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摘要：钻孔灌注桩技术，因其具有对各种土层的适应性强、无挤土效应、无震害、无噪音、 承载力高等优点广 泛适用于高速公路桥梁工程，但因属隐蔽工程，成桩后质量检查 比较困难。文章介绍了灌注桩后注浆技术的特点，工艺以及作用机理，并通过工程实例分析应用该技术所取得的效益。
关键词：灌注桩后注浆；工艺；工程应用
一、 概述
注浆法最早创始于1802年，由一法国工程师开发应用于水闸工程。此后，注浆法成为坝基帷幕、地铁、隧道、以及建筑地基加固中一种广泛使用的方法。在此理论基础上，中国建科院于1994年研究开发出了灌注桩后注浆技术。此项技术最先提出的初始目标，是针对解决泥浆护壁钻孔灌注桩存在的桩底沉渣和桩侧泥皮的固有缺陷。随着施工实践经验地累积，进一步改良了注浆装置，优化工艺参数和工艺流程，灌注桩后注浆技术已经日臻成熟，越来越广泛的被应用于城市高层甚至超高层建筑的桩基工程中，并取得了重大的经济效益和社会效益。
二、 特点
灌注桩后注浆技术是灌注桩施工的一种辅助工艺，它的基本原理是利用钢筋笼底部和侧面预先埋设的注浆管，在成桩后2～30d内进行高压注浆，浆液通过渗入、劈裂、填充、挤密等作用与桩体周围土体结合，固化桩底沉渣和桩侧泥皮，起到提高承载力，减少沉降等效果。后注浆技术包括桩底后注浆、桩侧后注浆和桩底、桩侧复式后注浆。目前以桩底后注浆技术使用较为广泛。
灌注桩后注浆技术实用性很强，具有以下优点：
1、 可固化桩沉渣、泥皮，大幅度提高桩的承载力，减少沉降量。据资料显示，对于桩底持力层为细粒土的单桩承载增幅达30%～70%，对于粗粒土增幅可达50%～150%，甚至更高。
2、 可节省工程造价，技术经济效益显著，特别对于大直径，超长桩效果更为明显。采用后注浆技术与普通灌注桩相比可以减少桩径，缩短桩长，还可避免穿透较难穿越的地质土层，大大降低了施工难度，加快了施工速度。此外，后注浆预埋的内导管可以利用作声波透射法检测桩身完整性，注浆后可代替等强度截面钢筋，一管三用，也可提高经济效益。
3、 适用范围广。灌注桩后注浆技术几乎可以适用于各种地质土层及强、中风化岩层。开始多用于泥浆护壁钻孔、冲孔、挖孔灌注桩，近几年已经逐渐在各种干作业灌注桩工程中使用，效果明显。此外，后注浆预埋的内导管可以利用作声波透射法检测桩身完整性，注浆后可代替等强度截面钢筋，一管三用，也可提高经济效益。
4、 施工工艺简单，便于操作，在普及推广方面有很大优势。
三、 技术作用机理
灌注桩后注浆技术提高桩承载力，减少桩沉降量的作用机理分析如下：
1、 桩端阻力的提高高压浆液注入桩底，改变了虚土沉渣的物理化学力学性能及桩与岩层土体的边界条件。当桩底及周围土体为粗粒土时，浆液靠渗入胶结效应使其强度提高，粗颗粒沉渣被水泥浆液固化为中低强度混凝土；当土体为细粒土时，浆液以劈裂效应注入，与细颗粒土形成强度和刚度较高的网状加筋复合土体；在非渗透性中风化基岩中注浆时，如注浆压力不够大，浆液受岩体约束，只能渗透到沉渣孔隙，形成浆泡，挤压沉渣颗粒，沉渣间的泥浆充填物产生脱水固结，如压力足够大，则会发生劈裂注浆和挤密现象，从而提高端阻力。另外，由于浆液的充填胶结作用，在桩底会形成扩大头，增加了桩端受力的面积，也进一步提高了桩端承载。
2、 桩侧阻力的提高桩侧后注浆中侧阻力的提高依赖于由桩侧注入的浆液以相同机理与土体结合。桩底后注浆中，由于浆液直接注入桩底，随注浆压力及注浆量增加，一部分浆液克服桩侧摩擦力及上覆土压力沿桩土界面不断向上泛浆，高压浆液冲破泥皮，渗入桩侧土体，使土体得到挤密加强，从而提高侧阻力。另外，桩底注浆可以使桩上抬而产生反向摩阻力，相似与“预应力”原理，提高侧阻力。
