摘要：钻孔灌注桩存在固有的工艺缺陷--桩底沉渣和桩侧泥皮问题，始终是制约单桩承载力和质量稳定性的主要因素。为解决这个问题，中国建筑科学院地基研究所开发出桩底及桩侧后注浆技术，并且在桩基工程应用中取得成功。为解决铁道大厦桩底沉渣及桩侧泥皮问题，提高桩端承载力，获取良好的经济效益，我们大胆采用了桩端后注浆技术,取得了圆满成功。
关键词：桩端后注浆技术；应用；成功；经济效益
1前言
1.1提出工艺缺陷
随着我国高层建筑的发展，对单桩承载力的要求愈来愈高，桩径、桩长相应增大增长，无论南方北方，泥浆护壁注桩的使用愈来愈多，但是这类桩存在固有的工艺缺陷--桩底沉渣和桩侧泥皮问题，始终是制约单桩承载力和质量稳定性的主要因素。根据许多工程实践证明，桩底沉渣和桩侧泥皮过厚会导致端阻力和侧阻力显著降低。为解决这个问题，中国建筑科学院地基研究所开发出桩底及桩侧后注浆技术，而且在全国八个城市，十四项高层建筑桩基工程中应用后注浆技术取得成功，还提高经济效益，并由此获得了国家专利。
1.2铁道大厦采用新技术的前提
我们铁道大厦通用为了解决桩底沉渣，提高桩端承载力，提高经济效益，因此本公司联同铁龙基础公司与中国建筑科学院地基所合作，同时得到浙江城建设计院的支持，大胆地采用了桩端后注浆技术。在温州应用这种技术，尚属首次，像温州这样的软弱地基，且地基情况又这样复杂，加上63米长的深桩，不能不说是具有一定的风险性和挑战性。
铁道大厦主楼二十五层，塔楼三层，地下室一层，框筒结构，持力层根据地质勘察资料，选择⑨2砂卵石层，根据中建科学院地基所经验比原设计不采用注浆桩，承载力提高35%，提供给城建设计院作为设计依据。主楼设计为φ1000桩径，桩长63米的注浆桩为66根，钢筋笼另附两根注浆用的无缝黑铁管一齐到底。通过在裙房处设计两根试桩，一根为后注浆，一根不注浆，锚桩十六根，采用八锚一，通过静荷载试验，结果注浆的那根桩承载力比原设计的要求提高了百分之五十二。浙江城建设计院根据静载试验报告单，对主楼部分采纳了后注浆工艺，采用45%的承载力提高率，改主楼桩数六十六根为六十一根。
61根桩每个桩在成桩后2~15天内注浆，结果顺利完成，成功率100%，据中科院同志讲，注浆成功率100%还是第一次，这除了我们在工序质量管理上严格把关外，更重要的是在中建科学院这套新工艺的基础上，增加了一道新工序。
2 桩端后注浆的适用条件、分类及其作用。
2.1 桩底注浆的适用条件
除桩长80米以上的超磨檫桩，以及持力层为微风化的岩层，勿需采用桩底注浆外，其余泥浆护壁钻孔桩都可以采用。尤为明显的桩底介质粗粒土比细粒土的注浆效果好，单桩承载力提高幅度大，像温州的高层桩基持力层有相当多的取在粗粒土上，如砂砾层、砂卵层、砂层、强风化层，它们都存在着孔隙率大，这类介质聚集的空间对于注浆浆液而言是一开放空间。
2.2桩底注浆的分类及其作用
渗入性注浆.适用于卵、砾石、粗中砂等粗粒土，实现渗入性注浆的前提条件是可注性指数N需满足，N＝D15／d85≥10~15。
D15--沙砾类土由小到大的粒径分布曲线中，小于某粒径含量15%所对应的粒径。
d85--注浆材料（一般系指普通硅酸盐水泥）中，小于某粒径含量85%所对应的粒径。
水泥的最大粒径一般为60~100μm，水泥强度等级愈高，d85愈小从而使N愈大，可注性愈好。对于砂砾，D15≥0.6~1.0MM即满足N≥10~15，其粒度愈不均匀，粒径愈大，N愈大，可注性愈好；也可按土的渗透系数K进行评价，当K≥2×10－1~3×10－1cm/s时，可实现渗入性注浆，在实现渗入性注浆条件下，被注土体孔隙部分为浆液充填，散粒被胶结，显示"充填胶结效应"，土体强度和变形模量大幅度提高，当被加固体位于桩底时，总桩端阻力因扩底效应而提高，铁道大厦后注浆属于渗入性注浆。
劈裂注浆。高压浆液克服土体最小主应力面上的初始压应力，和抗拉强度，使其劈裂，浆液沿劈裂面注入土体，随着劈裂注入的发展，土体主应力面发生变化，从而形成网状结石。劈裂注浆一般发生于粘性土、粉土、粉细砂中，由于劈裂面受到浆液附加压力，因而使土体中出现超孔压，并伴随着土体的压缩固结。因此对于低强度，高渗透性土层，劈裂注浆所形成的网状结石较稠密，扩展范围随之减少，反之对于低渗透性的淤泥，粘性土，网状结石较稀疏，扩展范围较大。
