【摘要】：通过对场地地质条件的研究、工程建筑结构形式及荷载分布分析、结合各种桩基础形式的特点及长期的桩基施工经验，本着经济适应的原则推荐建议设计适合本工程特点的人工挖孔灌注桩结合桩端桩侧后注浆加固的桩基形式。经效果检测证明质量满足设计要求，具有较高的经济适用性。
【关键词】后注浆、挖孔桩
1、前言
后注浆技术由水电站坝体帷幕灌浆的广泛应用，发展到20世纪90年代末在泥浆护壁混凝土灌注桩中也有较多应用。主要应用于其桩底沉渣和桩侧壁泥皮固化。在干作业成孔灌注桩中应用较少。本文主要讲述的特殊地质条件下人工挖孔桩后注浆的工程应用实践。
2、工程概述及地质情况
拟建工程位于内蒙古赤峰市。建筑结构采用框架及圆筒结构。
现状为丘陵山体。地处低山丘陵之上，地形、地貌、地层岩性等较复杂，地质构造简单，场内未见地下水。岩土层自上而下如下：
① 粉土：厚度1.7～18.8m。
② 粉质粘土：厚度较大，局部见有碎石、漂石夹层。
③ 碎石：大于20mm的颗粒质量约占总质量的60%左右，厚度1.0～9.0m。
④ 块石：直径500～2000mm，不规则，硬度高。为②层中的夹层，厚薄不均匀，顺山势高差起伏大。
下伏基岩为灰岩，埋深大于50m。由于块石层不均匀，层厚变化较大，无稳定的持力层。
3、基础可行性对比分析
方法 缺点 优点 注意事项 项目可行性
浅基础 承载力小、无稳定持力层 速度快、施工简便 无 不适合
深基础 湿法成孔 泥浆护壁对桩基承载力影响较大，且夹层④中的块石在桩基冲击成孔时，容易产生偏斜，旋挖及正循环钻进，由于软硬不均匀，且块石也无法钻进，将导致无法成孔。 单桩承载力较大 无 不适合
干法成孔 块石地层开挖较困难 摩擦桩较湿法成孔承载力大 ①桩长不大于24m，粉土层、碎石层容易垮孔，需支护；②挖孔桩与强夯交叉作业，需合理安排工作顺序，保障安全距离；③块石直径达1m，单个质量达到2吨多，孔桩卷扬机无法起吊，应采用化学膨胀剂进行分解 适合
通过对地层的分析，该工程适宜的桩基型式为人工挖孔灌注桩。
建筑物柱下荷载较大，达到20000KN。桩底持力层为粉土、碎石层、漂石层等。为提高桩基承载力，可行的方法有①增加扩大头，②桩基后注浆。
由于土层容易垮孔，且扩大头实际施工过程难以检验控制，施工难度较大，故采用后注浆的方法，在桩身混凝土灌注完成后，对碎石土层段的桩侧及桩端进行后注处理，以提高灌注桩的桩侧阻力和桩端阻力，大幅度提高灌注桩的承载力。
4、后注浆技术的加固机理及计算方法
灌注桩后注浆是桩基改良技术，通过压浆，使桩周围及桩底松软土体得到有效加强，从而大幅度的提高灌注桩的桩侧阻力和桩端阻力，大幅度提高灌注桩的承载力。作用机理是在桩体形成后，由桩端预埋管压入水泥浆，通过液浆的渗透，挤密、充填和劈裂压密等方式，消除桩周和桩底地层的固有缺陷，改善桩土截面，使桩周围一定范围内的土体得到加固，土体强度增加，增大桩侧摩阻力和端承力，从而大幅度提高桩的极限承载力和减少沉降量。
后注浆灌注桩的单桩极限承载力标准值，根据《建筑桩基技术规范JGJ94-2008》5.3.10公式估算，竖向增强段为桩端以上、桩侧注浆断面上下各6m；后注浆侧阻力 卵石层取2.7、端阻力增强系数 粘土层取2.5，并进行侧阻和端阻尺寸效应修正。侧阻尺寸效应系数 取（0.8/1.1）1/3、端阻尺寸效应系数 取（0.8/1.1）1/4。
单桩竖向极限承载力标准值经静载试验确定后，基桩（或复合基桩）的竖向承载力设计值可按规范的有关条款计算，此时综合安全系数K=2。
计算后单桩竖向极限承载力标准值Quk=15000KN。满足工程规范要求。设计采用人工挖孔灌注桩三桩承台，桩径Ф1100mm，设计桩长28m。混凝土强度等级C35，护壁采用C20钢筋混凝土，壁厚195mm。
注浆量是指单桩注浆的水泥用量，它与土层的孔隙率以及桩间距有关，取决于土层的孔隙率。根据《建筑桩基技术规范JGJ94-2008》相关规定，对于非饱和土浆液的水灰比取0.5；桩端注浆终止注浆压力对于粉土取5Mpa；注浆流量不宜超过75L/min；单桩注浆量的设计按下式估算： 桩端、桩侧注浆量经验系数，粘土层 取1.5，卵石层 取0.7；
计算得桩端水泥用量为1850kg，桩侧后注浆用量为700kg。
