第１０卷第２５期２０１０年９月 科学技术与工程 Ｖｏ１．１０ Ｎｏ．２５ Ｓｅｐ．２０１０ １６７１—１８１５（２０１０）２５—６３３８—０５ Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ａｎｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ⑥２０１０ Ｓｃｉ．Ｔｅｃｈ．Ｅｎｇｎｇ． 人工挖孔桩桩底注浆技术与应用 唐松涛中琪玉 （华南理Ｔ大学，广州５１０６４０） 摘要人工挖孔桩是应用较为普遍的基础结构。将地基处理技术压浆工艺引入到人工挖孔技术中，可避免人工开挖过程 中的涌水、冒砂现象，并减小开挖深度。浆体与软弱地基土结合形成复合地基，可提高桩端承载力。结合工程实际，对桩底压 浆后的人工挖孔桩进行了检测，表明该技术在本工程中应用是成功的，可供类似基础工程参考应用。 关键词人工挖孔桩 桩底压浆 复合地基 检测 巾图法分类号ＴＵ７５３．３； 文献标志码Ｂ 人工挖孔桩施工设备简单，操作方便，占用场 泡，注浆的压力基本沿着浆泡的径向向外发展ｌ２ Ｊ。 地小，无施工噪音，无泥浆排放，质量可靠，因而得 随着注浆量的增加及注浆压力增大，浆液以填充和 以广泛的使用，特别是在施工场地狭小的情况下可 渗透等方式，由桩底向其周围辐射，取代土颗粒或 以弥补大型机械的不足。但依靠人工操作也让其 岩石裂隙中的水和空气，并和土以不同的方式结合 使用范围受到限制，如在地质条件差、地下水丰富 或者产生化学反应，形成另外一种结石体，从而改 的场地将不能施工。为消除安全隐患，减小开挖深 变了桩端土的物理、化学性质，使基桩直立在有浆 度，提高桩端的承载力，可将地基处理压力注浆技 液贯通而形成一体的坚固持力盘上，从而起到加固 术引入到挖孔桩施工技术中。理沦和实践表明，采 持力层，提高土体承载力的作用 ；桩端压力注浆 取对桩端实施压力注浆，即浆液通过渗透、劈裂、充 也能使桩略微上抬而产生反向摩阻力，相当于“预 填和挤密土颗粒进行胶结，形成复合地基，改善土 应力”的作用，提高桩侧摩阻力；还可使部分桩端压 的力学性能，可以大幅度提高桩端承载力，减小沉 缩变形在施工期内提前完成，减少Ｌｔ后使用期的竖 降，产生良好的经济效益，且施工工艺并不复杂，对 向压缩变形。 ． 承载力较低、土质疏松的砂层、砾石层尤其适用¨ 。 根据注浆种类、土层性质和注浆压力等不同条 件，压力浆液能对桩端和部分桩周土体产生渗透、 １桩端压力注浆技术 填充、置换、劈裂、压密、固结等不同作用方式 ： （１）细粒土：在粘性土、粉土、粉砂、细砂的桩端 １．１压力注浆基本原理 持力层中注浆时，如果浆液压力超过劈裂压力，则 压力注浆材料一般为纯水泥浆、水泥砂浆、掺 土体产生水力劈裂，实现劈裂注浆，土体被网状结 人外加剂的水泥浆、化学浆液如水玻璃等，材料本 石分割成复合土体；它能有效传递和分担荷载，从 身和易性好，加入压力后渗透、流动性强。在挖孔 而提高桩端阻力。 成桩后，利用桩端的预留注浆装置均匀地将浆液注 （２）粗粒土：孔隙较大的中砂、粗砂、卵石、砾石 入桩端底层土中，浆液使周围土体挤密而形成浆 的桩端持力层中注浆时，浆液主要通过渗透、挤密、 填充及固结作用，大幅度提高持力层扰动面及持力 ２０１０年６月１日收到 层的强度和变形模量，并形成扩大头，增大桩端受 第一作者简介：唐松涛（】９６７一），湖南人，下程师，硕士，研究方向 力面积，提高桩端阻力。 建筑施Ｔ管理。 ２５期 唐松涛，等：人Ｔ挖孔桩桩底注浆技术与应用 ６３３９ （３）桩端虚土：与注入的浆液发生物理化学反 应而固化，凝结成一个结构新、强度高、化学性能稳 定的结石体，提高桩端阻力。 １．