泥浆护壁灌注桩桩侧土因扰动而软化，往往在桩表面附着一层泥皮，注浆时，高压浆液沿桩周软弱面自下而上劈裂注入，包裹于桩表面其厚度为2~20MM。
在实现劈裂注浆的条件下，单一介质土体被网状结石分割加筋成复合土体，复合土体的强度变形形状，由于网状结构的制约和强化作用而大为改善，显示"加筋效应"。网状结石与桩体紧密相连，桩顶受载后桩侧和桩底的复合土体能有效地传递和负担荷载，从而提高总侧阻力和总端阻力。
固化效应。不管是渗入性注浆还是劈裂注浆，桩底沉渣和桩侧泥皮与注入的浆液发生物理、化学反应而固化，使单桩端阻力和侧阻力显著提高，显示"固化效应"。此外，由于不等厚度的水泥结石固着于桩表面和桩底，因此尚能起到一定的扩径和扩底作用。
3 桩底后注浆在实施中的若干问题
3.1 强度设计
桩身强度的设计应与注浆后土对桩的支承阻力相匹配。避免桩身强度先于土阻力破坏而使注浆失败，后注浆的混凝土强度等级一般采用C30~C40，铁道大厦采用C30。
3.2控制成桩质量。
成桩质量需严加控制，不可因采用后注浆而放松，特别使要防止断桩、缩径、离析因为后注浆不能弥补这些缺陷。
3.3注浆管、阀与钢筋笼的连接构造与保护
两根注浆管（φ1.0寸自来水管或黑铁管）对称置于钢筋笼内侧，并焊于箍筋的加劲箍上（为防止加劲箍挂拉砼浇注导管，建议加劲箍置于竖向筋外侧），注浆管可代替等强度的竖向筋。焊接时注意不要把注浆管，压浆阀烧穿，使泥浆进入注浆管，使之失效。注浆管下部至少要与四根竖向钢筋和箍筋形成骨架并有一定刚度，在桩端压浆阀处应设置一道加劲箍，并与两个压浆阀焊在一起，四根竖向钢筋末端与加劲箍平齐，以保证桩端压浆阀伸出钢筋骨架低端具有足够的长度。设有压浆阀的钢筋笼在吊装时，应用双勾起吊，下端不准在地面上拖拉，以防压浆阀损坏，下钢筋笼时要居孔中心垂直下放，并应仔细量测和记录钢筋笼端部与孔底的距离。不准在下笼时，上下反复拉动钢筋笼，更不应有浮笼现象，以防桩端压浆阀被浇在桩端砼中而失败。高出地面的注浆管及时加盖管帽防止异物掉入注浆管中。尤其要注意的是在浇筑砼前要倒入适量的填充料，如铁道大厦便倒入适量的卵石盖住压浆阀30CM左右（根据现场具体情况计算可得，一般为0.5m3~10.m3），以避免其为混凝土所包裹而失效，铁道大厦灌注桩桩底后注浆的100%成功就是因为增加了这一道新工序。
3.4后注浆最佳注浆时间
泥浆护壁灌注桩桩侧泥皮和扰动土触变恢复，一般需要一个月以上，故后注浆时间宜在成桩后1~3周内进行，注浆过早会导致因桩侧阻力过低而溢出地面，注浆过晚可能难以形成桩周连续的劈裂注浆面而导致浆液向远方流失。铁道大厦是在成桩后2~15天内注浆，除个别桩注浆时有浆液溢出地面外，其余桩顺利完成。
3.5提高注浆均匀度和有效性
为使桩底土层尽可能均匀注浆，避免浆液扩散范围过大而降低其有效性应做到：
桩底注浆管埋深应超出沉渣最低处并进入持力层一定深度。
在保持浆液连续注入的条件下注浆压力应满足Po≥Pw+Pr的条件，如铁道大厦孔深约70M，地下水位接近地表，则Pw＝rWhW＝10KN/M3×70M＝700Kpa＝0.7Mpa。因此铁道大厦的注浆压力便稳定在Po＝1.5~2.0Mpa，一般情况下浆压宜低不宜高，泵的最大额定压力宜高于6Mpa，流量控制宜小不宜大，速率宜慢不宜快。
Po——注浆点浆液出口临界压力
Pw——注浆点的静水压力
Pr——被注土体的抗注阻力；或为土体的抗渗阻力；或为土体的劈裂阻力。
浆液水灰比和外加剂应根据土层性质适当调整，一般不宜过大，通常为0.4~0.5。
泥浆的水灰比（重量比）0.40~0.5时，选用最大压力为8Mpa的2SNS型压浆泵，该型号压浆泵动力功率为11Kw，理论排量为63L/min和135L/min和与配套的YJ-340型泥浆搅拌机或JW180型搅拌机，后者容量为180L，生产效率为6m3/h，电机功率为2.2kw，前者容量为340L，电机功率为4kw，这样当水泥浆水灰比0.40~0.5时，1 m3的水泥浆大约在40~60min即可注浆完毕。为保证注浆施工初期的顺利冲开压浆阀，压浆阀的最大压力不宜小于6Mpa。为确保注浆施工连续进行，注浆机具正式施工前应进行试运转，看是否能正常工作，注浆后如不马上使用应用清水对机具和管路清洗干净以防下次运用时，灰渣堵塞压浆管、阀而失效。同时，应至少在现场配备两套设备以防一套出毛病，第二套马上能使用，使单桩注浆施工顺利完成。
