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摘要：钻孔灌注桩是目前应用最为普遍的基础形式。但是传统钻孔灌注桩难以彻底解决桩底沉渣难题，可能导致桩基沉降超标，承载力不足。钻孔灌注桩后压浆技术能使桩底沉渣固结，同时可对基底有缺陷桩进行处理，增强质量稳定性和提高单桩承载力。
本文通过某高架桥桩基础施工，介绍后压浆钻孔灌注桩的作用机理、施工工艺和过程以及技术质量控制。
关键词：钻孔灌注桩 后压浆 应用
中图分类号：K826文献标识码： A
1 工程概况
某城市高架桥全长2530米，全线桩基数量702根，共计桩长41252延米。主线桥等截面箱梁桩基基础采用6根直径1.5米的钻孔灌注桩。后压浆桩采用粉砂层作为持力层，单桩极限承载力标准值为5700KN，桩身混凝土强度等级为C30。本工程设计要求对桩底进行后压浆处理，压浆管利用声测管。
2 后压浆技术研究存在的问题
目前钻孔灌注桩后压浆技术的研究主要集中在工艺的介绍、机理的定性分析、工程实例的比较上，使得施工工艺和工程应用得到了迅速发展，但是还存在以下问题
（1）压浆理论研究不完善。
没有提出合理的理论计算模型，其理论研究有待进一步完善。
（2）施工工艺有待进一步优化。
（3）无统一的计算公式。
目前后压浆承载力的计算公式众多，部分公式计算停留在经验水平上，无统一的计算公式。
3 后压浆技术及作用机理
影响钻孔灌注桩的承载力因素主要有孔底残渣、孔壁泥皮及混凝土离析。桩底后压浆就是在钻孔灌注桩成桩后，采用高压注浆设备将水泥浆液通过钢管压入桩端的碎石层孔隙中，通过浆液的劈裂、填充、压密、固结等作用，达到固结沉渣和挤压土层的目的；同时浆液沿桩侧向上扩散，使护壁泥皮固结，加强土层与桩体的侧摩阻力，从而减少沉降量、提高单桩承载力。其主要作用机理如下：
（1）高压注入的水泥浆液在桩底土中渗透到一定程度后，剩余浆液沿桩侧孔壁上返，从而填充成桩中留下的缺陷，以提高桩身质量。
（2）后压浆液可固结孔底沉渣和护壁形成的泥皮，密实周围土体，恢复被扰动和软化的松散土体强度和粘聚力，这是后压浆技术提高钻孔灌注桩承载力的最主要机理。因后压浆液可使浆液填充土颗粒间孔隙，改变桩间土的孔隙度和饱满度，增强土的物理性能，且浆液的渗入可使土颗粒间的胶结力明显增强，加强了土体的颗粒骨架，使土体具备更坚实的结构。并且桩端可形成一定的扩大头，改善桩的工作状态提高灌注桩的承载力，降低沉降量。
4 后压浆提高钻孔灌注桩单桩承载力的机理分析
提高桩端承载力机理：钻孔灌注桩采用膨润土泥浆悬浮渣土，采用二次清孔工艺，但在灌注混凝土与二次清孔之间有时间间隔，孔底沉渣始终无法彻底清除干净，而孔底沉渣是影响桩端承载力的重要因素之一。通过桩端高压注浆，浆液渗透到沉渣中，固结形成强度高的混凝土，随着注浆量的增加，水泥浆液不断向受泥浆浸泡而松软的桩端持力层中渗透，在桩端形成扩大端，對桩端土层进行挤压、密实、充填、固结，提高了桩端土体承载力，从而提高了桩端承载力。