２桩端压力注浆施工过程 桩端压力注浆施工机具由地面和地下装置构 成：地面注浆装置由高压注浆泵、浆液拌和机、贮浆 桶、地面管路系统及观测仪表等；地下注浆装置由 竖向镀锌导浆管、注浆管及桩端压力注浆装置等组 成。整个注浆施工过程分为以下几个阶段： （１）基桩人工开挖成孔，清孔完毕后下放钢筋 笼。多数桩端压力注浆工法，其注浆管附着在钢筋 笼上，两者同步放入孑Ｌ内；有的桩端压力注浆工法， 是在钢筋笼放人孔内后再将压力注浆装置放人至 桩孔底部。每根桩放置３根注浆管，当其中一根管 堵塞时，可用另外两根替换，另外也可使浆液在桩 底分布均匀。 （２）浇注桩身混凝土。浇注混凝土前须将注 浆管上端封闭，以免水泥、砂浆等异物进入，堵塞 管路。 （３）管道系统压水清渣。正式注浆前，先从注 浆管道向桩底注入压力水，置换出沉渣和沉淤并清 洗疏通注浆管道，然后再用稀浆液置换出桩底及注 浆管道中的水。 （４）桩端压力注浆。待桩身混凝土达到一定 强度后方可注浆，一般是１Ｏ一１５天龄期 。在此 阶段要注意注浆压力的控制：在注浆的不同阶段， 注浆压力也不相同，随着注浆压力的变化必须适 当调节浆液浓度，一般先稀浆，最后浓浆。稀浆便 于输送，渗透能力强，中等浓度浆起到填充、挤密 作用，浓浆对已注入的浆液有脱水作用。注浆时 必须密切观察压力表压力情况，当发现注浆压力 突然下降， 流量突然增大时，必须立即停止注浆， 进行检查 当发生冒浆、跑浆现象时，必须立即停 止注浆。 （５）拆卸注浆接头。当桩底注浆结束后，卸下 注浆接头采取机械封堵闭浆。 具体的施工工艺流程如图１所示： 桩身强度 图１桩底压浆Ｔ艺流程 １．３桩端压力注浆的特点 １．３．１ 该技术经济效益明显 使用注浆工艺来提高桩端承载力，据工程经 验，对不同桩长的桩可提高单桩竖向承载力２０％一 ４０％［６１、甚至更高，且可减少桩底沉降。一根桩如 果桩底注浆量为２—５ ｔ，那么只会增加投资约２ ０００ 元，但可减小桩径与桩长，减小开挖深度，甚至可以 节省降水措施这一道工序，综合比较来看，优势 明显。 １．３．２压力注浆桩适应性较广 几乎可适用于各种土层及强、中风化岩层，特 别是在较软弱的土体中具有良好的应用效果。对 于中砂地基，粘土地基，若有适宜的排水条件也可 采用，如果排水不畅则可能在土体中引起高孔隙水 压力，此时必须采用很低的注浆速率；既能在水位 以上干作业注浆，也能在有地下水的情况下水下注 浆；不仅应用于人工挖孑Ｌ桩，对大量的钻孑Ｌ桩、管桩 也有较好的效果。 １．３．３该工艺环境效益好 注浆材料对环境无污染，施工噪音小，操作简 单，设备轻巧，易于普及。各工序可穿插进行，流水 作业，组织好基本不占用工期。节省了大量的人 力、物力，因此值得推广。 ２施工工艺控制 桩底压力注浆属隐蔽工程施工，要保证质量必 须加强施工过程中的质量管理工作，制定周密管理 制度及做好现场监控，而实施过程中最容易做到的 就是注浆压力控制和注浆量的控制。 科学技术与Ｔ程 １０卷 ２．１注浆压力控制 注浆，并且最终的注浆量及压力与设计要求相差较 多的情况，应视为注浆不合格。可在桩身混凝土上 钻孔、下带注浆器的注浆导管，用水泥浆将注浆器 上部封实，待封孔水泥浆液达到一定强度后，进行 补注浆。 注浆压力与地基土层的密度、渗透性、初始应 力、桩深以及注浆次序等都有密切的关系。但这些 因素是难以准确预知的，通常只能根据现场压水试 验初步确定，并根据土体的软硬程度适时调整。 若土体较软，渗透性好，则注浆压力较低，一般在 ４ ＭＰａ以下；反之，若土体致密，渗透性差，注浆压力 ３工程实例 势必较高，可达４＿８ ＭＰａ。一般第１、２根桩注浆压 力低，以后随注浆桩数增加注浆压力增大，如同打 桩过程中的“挤土效应”。 虽然较高的注浆压力能使浆液扩散半径增大， 进而增大结石体的体积，但是，一旦注浆压力超过 桩的自重和摩阻力时，就有可能使桩向上产生过大 的位移，也会使注浆管爆裂或者地面冒浆。