3、 沉降量的减少 土体刚度加强使桩沉降量减少，除此以外，在注浆压力作用下，使桩端压缩变形有部分在施工期内提前完成，也减少了日后使用期的竖向变形。
四、施工工艺要点
1、 后注浆施工工艺流程
注浆管阀制作安装 桩身砼浇注 注浆设备安装 注入浆液 注浆稳定 设备拆除
2、 注浆浆液的制备
注浆浆液的稠度和可灌性是注浆工艺的重要因素之一。根据注浆泵的特点及场地地层条件，选择注浆液及注浆稠度。国内后注浆工程多采用以水泥浆为主的浆液，根据需要添加外加剂。而水玻璃类（硅酸盐）浆液以其具有无毒、价廉、凝结时间易控制的特性，在国际上应用较广。
3、 后注浆施工机具
施工机具分为地面注浆装置和地下注浆装置两大部分。地面注浆装置由高压注浆泵、浆液搅拌机、储浆桶、地面管路系统及观测仪表等组成；地下注浆装置由竖向导浆管、注浆管及桩端压力注浆装置等组成。
4、注浆终止控制标准
后注浆最大注浆压力由桩身结构如有效桩长、桩径、桩入土深度等因素、桩的抗拔能力、土质条件决定。注浆前可根据上述条件估算其最大注浆压力，当注浆压力达到此压力并稳定一定时间后即可终止注浆；另一方面，也可根据地层条件及要求承载力提高幅度确定注浆量，当注浆量达到要求时也可终止注浆。由于注浆量的大小目前还没有成熟的公式可以预先计算，一般都是根据经验积累估算，通过试验来确定比较合理的注浆量。也可以采用注浆压力和注浆量双控制。
5、 最佳注浆时间
根据中国建科院开发的泥浆护壁灌注桩后注浆成套技术資料显示，后注浆可在成桩后2～30天内实施。事实上，由于注浆是通过高压注入，这就要求桩本身强度要足够。如果注浆过早，有可能因为桩身强度过低而破坏混凝土自身结构，或由于桩侧阻力不足导致浆液溢出地面；注浆过晚，则可能会因桩身泥皮硬化而影响浆液向上泛浆挤入桩身周围的土体，以致浆液向远处散溢流失，甚至引起串孔现象。所以在确定施工方案时一定要根据桩的设计强度来推算确定最佳注浆时间。
五、质量要求与检验
1、 成桩质量标准按现行桩基验收技术规范进行。
2、 后注浆施工操作及质量标准可执行中国建科院企业标准《灌注桩后注浆技术规程》
3、 施工过程中，应经常对后注浆的各项工艺参数进行检查。如对于注浆管，须检查其长度、材质、接口的质量等等。发现异常及时整改。
4、 完成桩基工程后，按现行标准进行单桩竖向承载力及桩身完整性检验。承载力检验应在后注浆20d后进行。浆液中掺入早强剂时可提前进行。
5、 后注浆施工完成后应提供下列资料：材质检验报告、试注浆记录、设计工艺参数、后注浆作业记录、后注浆桩检验及特殊情况处理记录。
如：某工程为框架－剪力墙结构，建筑面积为7000m2，主楼10层，地下设有一局部地下室，主体建筑高度43.5m。工程地质条件如下表：
基础采用钻孔灌注桩，设计桩径为1000mm及1200mm两种类型，设计桩长为23～30m，桩端持力层位于中、微风化花岗岩层。但新建综合楼与原先旧楼相连接，交接处设有一道剪力墙。该剪力墙基础布桩时桩间距、位置均受到旧楼的限制，必须另行处理。由于该剪力墙刚好位于新楼与旧楼交接处，墙的轴力及弯矩均较大，因此，其基础只能采用承载力较大的单排桩。原先设计方案对此采用了钻孔灌注扩底桩，桩径为1200mm，扩底端桩径为2400mm，桩长为30m。单桩极限承载力为14800KN。尽管按照这样常规的处理能够满足剪力墙基础布桩以及承载力的要求，但是由于当地施工力量欠缺，施工队伍并未配备钻孔灌注扩底桩施工机械，且对该施工技术也尚未能熟练掌握，必须到外地另外聘请具备资质条件的施工队伍，所以单桩施工费用十分昂贵，工程造价大大上升，而且在施工管理上也造成不便，施工工期相应延长。