提高桩侧摩阻力机理：由于钻孔灌注桩大多在疏松土层中钻进，孔壁完整性差，同时泥浆护壁过程中，泥浆颗粒吸附于孔壁形成泥皮，阻碍桩身混凝土与桩周土间粘聚力的发挥，相当于在桩侧涂抹一层润滑剂，大大降低了桩侧摩阻力的发挥。对于水敏性地层，因长期浸泡而松软，也降低了桩周土体的摩阻力。其次，桩身混凝土固结后也会发生体积收缩，使桩身混凝土与孔壁间产生间隙，减小桩周摩阻力，降低单桩承载力。
当水泥浆沿桩壁向上及向下渗透时，渗透长度不断增加，桩侧压浆可以破坏泥皮，充填桩侧混凝土与周围土体间隙，提高粘结力；当浆液体压力大于桩周土体孔隙水压力时，浆液则横向向桩周土体中渗透，一方面可以挤压密实由成孔时受泥浆浸泡而松软的桩壁上，提高了桩侧土体强度，改善土的物理力学性能；另一方面浆液渗透到桩侧土体中与桩侧土体相结合，相当增加了桩径，从而提高了单桩承载力。
5 后压浆法的加固机理
钻孔灌注桩单桩竖向承载力主要由桩侧摩阻力和桩端承载力两部分组成。在工程实践中，因施工方法限制，影响单桩竖向承载力的因素较多。
(1) 提高桩侧摩阻力 钻孔灌注桩成孔过程中,使孔壁的侧压力向自由面应力释放，破坏桩周土体结构，降低各土层桩侧摩阻力特征值，进而造成单桩承载力降低。
钻孔灌注桩成孔过程中为防止塌孔和缩径，要采用泥浆护壁，形成的泥皮相当于一层润滑剂,大大降低了桩侧摩阻力。
成桩后对桩侧实施高压注浆,浆液在桩土界面和桩侧土体中产生挤密作用，使桩侧土体中的空隙被浆液充填、胶结，土体强度大幅提高，即提高了桩侧摩阻力特征值。压浆后，桩周的不稳定泥皮会被破坏，与浆液重新形成水泥粘土浆，形成抗剪强度较高，与桩身紧密粘结的环形体，变相地扩大了桩径，提高了桩侧摩阻力。
(2) 提高桩端承载力
灌注桩施工使桩底持力层被扰动发生软化,强度降低。同时受施工工艺限制很难将孔底沉渣彻底清除、打捞干净，桩底残留的沉渣形成软弱压缩层，大大降低了桩的承载力，增加沉降。
6 施工工艺
（1)施工流程
准备工作→按设计水灰比拌制水泥浆液→压浆→质量检查
（2）注浆设备
本工程选用了2TGZ-120/105型高压注浆泵，该泵的浆量和压力根据实际需要可随意变档调速，可吸取浓度较大的水泥浆、化学浆液、泥浆、油、水等介质的单液浆或双液浆，吸浆量和喷浆量可大可小。2TGZ型高压注浆泵的技术参数见下表。
2TGZ型注浆泵技术参数表
（3）浆液配制
采用强度等级为42.5的普通硅酸盐水泥与清水拌制成水泥浆液，水灰比采用 0.45～0.6。先根据试验按搅拌筒上对应刻度确定出一定水灰比的水泥浆液，在正式搅拌前，将一定水灰比水泥浆液的对应刻度在搅拌筒外壁上做出标记。配制水泥浆液时先在搅拌机内加一定量的水，然后边搅拌边加入定量水泥，根据水灰比再补加水，水泥浆搅拌好后达到对应刻度。搅拌时间不少于3min，浆液中不得混有水泥结石、水泥袋等杂物。水泥浆搅拌好后，过滤后放入储浆筒，水泥浆在储浆筒内也保证不断搅拌。
（4）注浆
每根桩注浆量为2吨，最大注浆压力控制在9MPa。采用注浆量和压力双控，满足注浆量2t或注浆压力9MPa为桩端终止注浆标准。桩体混凝土浇灌24h后进行清水开塞，7天或超声波检测完毕后即可进行后压浆施工。
7 质量保证措施
（1）保证注浆管连接牢固的措施