因此在 施Ｔ时，可在桩顶设置百分表，严密监视桩的上移 量，并在开始注浆时使用较小的注浆初始压力，等 土层中的注浆通道完全打开后再逐渐加大压力，当 注浆压力急剧增大或土层不可注人时可换另外一 根注浆管补注。 ２．２注浆量控制 合理的注浆量是决定最终承载力的主要因素， 由桩端土层参数以及待增加承载力要求而定。一 般对疏松软弱土层多注浆，对风化岩层或砾石层可 少注浆。根据以往工程经验绘制表ｌ，可据此进行 估算注浆量 。 表１注浆量的经验数据 注浆量／ｔ 桩径／ｒａｍ 渗透件好 渗透性差 持力层厚 持力层薄 持力层厚 持力层薄 在实施注浆中，还需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。一般浆液浓度和注浆 量大，注浆压力高，加固效果越好。对于无法进行 ３．１工程概况 广州市某亚热带建筑科学实验楼工程位于大 学校同内，结构形式为框架结构，四栋地上四层建 筑，总高２３．６０ ｍ，总建筑面积９ ７７７ ｍ ，设计使用年 限５０年，抗震设防烈度为７度，基础形式采用桩基 础，人孑Ｌ开挖成孑Ｌ，桩径为１．２ ｍ、１．４ ｍ两种，竖向 承载力特征值分别为ｌ ２００ ｋＮ，１ ６００ ｋＮ。该工程 场地地貌单元属于剥蚀残丘地貌，地面标高约为 ３０．５０—＿３２．００ ｍ，高差约为１．５ ｍ，场地较为平坦。 根据岩土工程勘察报告显示，场地地层属坡积、残 积成因，拟建场地下部岩土体大体可分为７层，自地 面向下各层依次为：①一１素填土层、①一２杂填土 层、②粉质黏土层、③一１可塑砂质黏性土层、③一２ 硬塑砂质黏性土层、④一１全风化花岗岩层、④一２ 强风化花岗岩层；地下水位约位于地下８ ｍ处，处于 砂性黏土层中。 ３．２加固原因及处理方案 本工程基础拟采用人工挖孑Ｌ桩，桩端持力层为 ③砂质粘性土，桩设计竖向承载力最大为１ ６００ ｋＮ。 由于对持力层含水量估算偏小，当工人成孔开挖至 持力层顶面时，发现涌水量较大，个别桩有流砂现 象，无法继续向下开挖，而桩还未达到设计深度，承 载力达不到设计要求。此时若改用其他基础形式 显然不现实，而在场地四周设置井点降水不仅影响 工期，也不经济，只能想其他办法。 鉴于本场地土层较软，而桩位已经布置、开挖 成型，修改基础方案已不可能，经多方比较后，认为 可采用桩底后压浆技术加固地基持力层，形成复合 地基。 ３．３注浆参数 本Ｔ程人工挖孑Ｌ桩桩端持力层为砂质黏性土， ２５期 唐松涛，等：人Ｔ挖孔桩桩底注浆技术与应用 ６３４１ 使用后注浆法使其桩端承载力特征值≥１ ０５０ ｋＰａ， 后注浆施工方法如下： 清孑Ｌ后，浇注混凝土前于桩侧置３根直径 ２５ ｍｍ的镀锌注浆管，注浆管与钢筋笼加劲钢筋绑 扎固定或焊接，注浆管底部封闭，捕入孑Ｌ底砂层≥ １５０ ｍｍ，孑Ｌ壁出浆孑Ｌ ９个，直径６—８ ｍｍ，间距 ３０／ＹＩ１ＴＩ。出浆孑Ｌ先用电工胶布封闭，再包扎橡皮 （可用废弃的单车内胎）以阻止水、土进入管内。 待桩身混凝土强度等级达到设计强度的５０％时可 开始注浆。 注浆材料：采用４２．５Ｒ纯水泥浆，水灰比０．４５ 左右，可掺人适量的早强剂和微膨胀剂。 注浆压力：注浆压力的大小是控制注浆效果的 主要因素，因而必须控制在适当范围内，可通过压 水实验结果调整。本工程注浆压力约２＿＿４ ＭＰａ。 水泥用量：每桩约２ ５００ ｋｇ左右。 ３．４注浆效果 本工程地基注浆加固过程约一个星期，注浆完 成后对桩进行静载试验以确定实际加固效果，检测 在一个月以后进行，使得注入的水泥浆充分凝固。 否则，浆液未充分固结，将影响到检测结果的正确 性。通常要求注浆后保养１５ ｄ左右¨ 。静载试验 荷载和沉降结果如表２、表３和表４所示。 