经设计人员讨论分析，修改了原设计方案，采用灌注桩后注浆技术，这样不但可以在桩径不变的情况下提高承载力，而且施工简便，可以保证施工质量，缩短工期。在实际施工方案中，灌注桩采用了反循环钻孔，泥浆护壁，每桩埋设两根1# 注浆钢管，注浆终止实行注浆压力及注浆量双控，注浆压力为1Mpa,在保证一定泵压下，送浆量控制在0.01m3/ min左右，注浆量每根桩为900～1000kg水泥。
桩基完成后试桩报告表明：采用后注浆技术的灌注桩试验压力加载到14800KN时，总沉降量为22.91mm，沉降量不大，且Q～S曲线平缓，无明显陡降段，S～lgt 曲线呈平行规则排列。综合分析，该桩极限承载力达到设计要求。（Q～S曲线如下图）
1） 承载力分析：本工程同直径普通灌注桩单桩极限承载力为8250KN，采用后注浆后单桩极限承载力达到14800KN，承载力增幅达到80%；
2） 沉降量分析：根据桩试验报告显示，同直径普通灌注桩达到极限承载力的桩顶沉降量为13.09mm，在同级荷载下采用后注浆的灌注桩桩顶沉降量为9.51mm，减少沉降幅度达27%。
3） 经济效益分析：采用后注浆技术灌注桩和钻孔灌注扩底桩的工程造价比较如下表所示。
注：后注浆灌注桩施工费用为工程决算价，钻孔扩底灌注桩施工费用为外地施工队伍报价。
由上表可以看出，只从桩的施工费用上就可以节省44%的造价，而且施工过程简捷方便，避免了外请施工队伍，施工工期也相应缩短，这其中也大大提高了本工程的经济效益。
六、结束语
灌注桩后注浆技术可以大幅度提高桩承载力，减少桩的沉降，在工程应用上可获得很大的经济效益和社会效益。正因如此，此项技术在应用推广中越来越受到重视，也必然在不断完善，不断改进中发展成为灌注桩必备的配套技术，其发展潜力不可估量。
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。
关键词：灌注桩后注浆；工艺；工程应用
一、 概述
注浆法最早创始于1802年，由一法国工程师开发应用于水闸工程。此后，注浆法成为坝基帷幕、地铁、隧道、以及建筑地基加固中一种广泛使用的方法。在此理论基础上，中国建科院于1994年研究开发出了灌注桩后注浆技术。此项技术最先提出的初始目标，是针对解决泥浆护壁钻孔灌注桩存在的桩底沉渣和桩侧泥皮的固有缺陷。随着施工实践经验地累积，进一步改良了注浆装置，优化工艺参数和工艺流程，灌注桩后注浆技术已经日臻成熟，越来越广泛的被应用于城市高层甚至超高层建筑的桩基工程中，并取得了重大的经济效益和社会效益。
二、 特点
灌注桩后注浆技术是灌注桩施工的一种辅助工艺，它的基本原理是利用钢筋笼底部和侧面预先埋设的注浆管，在成桩后2～30d内进行高压注浆，浆液通过渗入、劈裂、填充、挤密等作用与桩体周围土体结合，固化桩底沉渣和桩侧泥皮，起到提高承载力，减少沉降等效果。后注浆技术包括桩底后注浆、桩侧后注浆和桩底、桩侧复式后注浆。目前以桩底后注浆技术使用较为广泛。
灌注桩后注浆技术实用性很强，具有以下优点：
1、 可固化桩沉渣、泥皮，大幅度提高桩的承载力，减少沉降量。据资料显示，对于桩底持力层为细粒土的单桩承载增幅达30%～70%，对于粗粒土增幅可达50%～150%，甚至更高。
2、 可节省工程造价，技术经济效益显著，特别对于大直径，超长桩效果更为明显。采用后注浆技术与普通灌注桩相比可以减少桩径，缩短桩长，还可避免穿透较难穿越的地质土层，大大降低了施工难度，加快了施工速度。此外，后注浆预埋的内导管可以利用作声波透射法检测桩身完整性，注浆后可代替等强度截面钢筋，一管三用，也可提高经济效益。