当注浆管绑扎在钢筋笼上埋设时，由于钻孔灌注桩成孔工艺的要求，注浆管必须分段埋设。由于注浆管在注浆过程中要承受很大的压力。因此保证接头的质量就显得尤为重要。注浆管布设在钢筋笼上，位于笼的内侧，接头不严密，将有可能使浆液冲破桩身混凝土保护层，达不到预定的效果。为此要求每段注浆管接头连接一定要牢固、紧密。制作时注浆管是挂在钢筋笼上，一旦下入孔内，就要求将注浆管与钢筋笼用铁丝牢牢绑在一起，保证连接质量，防止注浆管上下串动及在接头处开裂、折断等事故的发生，影响后期的注浆质量。
(2)防止注浆管上浮的措施
在进行水下混凝土浇灌时，当导管中的隔水栓剪掉后，混凝土迅速下串，冲击孔底，然后立即上浮。这有可能引起注浆管的上浮，如不及时处理，将直接影响注浆效果。因此，从浇灌混凝土开始就立即观察注浆管的上浮情况，如发现上浮应及时处理。注浆管和钢筋笼绑扎牢固后下入孔内，可以减少注浆管上浮事故的发生。
8 施工注意事项
（1） 施工前必须对作业人员进行技术交底和操作培训。
（2） 压浆管利用声测管，桩身混凝土灌注后及时采用高压水冲洗压浆管，疏通压浆通道。
（3） 压浆工作必须在桩身混凝土强度达到设计强度的75%且超声波检测工作后进行。
（4） 桩底后压浆采用压浆量与压力双控，以压浆量控制为主，压力控制为辅。若压浆压力达到控制压力，并在持荷5min后达到设计压浆量的80%，可认为满足要求。
（5） 每次循环压浆完成后，应立即采用清水将压浆软管清洗干净，再关闭阀门；压浆停顿超过30min，应对管路进行清洗。
（6） 過程中要加强作业人员安全意识教育，配备必要的劳保用品，做好劳动防护。
9 后压浆施工质量保证措施
钻孔灌注桩后压浆施工是一项提高桩端承载力及桩侧摩阻力的质量加固措施，必须按设计及规范要求施工，确保施工效果，具体施工质量保证措施要点如下：
(1) 成孔时要保证钻孔垂直度，尽量避免缩径，保证钢筋笼和压浆管的顺利下入，否则会损坏压浆管。
(2) 下钢筋笼前应先下孔径规测量孔径，发现有缩径或孔斜超差、沉渣过多等现象必须及时处理后方可下钢筋笼。
(3) 桩端的压浆管超出钢筋笼端部300mm以上，钢筋笼下到孔底时，压浆管靠钢筋笼和重力压入桩端土或孔底沉渣内。
(4) 压浆管接头要牢固、密封，接牢后注清水检查是否有渗漏现象。压浆管高出地面0.3m，并用堵头堵严，以防泥浆进人。
(5) 压浆前要检查设备是否能正常运转，要用测锤在空心压浆管内探测有无堵塞现象，压浆完毕要及时清洗地面管路及灰浆泵。
(6) 水泥浆搅拌时间应大于10min，且不超过4h，超过4h没有灌注的水泥浆作废浆处理。
(7) 压浆管堵塞压不进浆或者单桩压注水泥浆量选不到设计压浆量的90%；按压浆失败处理。若压浆失败，用工程勘察钻机在桩侧施工75mm的钻孔，钻孔深度与原压浆管长度相同，提钻时边提钻边灌水泥粘土浆，然后立即下入同等长度的压浆管，待3天后水泥粘土浆产生一定强度再进行压浆。
结束语
实践证明，在钻孔灌注桩基础中，运用桩端后注浆技术，使桩端持力层在一定范围内易形成浆液和土的结合体，改善了持力层的物理力学性能，恢复和提高了持力层土体强度，有效减小桩的沉降量提高桩的承载力，单桩承载力至少提高20%-30%,成本可降低10%-15%,经济效益十分明显。不同的工程地质条件有很大的差异，不可能有相同的压浆参数，预先设定的压浆参数往往参考相似工程的经验，压浆参数的最终确定要依赖于试验桩的结果，而全国可以借鉴的经验并不多，有待进一步的积累，再加上理论的探讨，最终形成一个成熟的技术。灌注桩后压浆具有提高单桩承载力，提高生产率，节约建设资金的优点，所以，在具备条件的工程中推广后压浆施工工艺有着重要的意义和广阔的前景。