大面积桩群宜先注外围后注内部桩。
3.6注浆材料和注浆量
注浆浆液采用水泥浆，水泥品种为425普通硅酸盐水泥。水泥质量应有出厂合格证和化验合格资料。严防使用过期、结块等不合格的水泥。浆液的配合比（重量比）为水泥：水：添加剂（减水剂JP1）＝1：（0.40~0.5）：0.06。制备的水泥浆要仔细过滤，防止杂物进入压浆管路堵塞阀门是压浆失效。对于合理的注浆量应由桩端土层类别与状态，桩径、桩长和承载力注浆后的增幅等诸因素来确定。实践与实验表明，对于桩径0.6~1.0米，桩长20~60米的桩基，桩底注浆量（水泥）为0.6~2.0T，在孔深70m，桩长约65m，桩端持力层为砂砾土，桩侧为可塑状态的粘性土。当桩径分别为φ1000，单桩承载力提高45%采用桩端注浆水泥用量为2~2.5T，铁道大厦采用2T/每根桩。对于常用桩距每一基桩的注浆量也可按下式估算。
桩底注浆量（水泥T）’Gp＝π（0.15d+ζ·n0·d3）。
d——桩直径（M）
ζ——注浆率（渗入性注浆为土孔隙充填率，劈裂注浆为土体挤压充填率）对于卵、砾、中粗砂取ζ为0.3~0.5，对于粘性土、粉土、粉细砂取ζ为0.2~0.3。
n0——桩底土的天然孔隙率，n0 ＝L0/1+ L0为天然孔隙比。
这经验公式，其尺寸单位以M代入，在浆液水灰比为0.5条件下所得即为水泥用量（T）。
（1）后注浆的经济效益：
注浆工艺由于提高单桩承载力20%~70%，从而减少桩数，减少桩径，减少承台面积，其工程量相应减少20~50%，注浆费用：其技术服务费与材料费为每根桩0.25~0.3万元，注浆管可取代等截面的钢筋，扣除注浆费，对于单桩混凝土用量15M3以上的桩，每根可节约0.3~1.5万元。此外，由于工程量减少，工期相应缩短，泥浆排放量减少。
4后注浆的经济效益及经济综合指标分析：
4.1计单桩承载力取值标准
钻孔灌注桩、桩长L≥63米
普通钻孔桩 φ1200 RK=6000KN
φ1000 RK=4600KN
φ750RK=3600KN
桩底注浆桩估值φ1000、RK=6200KN（相当于4600×135%）
静试后调正值φ1000、RK=7000KN（相当于4600×152%）
4.2 桩基设计方案（主楼部位25层）
采用普通钻孔桩
φ120071根 ∑P=6000×71=426000KN
φ7501根 ∑P=3600×1=3600KN
总承载力合计＝429600KN
采用桩底注浆钻孔桩
φ100066根 ∑P=6200×66=409200KN
静试后调正
φ100061根 ∑P=7000×61=427000KN
4.3经济技术分析（仅25层主楼部位）
基砼体积：
①原设计普通钻孔桩方案
л/4[（1.2）2×71+（0.75）2×1] ×65m=5248m3
②优化后桩底注浆方案：
л/4×（1.0）2×61×65m=3114m3
①－②=5248－3114=2134m3（节约）40%
工程造价：
5248×766－3114×870=4019968－2709180=1310788
降低131万元或32.6%（未包括基础承台部分）
工期缩短：
①普通桩 2.5天/根×93=233台班
②注浆桩 2.0天/根×61=122台班
①－②/①=111/333=47.6%（缩短）
泥浆排放量：
（5248－3114）/5248=40.66%（减少）
结束语：总而言之，后注浆技术已得到了实践的证明，它具有节约工程造价，缩短工期，减少泥浆排放量，消除泥浆护壁灌注桩的固有缺陷，减少建筑物沉降量，提高工程质量的优点，该项技术通过一定数量的实验研究和工程实践，已形成配套技术，其应用前景应该很好。继铁道大厦之后，车站大道18-2地块，江滨路的新世纪广场、金鼎花苑、东都大厦等工程，也采用了泥浆护壁钻孔桩桩底后注浆工艺。由于地质、成桩条件的复杂多变，有些问题仍有待进一步研究完善，如后注浆桩承载力的估算，及有关工艺参数如何根据土性，桩的几何尺寸调整优化等。
参考文献
[1]祝经成.饱和土中长灌注桩桩端压浆结合超声检测技术[C].中国建筑科学研究院地基所.
[2]张雁，高文生等.武汉五洲国际商城B.C区后压浆泥浆护壁灌注技术报告[C].中国建筑科学研究院.