3、 适用范围广。灌注桩后注浆技术几乎可以适用于各种地质土层及强、中风化岩层。开始多用于泥浆护壁钻孔、冲孔、挖孔灌注桩，近几年已经逐渐在各种干作业灌注桩工程中使用，效果明显。此外，后注浆预埋的内导管可以利用作声波透射法检测桩身完整性，注浆后可代替等强度截面钢筋，一管三用，也可提高经济效益。
4、 施工工艺简单，便于操作，在普及推广方面有很大优势。
三、 技术作用机理
灌注桩后注浆技术提高桩承载力，减少桩沉降量的作用机理分析如下：
1、 桩端阻力的提高高压浆液注入桩底，改变了虚土沉渣的物理化学力学性能及桩与岩层土体的边界条件。当桩底及周围土体为粗粒土时，浆液靠渗入胶结效应使其强度提高，粗颗粒沉渣被水泥浆液固化为中低强度混凝土；当土体为细粒土时，浆液以劈裂效应注入，与细颗粒土形成强度和刚度较高的网状加筋复合土体；在非渗透性中风化基岩中注浆时，如注浆压力不够大，浆液受岩体约束，只能渗透到沉渣孔隙，形成浆泡，挤压沉渣颗粒，沉渣间的泥浆充填物产生脱水固结，如压力足够大，则会发生劈裂注浆和挤密现象，从而提高端阻力。另外，由于浆液的充填胶结作用，在桩底会形成扩大头，增加了桩端受力的面积，也进一步提高了桩端承载。
2、 桩侧阻力的提高桩侧后注浆中侧阻力的提高依赖于由桩侧注入的浆液以相同机理与土体结合。桩底后注浆中，由于浆液直接注入桩底，随注浆压力及注浆量增加，一部分浆液克服桩侧摩擦力及上覆土压力沿桩土界面不断向上泛浆，高压浆液冲破泥皮，渗入桩侧土体，使土体得到挤密加强，从而提高侧阻力。另外，桩底注浆可以使桩上抬而产生反向摩阻力，相似与“预应力”原理，提高侧阻力。
3、 沉降量的减少 土体刚度加强使桩沉降量减少，除此以外，在注浆压力作用下，使桩端压缩变形有部分在施工期内提前完成，也减少了日后使用期的竖向变形。
四、施工工艺要点
1、 后注浆施工工艺流程
注浆管阀制作安装 桩身砼浇注 注浆设备安装 注入浆液 注浆稳定 设备拆除
2、 注浆浆液的制备
注浆浆液的稠度和可灌性是注浆工艺的重要因素之一。根据注浆泵的特点及场地地层条件，选择注浆液及注浆稠度。国内后注浆工程多采用以水泥浆为主的浆液，根据需要添加外加剂。而水玻璃类（硅酸盐）浆液以其具有无毒、价廉、凝结时间易控制的特性，在国际上应用较广。
3、 后注浆施工机具
施工机具分为地面注浆装置和地下注浆装置两大部分。地面注浆装置由高压注浆泵、浆液搅拌机、储浆桶、地面管路系统及观测仪表等组成；地下注浆装置由竖向导浆管、注浆管及桩端压力注浆装置等组成。
4、注浆终止控制标准
后注浆最大注浆压力由桩身结构如有效桩长、桩径、桩入土深度等因素、桩的抗拔能力、土质条件决定。注浆前可根据上述条件估算其最大注浆压力，当注浆压力达到此压力并稳定一定时间后即可终止注浆；另一方面，也可根据地层条件及要求承载力提高幅度确定注浆量，当注浆量达到要求时也可终止注浆。由于注浆量的大小目前还没有成熟的公式可以预先计算，一般都是根据经验积累估算，通过试验来确定比较合理的注浆量。也可以采用注浆压力和注浆量双控制。
5、 最佳注浆时间
根据中国建科院开发的泥浆护壁灌注桩后注浆成套技术資料显示，后注浆可在成桩后2～30天内实施。事实上，由于注浆是通过高压注入，这就要求桩本身强度要足够。如果注浆过早，有可能因为桩身强度过低而破坏混凝土自身结构，或由于桩侧阻力不足导致浆液溢出地面；注浆过晚，则可能会因桩身泥皮硬化而影响浆液向上泛浆挤入桩身周围的土体，以致浆液向远处散溢流失，甚至引起串孔现象。所以在确定施工方案时一定要根据桩的设计强度来推算确定最佳注浆时间。
