限浆量送达并驻留在桩底有效空间范围内。浆液浓度的控制原则一般为：依据压水试验情况选择初注浓度，通常先用稀浆、随后渐浓，最后注浓浆。在可灌的条件下，尽量多用中等浓度以上浆液，以防浆液作无效扩散。通常在浆液中可加入水泥重量 2.5‰的木钙作减水剂，并加入1%～2%水泥重量的UEA微膨胀剂。
5.2.8 注浆节奏
为了使有限浆液尽可能充填并滞留在桩底有效空间范围内，在注浆过程中还需掌握注浆节奏，实行间歇注浆。间歇时间的长短需依据压水试验结果定，并在施注过程中依据注浆压力变化，判断桩底可灌性现状加以调节。间歇注浆的节奏需掌握得恰到好处，既要使注浆效果明显，又要防止因间歇停注时间过长堵塞通道而使注浆半途而废。对于短桩，桩底注浆时往往会出现浆液沿桩周上冒现象，此时应注入一定浆液后暂时停止1～2天，待桩周浆液凝固后，再进行注浆，这样可达到设计要求的注浆量。
压浆以注浆量和注浆压力双项控制。当压浆量达到受注体的计算控制的水泥量或注浆压力达到3MPa，可结束此压浆管的压浆工作。也可按现场的地质条件、地层的可灌性及设计要求的控制指标进行控制。
6注浆后的保养龄期
注浆后保养15天左右，才能做静载试验或作为工程桩使用的龄期。
7结束语
由于后压浆施工技术具有大幅度提高单桩承载力、施工工艺简单、降低施工难度、明显降低工程造价和具有较好的经济效益，在基础中广泛应用于软弱地基钻孔灌注桩基础以及对缺陷钻孔灌注桩的处理中。
作者简介：胥建民，1995年毕业于西南交通大学铁道工程专业，职称：工程师，本科学历，现从事铁路工程质量安全监督工作。
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。