本文通过某高架桥桩基础施工，介绍后压浆钻孔灌注桩的作用机理、施工工艺和过程以及技术质量控制。
关键词：钻孔灌注桩 后压浆 应用
中图分类号：K826文献标识码： A
1 工程概况
某城市高架桥全长2530米，全线桩基数量702根，共计桩长41252延米。主线桥等截面箱梁桩基基础采用6根直径1.5米的钻孔灌注桩。后压浆桩采用粉砂层作为持力层，单桩极限承载力标准值为5700KN，桩身混凝土强度等级为C30。本工程设计要求对桩底进行后压浆处理，压浆管利用声测管。
2 后压浆技术研究存在的问题
目前钻孔灌注桩后压浆技术的研究主要集中在工艺的介绍、机理的定性分析、工程实例的比较上，使得施工工艺和工程应用得到了迅速发展，但是还存在以下问题
（1）压浆理论研究不完善。
没有提出合理的理论计算模型，其理论研究有待进一步完善。
（2）施工工艺有待进一步优化。
（3）无统一的计算公式。
目前后压浆承载力的计算公式众多，部分公式计算停留在经验水平上，无统一的计算公式。
3 后压浆技术及作用机理
影响钻孔灌注桩的承载力因素主要有孔底残渣、孔壁泥皮及混凝土离析。桩底后压浆就是在钻孔灌注桩成桩后，采用高压注浆设备将水泥浆液通过钢管压入桩端的碎石层孔隙中，通过浆液的劈裂、填充、压密、固结等作用，达到固结沉渣和挤压土层的目的；同时浆液沿桩侧向上扩散，使护壁泥皮固结，加强土层与桩体的侧摩阻力，从而减少沉降量、提高单桩承载力。其主要作用机理如下：
（1）高压注入的水泥浆液在桩底土中渗透到一定程度后，剩余浆液沿桩侧孔壁上返，从而填充成桩中留下的缺陷，以提高桩身质量。
（2）后压浆液可固结孔底沉渣和护壁形成的泥皮，密实周围土体，恢复被扰动和软化的松散土体强度和粘聚力，这是后压浆技术提高钻孔灌注桩承载力的最主要机理。因后压浆液可使浆液填充土颗粒间孔隙，改变桩间土的孔隙度和饱满度，增强土的物理性能，且浆液的渗入可使土颗粒间的胶结力明显增强，加强了土体的颗粒骨架，使土体具备更坚实的结构。并且桩端可形成一定的扩大头，改善桩的工作状态提高灌注桩的承载力，降低沉降量。
4 后压浆提高钻孔灌注桩单桩承载力的机理分析
提高桩端承载力机理：钻孔灌注桩采用膨润土泥浆悬浮渣土，采用二次清孔工艺，但在灌注混凝土与二次清孔之间有时间间隔，孔底沉渣始终无法彻底清除干净，而孔底沉渣是影响桩端承载力的重要因素之一。通过桩端高压注浆，浆液渗透到沉渣中，固结形成强度高的混凝土，随着注浆量的增加，水泥浆液不断向受泥浆浸泡而松软的桩端持力层中渗透，在桩端形成扩大端，對桩端土层进行挤压、密实、充填、固结，提高了桩端土体承载力，从而提高了桩端承载力。
提高桩侧摩阻力机理：由于钻孔灌注桩大多在疏松土层中钻进，孔壁完整性差，同时泥浆护壁过程中，泥浆颗粒吸附于孔壁形成泥皮，阻碍桩身混凝土与桩周土间粘聚力的发挥，相当于在桩侧涂抹一层润滑剂，大大降低了桩侧摩阻力的发挥。对于水敏性地层，因长期浸泡而松软，也降低了桩周土体的摩阻力。其次，桩身混凝土固结后也会发生体积收缩，使桩身混凝土与孔壁间产生间隙，减小桩周摩阻力，降低单桩承载力。