表２ １号桩荷载沉降表 丁程名称：某大学亚热带建筑科学２号实验楼首期试验桩号：ｌ号桩 测试日期：２０１０—０３—２０ 桩长：９．００ ｍ 桩径：１ ２００ ｍｍ 荷载／ｋＮ ０ ４８０ ９６０ １ ２００１ ４４０１ ６８０１ ９２０ ２ １６０ ２ ４００ 本级沉降／ｒａｍ ０．００ １．３４ １．０１ ０．６８ ０．７７ ０．８６ ０．７７ ０．９３ ０．８２ 累计沉降／ｍｍ ０．００ １．３４ ２．３５ ３．０３ ３．８０ ４．６６ ５．４３ ６．３６ ７．１８ 表３ ２号桩荷载沉降表 下程名称：某大学亚热带建筑科学２号实验楼酋期试验桩号：２号桩 测试日期：２０１０—０３—２１ 桩长：１１．００ ｍ 桩径：１ ２００ Ｉｎ 荷载／ｋＮ ０ ４８０ ９６０ １ ２００ｌ ４４０１ ６８０１ ９２０２ １６０ ２ ４００ 本级沉降／ｍｍ ０ ００ １．０６ １．０５ ０．５９ ０．７０ ０．８８ １．０２ ０．８７ ０．９７ 累计沉降／ｒａｍ ０．００ １．０６ ２．１１ ２．７０ ３．４０ ４．２８ ５．３０ ６．１７ ７．１４ 表４ ３号桩荷载沉降表 Ｔ程名称：某大学亚热带建筑科学２号实验楼首期试验桩号：３号桩 测试日期：２０１０—０３—２１ 桩长：１１．００ １１１ 桩径：１ ２００ ｍ 荷载／ｋＮ ０ ４８０ ９６０ １ ２００１ ４４０１ ６８０１ ９２０２ １６０ ２ ４００ 本级沉降／ｒａｍ ０．００ ０．９９ ０．９２ ０．９０ ０．６９ ０．７７ ０．８４ ０．９６ ０．９０ 累计沉降／ｍｍ ０．００ ０．９９ １．９１ ２．８１ ３．５０ ４．２７ ５．１１ ６．０７ ６．９７ 根据以上数据可得３根桩的Ｑ— 曲线分别如 图２所示： Ｑ— 曲线 Ｑ—Ｓ曲线 ０ ４８０ ９６０ ｌ ４４０ １ ９２０ ２４００ 图２ １号桩、２号桩荷载沉降曲线 ６３４２ 科学技术与Ｔ程 ｌ０卷 Ｑ— 曲线 ４结语 ０ ４８０ ９６０ ｌ ４４０ １ ９２０ ２ ４００ 通过以上分析研究以及在Ｔ稗中的实际应用 ＼ 可知，桩底后注浆技术工艺似乎比较简单，但实施 过程中还是要时时刻刻注意的，要随时监测注浆压 力和注浆量的变化。在施工中工序应安排合理、措 施得当、管理严格，才能得到预期的效果，否则将会 ＼＼＼＼ 出现质量事故，比如桩端承载力达不到要求，地面 冒浆，注浆管路爆裂或堵塞等，不仅浪费材料，而且 处理也相当困难。 参考文献 １ Ｆｌｅｍｉｎｇ Ｗ Ｇ Ｋ．Ｔｈｅ ｉｍｐｒｎｖｅｍｅｎｔ ｏｆ ｐｉｌｅ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｂｙ ｂａｓｅ ｇｒｏｕ— ｔｉｎｇ．Ｃｉｖｉｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ．１ ９９３；９７：８８—－９３ ２《地基处理手册》编写委员会．地基处理手册．北京：中国建筑 Ｔ、ｌ ｌｆＪ版社，１９９３ 图３ ３号桩荷载沉降曲线 ３霍凯成．注浆机理及应用．武汉理Ｔ大学学报，２００２；（２）： ４３—＿４４ 根据以上３根测试桩的ｐ—ｓ曲线可以看 ，曲 ４沈保汉，孙维萍，兰岚．灌注桩后压浆技术．建筑、 ｌ０项新技 线无明显拐点，而该桩持力层为硬塑粘士，桩极限 术讲座 承载力可取沉降Ｓ＝（０．０１０＿＿０．０１５）ｂ对应的荷载 ５朱红兵．桩底注浆在实际Ｔ程中的应用和效果．浙江建筑， ２０００；（４）：１３一ｌ４ 值，ｂ为承台宽度，据此计算的极限承载力应为ｓ＝ ６张忠苗，吴世明，包风．钻孔灌注桩桩后注浆机理与应用研究． ３０＿－４５ ｍｍ对应的荷载值，而三根桩的最终沉降量 岩土Ｔ程学报，１９９９；２１（６）：６８１—６８６ 均不超过８ ｍｍ，可见桩极限承载力远大于设计值 ７张建牛．