基于案例的灌注桩后注浆影响因素分析与讨论

近几年，灌注桩后注浆施工技术作为建筑业10项新技术之一，在建筑和桥梁等灌注桩桩基施工中得到大范围的推广，该施工技术通过预设在桩身的后注浆管，在成桩后一段时间对桩端和桩侧土体注入水泥浆，以起到加固桩底沉渣和桩身泥皮的作用，最终达到提高灌注桩的承载力，减小桩基沉降的目的。廖志波结合工程实例，证实后注浆技术能够克服不良地质并且有效地提高单桩承载力。陈永敢通过探究注浆参数对后注浆的影响，得出结论在合理控制压浆参数的条件下，单桩承载力能够得到有效提高。该技术已较为成熟，相关规范也较为完善，但面对复杂的工程环境和各种特性化的岩土地质条件，并且综合考虑施工的便利性、经济性、合理性等因素，对于后注浆的施工工艺的改进仍有不小的讨论空间。在实际施工中，发现导管的安置方式、开塞注浆时间、后注浆阀的构造方式这3项施工工艺对后注浆作业成功与否，以及后注浆施工的经济性有很大的影响。因此，将基于实际工程案例，通过对施工中影响后注浆的上述3种因素及实际结果进行统计分析、讨论，以期在现行规范的基础上，提出更具有针对性、更为经济合理的后注浆施工工艺。1 现行规范分析在现行的规范和技术文件中，福建省后注浆的设计和施工主要参照JGJ 94—2008《建筑桩基技术规范》、GB 51004—2015《建筑地基基础工程施工规范》和DBJ/T 13–247—2016《福建省灌注桩后注浆施工技术规程》。对于后注浆导管的安置方式，相关文献均规定后注浆导管应与钢筋笼绑扎固定或焊接，随钢筋笼沉放到底（该方式下称“随钢筋笼下落”，以区分于“自由下落”），不得悬吊；其目的是为了让导管能够顺利地下到孔底，但是由于钢筋笼底端与孔底的形状并不能完全匹配，又加上工人操作上的不规范，使得随钢筋笼下落的导管在下落的过程中容易受阻，当混凝土浇筑后，导管底端未能穿透混凝土到达残渣层，若开塞时间过长，混凝土达到一定强度后，注浆通道的打通就会受阻，导致开塞不成功，注浆失败，此时需采用植管，造成资源和时间的浪费。因此，随钢筋笼下落导管的方式仍有待讨论。对开塞和注浆时间，相关文献规定后注浆应在成桩后7~8 h采用清水开塞，注浆作业宜于成桩2 d后开始。较短的清水开塞时间是因导管跟随钢筋笼下达孔底，需防止注浆通道被达到一定强度后的混凝土堵塞，导致开塞失败。但在实际施工当中，由于灌注桩成孔的时间是一个持续较长的过程，考虑到工人和机械设备的成本，难以将工人和设备持续派驻现场，在7~8 h内及时开塞，同时为了不破坏桩身，规范规定注浆作业在2 d后才开始，但这样容易导致开塞后未及时注浆而产生返浆堵管，同时人工和设备容易浪费，为此现场施工通常是等到一个区域的灌注桩成孔后，再进行集中连续的开塞和注浆，以降低成本。因此如何延长清水开塞时间，保证开塞质量的同时提升效率，在施工工序上仍有待进一步的优化。对后注浆阀的构造，相关文献规定注浆阀应能承受1 MPa以上静水压力，注浆阀外部保护层应能抵抗砂石等硬质物的刮撞而不会使管阀受损、注浆阀应具备逆止功能。同时指出注浆头的制作主要有打孔包扎法、单向阀法、U形管法等，其构造如图1所示。（a）