当水泥浆沿桩壁向上及向下渗透时，渗透长度不断增加，桩侧压浆可以破坏泥皮，充填桩侧混凝土与周围土体间隙，提高粘结力；当浆液体压力大于桩周土体孔隙水压力时，浆液则横向向桩周土体中渗透，一方面可以挤压密实由成孔时受泥浆浸泡而松软的桩壁上，提高了桩侧土体强度，改善土的物理力学性能；另一方面浆液渗透到桩侧土体中与桩侧土体相结合，相当增加了桩径，从而提高了单桩承载力。
5 后压浆法的加固机理
钻孔灌注桩单桩竖向承载力主要由桩侧摩阻力和桩端承载力两部分组成。在工程实践中，因施工方法限制，影响单桩竖向承载力的因素较多。
(1) 提高桩侧摩阻力 钻孔灌注桩成孔过程中,使孔壁的侧压力向自由面应力释放，破坏桩周土体结构，降低各土层桩侧摩阻力特征值，进而造成单桩承载力降低。
钻孔灌注桩成孔过程中为防止塌孔和缩径，要采用泥浆护壁，形成的泥皮相当于一层润滑剂,大大降低了桩侧摩阻力。
成桩后对桩侧实施高压注浆,浆液在桩土界面和桩侧土体中产生挤密作用，使桩侧土体中的空隙被浆液充填、胶结，土体强度大幅提高，即提高了桩侧摩阻力特征值。压浆后，桩周的不稳定泥皮会被破坏，与浆液重新形成水泥粘土浆，形成抗剪强度较高，与桩身紧密粘结的环形体，变相地扩大了桩径，提高了桩侧摩阻力。
(2) 提高桩端承载力
灌注桩施工使桩底持力层被扰动发生软化,强度降低。同时受施工工艺限制很难将孔底沉渣彻底清除、打捞干净，桩底残留的沉渣形成软弱压缩层，大大降低了桩的承载力，增加沉降。
6 施工工艺
（1)施工流程
准备工作→按设计水灰比拌制水泥浆液→压浆→质量检查
（2）注浆设备
本工程选用了2TGZ-120/105型高压注浆泵，该泵的浆量和压力根据实际需要可随意变档调速，可吸取浓度较大的水泥浆、化学浆液、泥浆、油、水等介质的单液浆或双液浆，吸浆量和喷浆量可大可小。2TGZ型高压注浆泵的技术参数见下表。
2TGZ型注浆泵技术参数表
（3）浆液配制
采用强度等级为42.5的普通硅酸盐水泥与清水拌制成水泥浆液，水灰比采用 0.45～0.6。先根据试验按搅拌筒上对应刻度确定出一定水灰比的水泥浆液，在正式搅拌前，将一定水灰比水泥浆液的对应刻度在搅拌筒外壁上做出标记。配制水泥浆液时先在搅拌机内加一定量的水，然后边搅拌边加入定量水泥，根据水灰比再补加水，水泥浆搅拌好后达到对应刻度。搅拌时间不少于3min，浆液中不得混有水泥结石、水泥袋等杂物。水泥浆搅拌好后，过滤后放入储浆筒，水泥浆在储浆筒内也保证不断搅拌。
（4）注浆
每根桩注浆量为2吨，最大注浆压力控制在9MPa。采用注浆量和压力双控，满足注浆量2t或注浆压力9MPa为桩端终止注浆标准。桩体混凝土浇灌24h后进行清水开塞，7天或超声波检测完毕后即可进行后压浆施工。
7 质量保证措施
（1）保证注浆管连接牢固的措施
当注浆管绑扎在钢筋笼上埋设时，由于钻孔灌注桩成孔工艺的要求，注浆管必须分段埋设。由于注浆管在注浆过程中要承受很大的压力。因此保证接头的质量就显得尤为重要。注浆管布设在钢筋笼上，位于笼的内侧，接头不严密，将有可能使浆液冲破桩身混凝土保护层，达不到预定的效果。为此要求每段注浆管接头连接一定要牢固、紧密。制作时注浆管是挂在钢筋笼上，一旦下入孔内，就要求将注浆管与钢筋笼用铁丝牢牢绑在一起，保证连接质量，防止注浆管上下串动及在接头处开裂、折断等事故的发生，影响后期的注浆质量。