注浆加固技术在软弱地基处理中的应用．山西建筑， ｌ ２００ ｋＮ和１ ６００ ｋＮ，沉降量也满足要求，加固效果 ２００５；（２）：６５—６６ 良好 Ｌａｂｏｕｒ－ｄｕｇ Ｐｉｌｅ Ｂａｓｅ Ｇｒｏｕｔｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ａｎｄ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ＴＡＮＧ Ｓｏｎｇ—ｔａｏ，ＳＨＥＮ Ｑｉ—ｙｕ （Ｓｏｕｔｈ Ｃｈｉｎａ Ｕｎｉｖ．ｏｆ Ｆｅｃｈ．，Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ ５１０６４１，Ｐ Ｒ．Ｃｈｉｎａ） ［Ａｂｓｔｒａｃｔ］Ｔｈｅ ｌａｂｏｕｒ—ｄｕｇ ｐｉｌｅ ｉｓ ｗｉｄｅｌｙ ｕｓｅｄ ｉｎ ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ．Ｇｒｏｕｔｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ ｗｉｌｌ ｂｅ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ ｔｏ ｌａｂｏｕｒ－ｄｕｇ ｐｉｌｅ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ｙｏｕ ｃａｎ ａｖｏｉｄ ｔｈｅ ｗａｔｅｒ ｇｕｓｈｉｎｇ ｉｎ ｔｈｅ ｐｒｏｃｅｓｓ ｏｆ ｍａｎｕａｌ ｅｘｃａｖａｔｉｏｎ，ｓａｎｄ ｔｈｅ ｐｈｅｎｏｍ— ｅｎｏｎ ｏｆ ｒｉｓｋ，ａｎｄ ｍａｙ ｒｅｄｕｃｅ ｔｈｅ ｄｅｐｔｈ ｏｆ ｅｘｃａｖａｔｉｏｎ．Ｃｅｍｅｎｔ ｐａｓｔｅ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｗｅａｋ ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ ｓｏｉｌ ｃｏｍｂｉｎｅ ｔｏ ｆｏｒｍ ａ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ，ｃａｎ ｉｍｐｒｏｖｅ ｐｉｌｅ ｂｅａｒｉｎｇ ｃａｐａｃｉｔｙ．Ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ，ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｐｒａｃｔｉｃｅ，ｒｉｇｈｔ ａｆｔｅｒ ｔｈｅ ｇｒｏｕ－ ｔｉｎｇ ｐｉｌｅ ｔｅｓｔ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｅ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｉｎ ｔｈｉｓ ｐｒｏｊｅｃｔ ｉｓ ｓｕｃｃｅｓｓｆｕ１．Ｔｈｅ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｉｓ ａｖａｉｌａｂｌｅ ｆｏｒ ｓｉｍｉｌａｒ ｐｒｏｊｅｃｔｓ ｆｏｒ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ． ［Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ］ｌａｂｏｕｒ ｄｕｇ ｐｉｌｅ ｐｉｌｅ ｂａｓｅ ｇｒｏｕｔｉｎｇ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