五、质量要求与检验
1、 成桩质量标准按现行桩基验收技术规范进行。
2、 后注浆施工操作及质量标准可执行中国建科院企业标准《灌注桩后注浆技术规程》
3、 施工过程中，应经常对后注浆的各项工艺参数进行检查。如对于注浆管，须检查其长度、材质、接口的质量等等。发现异常及时整改。
4、 完成桩基工程后，按现行标准进行单桩竖向承载力及桩身完整性检验。承载力检验应在后注浆20d后进行。浆液中掺入早强剂时可提前进行。
5、 后注浆施工完成后应提供下列资料：材质检验报告、试注浆记录、设计工艺参数、后注浆作业记录、后注浆桩检验及特殊情况处理记录。
如：某工程为框架－剪力墙结构，建筑面积为7000m2，主楼10层，地下设有一局部地下室，主体建筑高度43.5m。工程地质条件如下表：
基础采用钻孔灌注桩，设计桩径为1000mm及1200mm两种类型，设计桩长为23～30m，桩端持力层位于中、微风化花岗岩层。但新建综合楼与原先旧楼相连接，交接处设有一道剪力墙。该剪力墙基础布桩时桩间距、位置均受到旧楼的限制，必须另行处理。由于该剪力墙刚好位于新楼与旧楼交接处，墙的轴力及弯矩均较大，因此，其基础只能采用承载力较大的单排桩。原先设计方案对此采用了钻孔灌注扩底桩，桩径为1200mm，扩底端桩径为2400mm，桩长为30m。单桩极限承载力为14800KN。尽管按照这样常规的处理能够满足剪力墙基础布桩以及承载力的要求，但是由于当地施工力量欠缺，施工队伍并未配备钻孔灌注扩底桩施工机械，且对该施工技术也尚未能熟练掌握，必须到外地另外聘请具备资质条件的施工队伍，所以单桩施工费用十分昂贵，工程造价大大上升，而且在施工管理上也造成不便，施工工期相应延长。经设计人员讨论分析，修改了原设计方案，采用灌注桩后注浆技术，这样不但可以在桩径不变的情况下提高承载力，而且施工简便，可以保证施工质量，缩短工期。在实际施工方案中，灌注桩采用了反循环钻孔，泥浆护壁，每桩埋设两根1# 注浆钢管，注浆终止实行注浆压力及注浆量双控，注浆压力为1Mpa,在保证一定泵压下，送浆量控制在0.01m3/ min左右，注浆量每根桩为900～1000kg水泥。
桩基完成后试桩报告表明：采用后注浆技术的灌注桩试验压力加载到14800KN时，总沉降量为22.91mm，沉降量不大，且Q～S曲线平缓，无明显陡降段，S～lgt 曲线呈平行规则排列。综合分析，该桩极限承载力达到设计要求。（Q～S曲线如下图）
1） 承载力分析：本工程同直径普通灌注桩单桩极限承载力为8250KN，采用后注浆后单桩极限承载力达到14800KN，承载力增幅达到80%；
2） 沉降量分析：根据桩试验报告显示，同直径普通灌注桩达到极限承载力的桩顶沉降量为13.09mm，在同级荷载下采用后注浆的灌注桩桩顶沉降量为9.51mm，减少沉降幅度达27%。
3） 经济效益分析：采用后注浆技术灌注桩和钻孔灌注扩底桩的工程造价比较如下表所示。
注：后注浆灌注桩施工费用为工程决算价，钻孔扩底灌注桩施工费用为外地施工队伍报价。
由上表可以看出，只从桩的施工费用上就可以节省44%的造价，而且施工过程简捷方便，避免了外请施工队伍，施工工期也相应缩短，这其中也大大提高了本工程的经济效益。
六、结束语
灌注桩后注浆技术可以大幅度提高桩承载力，减少桩的沉降，在工程应用上可获得很大的经济效益和社会效益。正因如此，此项技术在应用推广中越来越受到重视，也必然在不断完善，不断改进中发展成为灌注桩必备的配套技术，其发展潜力不可估量。
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。