桩底注浆通长布置2根注浆管，桩侧注浆于碎石土层段布置2根注浆管。注浆管采用丝扣连接。桩侧注浆面标高据碎石土层实际深度位置现场确定。
5、成孔及后注浆施工
挖孔遇直径达500～2000mm、不规则、硬度高、人工非常难挖的块石地层时，需要风炮钻眼然后下入化学炸药，泡水隔夜待大块石产生细小裂纹之后，人工用大锤把铁钎砸入大块石之中，再敲击破碎之后，用卷扬机将其吊出孔。
5.1注浆管的制作
注浆管采用Φ25mm钢管制作，丝扣连接，接头必须用密封胶裹，并分别检查其通水性。注浆管在最下部30cm制作成注浆喷头，在该部分采用均匀钻出3排Φ5～8mm的注浆孔作为注浆喷头；用钢珠将压浆孔堵严，当注浆时压浆管中压力将车胎迸裂、钢珠弹出，水泥浆通过注浆孔和钢珠的孔隙压入土层中，而混凝土灌注时该装置又保证混凝土浆不会将压浆管堵塞。
5.2注浆管的安装
a、注浆管孔内安装时用细铁丝绑扎在钢筋笼上，管与管之间采用套管连接并涂密封胶，注浆管顶口拧紧密封。
b、侧壁注浆头安装在透水层中，孔桩护壁需用铁钎穿洞后埋入注浆头。注浆管底部必须有可靠且有效的密封性及单向阀性能。
c、注浆头深入土层内填充细砂，洞口用胶泥封死，防止桩芯混凝土灌入。
5.3后注浆施工应急处理
注浆管堵塞 ：在桩底注浆时，如若一根注浆管发生堵塞，可将全部的水泥浆量通过另一根畅通导管一次压入桩端，补足注浆数量。
出现冒浆：若水泥浆液是在其他桩或者地面上冒出，说明桩底已经饱和，可以停止注浆；若从本桩侧壁冒浆，注浆量也满足或接近了设计要求，可以停止注浆；若从本桩侧壁冒浆且注浆量较少，可将该注浆管用清水或压力水冲洗干净，等到第2天原来压入的水泥浆液终凝固化、堵塞冒浆的毛细孔道时再重新注浆。
6、效果检测
桩基施工过程中，分别选取普通桩、侧壁注浆桩、桩端注浆桩、侧壁及桩端注浆桩各1根做对比性载荷检测。
采用堆载法，现场试验采用慢速维持荷载法采用电动油泵驱动油压千斤顶。共分16级加载和8级卸载，每级加载量为1000kN，卸载量为其2倍。最大压重量为16000kN。其中4#、12#做破坏性试验，13#、44#达到预计设计荷载15000KN时可终止加载。
4#桩试验加载到12000kN（12级）时，总沉降量为47mm，12#桩试验加载到14000kN（14级）时，总沉降量为42mm，沉降量不大，而且在此前Q～s曲线平缓，无明显陡降段，s～lgt曲线呈平缓规则排列，其后1级荷载s～lgt曲线明显向下弯曲，因此其极限承载力分别为Qu≥12000kN、Qu≥14000kN。
13#、44#桩试验加载到15000KN时，总沉降量（分别）为22、9mm，沉降量小于40mm，而且Q～s曲线平缓，无明显陡降段，s～lgt曲线呈平缓规则排列，因此单桩极限承载力Qu≥15000kN。
试验结果汇总表
侧壁桩端桩
检测结果表明，后注浆处理后桩基承载力有明显提高，侧壁注浆后桩基承载力提高16%，桩端注浆处理后桩基承载力提高25%，桩端侧壁同时注浆处理后桩基承载力提高25%以上。
对桩端注浆桩进行抽芯检测点2个（13#、44#桩），根据抽芯结果，桩底土层中一定深度范围内土体密实、土层缝隙中水泥浆液饱满，注浆作业对桩底持力层力学性能改善效果明显。
通过单桩静载试验数据可以看出，侧壁注浆对挖孔桩承载力有增强和提高，但增幅不是很大，分析可能的原因是侧壁注浆所在碎石层层厚较小，试桩施工中浆液渗透较快而采用间歇注浆所致，或是间歇注浆的二次注浆过程中注浆管堵塞导致二次注浆量较少。因此以后实际施工过程中应注意加强注浆头的单向阀的保护，保证注浆阀的畅通。桩端和侧壁注浆后承载力有较大提高，能较好的保证。
7、工程应用结论及建议
该项目桩基人工成孔，机具简单，可大面积施工，适宜该地质条件，但劳动强度大，安全管理要求较高。浆液通过绑扎在钢筋笼注浆管和预埋在土层中的注浆头注入加固土层，工艺较简单，经济成本较低，处理效果较好。
对于覆盖层较厚，无可靠持力层，夹层厚不均匀的漂石地层，在桩基承载力要求较高时，由于桩基施工工艺限制，桩基成孔较困难，在泥浆护壁时桩基侧摩阻力损失较大，通过对桩侧和桩底预留注浆管在浇筑完桩芯混凝土后注浆作业对桩基侧壁和桩底承载力补强，有明显效果，后注浆工艺对该类地层中桩基施工有很大的适宜性和经济性。
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