（b）图1 后注浆导管头示意（a）打孔包扎注浆头；（b）油嘴单向阀注浆头由于单向阀和U形管需要购买成品，故打孔包扎法工艺较为经济，但是需要对孔位施加图钉再包扎，工序较为烦琐。注浆阀的逆止功能对防止注浆管堵管有着非常重要的意义，因此对于应用日益广泛、使用量越来越大的后注浆来说，对注浆管的构造具有重要意义。基于上述的理论分析，通过某一项目实例，在后注浆过程中，对上述三个因素进行改变，并将其与规范做法进行对比和分析，以期探索出更为合理便利的后注浆方法。下面将对项目的应用案例以及对比情况进行说明分析。2 实际案例分析2.1 工程概况本工程为地下2层，地上15层，桩基工程采用冲（钻）孔灌注桩、PHC预应力管桩。地基基础设计等级为甲级，本工程冲（钻）孔灌注桩取中碎块状强风化花岗岩为桩基持力层，持力层为进入全截面2.0 m，当碎块状强风化花岗岩层缺失或者土层厚度小于2 m时，则以下层的中风化花岗岩层为持力层。2.2 注浆工艺本项目钻孔灌注桩桩端高压注浆施工工序为：钻孔灌注桩施工→先下放钢筋笼，后注浆导管自由落管→待划定区域内的灌注桩全部成桩后，对注浆管实施开塞，即清水预压通道工序→每根桩开塞后立刻注浆→注浆量达到标准后，停止注浆。其中在下放导管的工序中，本项目先后采用两种方式，分别是在前11根灌注桩（共22根后注浆导管）采用随钢筋笼下落的方式，其余179根灌注桩（共358根后注浆导管）采用自由落管的方式，即在钢筋笼下放到孔底后，将两根后注浆导管依次对称缓慢下放到孔底，将导管固定在钢筋笼上，随后浇灌混凝土成桩。自由落管的目的是让导管不受钢筋笼的影响，到达残渣层，在混凝土浇灌后，导管下端能够位于混凝土下方，不被混凝土包裹，防止混凝土达到一定强度后，堵塞注浆通道。在开塞和注浆的时间选择上，该项目基于此前其他项目的成功实例，选择在区域成孔完成后再对该区域的注浆管进行集中开塞，随即进行注浆。开塞距离成孔间隔时间均在20 d以上。在后注浆阀的制作上，该项目为了经济性和制作便利性以及使用有效性考虑，根据单向阀原理，参考打孔包扎法，采用了后注浆阀构造，即将注浆管底端10 cm长作为花管，沿花管段每隔5 cm钻取一对出浆孔，孔径5 mm，相邻孔45°交错布置，空口毛刺锉平，管端部用锤子敲成楔形状，留3~5 mm宽的缝隙作为桩端主要出浆口。花管端部15 cm内先用胶带缠紧密封，再用胶皮包裹以螺旋状扎牢，最后用铁丝绑紧花管两端。该种制造方法可以让自由落管的后注浆管具有较强的穿透力，进入残留的沉渣，橡胶皮的螺旋状包裹在保护花管不被破坏的同时起到在注浆过程中的逆止作用。2.3 开塞及注浆结果统计与分析本项目共计进行190根灌注桩的后注浆作业，共有380根后注浆导管，分别是22根随钢筋笼下落的导管和358根自由下落的导管。随钢筋笼下落的灌注桩中，有4根的两根导管均开塞注浆成功；有3根的两根导管只有一根开塞成功；有4根的两根导管均未能开塞成功。自由落管的灌注桩中有124根的两根导管均开塞注浆成功；有48根的两根导管只有一根开塞成功；有7根的两根导管均未能开塞成功。两根导管均未能开塞成功的灌注桩将通过在周围进行植管注浆。通过统计，可以发现在灌注桩范围相近、地质情况一致、开塞时间相近、注浆导管花管构造相同、设备使用、操作人员相同的情况下，随钢筋笼下落的后注浆导管的开塞成功率仅为50 %，而自由落管的开塞成功率达到82.7 %，对比情况如图2所示。图2 两种落管方式的开塞情况对比因此，落管方式对开塞成功与否有很大的影响。若采用自由落管的方式，可以适当延长开塞时间，以便达到更为经济的效果。若采用随钢筋笼下落导管的方式，需要按规范及时进行开塞，最终造成施工成本增加，且容易发生开塞后未能及时注浆，导致返浆堵管的情形。在后注浆施工过程中，后注浆导管开塞后均能顺利注浆，也未发现在开塞后出现返浆堵管的情形，这一方面得益于在开