(2)防止注浆管上浮的措施
在进行水下混凝土浇灌时，当导管中的隔水栓剪掉后，混凝土迅速下串，冲击孔底，然后立即上浮。这有可能引起注浆管的上浮，如不及时处理，将直接影响注浆效果。因此，从浇灌混凝土开始就立即观察注浆管的上浮情况，如发现上浮应及时处理。注浆管和钢筋笼绑扎牢固后下入孔内，可以减少注浆管上浮事故的发生。
8 施工注意事项
（1） 施工前必须对作业人员进行技术交底和操作培训。
（2） 压浆管利用声测管，桩身混凝土灌注后及时采用高压水冲洗压浆管，疏通压浆通道。
（3） 压浆工作必须在桩身混凝土强度达到设计强度的75%且超声波检测工作后进行。
（4） 桩底后压浆采用压浆量与压力双控，以压浆量控制为主，压力控制为辅。若压浆压力达到控制压力，并在持荷5min后达到设计压浆量的80%，可认为满足要求。
（5） 每次循环压浆完成后，应立即采用清水将压浆软管清洗干净，再关闭阀门；压浆停顿超过30min，应对管路进行清洗。
（6） 過程中要加强作业人员安全意识教育，配备必要的劳保用品，做好劳动防护。
9 后压浆施工质量保证措施
钻孔灌注桩后压浆施工是一项提高桩端承载力及桩侧摩阻力的质量加固措施，必须按设计及规范要求施工，确保施工效果，具体施工质量保证措施要点如下：
(1) 成孔时要保证钻孔垂直度，尽量避免缩径，保证钢筋笼和压浆管的顺利下入，否则会损坏压浆管。
(2) 下钢筋笼前应先下孔径规测量孔径，发现有缩径或孔斜超差、沉渣过多等现象必须及时处理后方可下钢筋笼。
(3) 桩端的压浆管超出钢筋笼端部300mm以上，钢筋笼下到孔底时，压浆管靠钢筋笼和重力压入桩端土或孔底沉渣内。
(4) 压浆管接头要牢固、密封，接牢后注清水检查是否有渗漏现象。压浆管高出地面0.3m，并用堵头堵严，以防泥浆进人。
(5) 压浆前要检查设备是否能正常运转，要用测锤在空心压浆管内探测有无堵塞现象，压浆完毕要及时清洗地面管路及灰浆泵。
(6) 水泥浆搅拌时间应大于10min，且不超过4h，超过4h没有灌注的水泥浆作废浆处理。
(7) 压浆管堵塞压不进浆或者单桩压注水泥浆量选不到设计压浆量的90%；按压浆失败处理。若压浆失败，用工程勘察钻机在桩侧施工75mm的钻孔，钻孔深度与原压浆管长度相同，提钻时边提钻边灌水泥粘土浆，然后立即下入同等长度的压浆管，待3天后水泥粘土浆产生一定强度再进行压浆。
结束语
实践证明，在钻孔灌注桩基础中，运用桩端后注浆技术，使桩端持力层在一定范围内易形成浆液和土的结合体，改善了持力层的物理力学性能，恢复和提高了持力层土体强度，有效减小桩的沉降量提高桩的承载力，单桩承载力至少提高20%-30%,成本可降低10%-15%,经济效益十分明显。不同的工程地质条件有很大的差异，不可能有相同的压浆参数，预先设定的压浆参数往往参考相似工程的经验，压浆参数的最终确定要依赖于试验桩的结果，而全国可以借鉴的经验并不多，有待进一步的积累，再加上理论的探讨，最终形成一个成熟的技术。灌注桩后压浆具有提高单桩承载力，提高生产率，节约建设资金的优点，所以，在具备条件的工程中推广后压浆施工工艺有着重要的意义和广阔的前景。