论钻孔灌注桩桩底沉渣压浆处理对策

论钻孔灌注桩桩底沉渣压浆处理对策

何炜军

广东省地质局第二地质地大队

摘要：对桩底沉渣产生的原因、沉渣对灌注桩承载能力的影响以及沉渣的处理作了简要分析，讨论了灌注桩桩底压浆工艺的作用机理。重点结合实际工程介绍了该技术，经检测表明，灌注桩桩底压浆技术的使用有效地处理了沉渣，提高了桩的承载能力。

关键词：钻孔灌注桩；沉渣；桩底压浆；承载能力

0引言

钻孔灌注桩属于非挤土桩，施工时基本无噪音，无振动，无地面隆起或侧移，对环境影响小。由于这些独特的优点，钻孔灌注桩受到广大工程技术人员的青睐，已成为使用最广泛的桩基形式。但是，由于施工场地地质条件的复杂多变，施工工艺的多样性，加之施工单位技术水平和人员素质的参差不齐，钻孔灌注桩桩底不可避免地存在厚度不一的沉渣层，而当沉渣层过厚时会严重影响灌注桩性能的发挥，结合实际条件采取合理的方法处理沉渣具有很大的实际意义和实用价值。

1沉渣产生的原因、危害及处理

1.1孔底沉渣形成的原因

孔底沉渣是指钻孔灌注桩在成孔时，孔内搅碎的松散岩土碎屑，未被泥浆全部循环携带至地表或洗孔不彻底，最终沉淀于孔底的物质。因此，孔底沉渣的产生有钻渣客观存在及清渣工艺两方面的原因，产生沉渣的主要原因包括：场地地质条件；护壁泥浆的沉淀；泥浆的比重和稠度；清渣洗孔的时间等。

1.2桩底沉渣的危害

1）桩底沉渣的存在改变了桩的承载性状。端承桩或摩擦端承桩，如果桩底沉渣较厚，桩身会与桩周土体发生较大的相对位移，钻孔灌注桩靠相对位移发挥承载力，实际上变成了端承摩擦桩，甚至是纯摩擦桩，与原设计意图不符。

2）桩底沉渣会使桩产生较大的沉降，甚至可能产生刺入破坏。

3）桩底沉渣严重制约了钻孔灌注桩承载力的发挥。由于孔底沉渣层是由高含水量的泥砂和沉淀的护壁泥浆混合组成，其承载力很低，压缩性极大。沉渣层的桩端承载力仅为150～250kPa，约为预制桩和沉管灌注桩桩端承载力的10%～30%，桩侧摩阻力约为70%左右。

1.3沉渣的处理

钻孔灌注桩成桩后，如经检测发现桩底沉渣过厚影响工程质量时，必须进行加固处理，桩才能正常发挥作用。常用的处理方法有：增加桩的数量进行补强或把存在问题的桩冲掉重做，这两种处理方法一方面会增加工程造价，另一方面要延长工期，有时甚至无法实现。为了解决这一问题，借鉴或应用地基加固处理中的注浆压浆工艺和施工方法，对钻孔灌注桩桩底沉渣层直接注浆加固，可达到工程量小、时间短、加固效果好的目的。通过预埋或后成孔方法建立注浆通道，采用不同类型的注浆浆液对桩端进行深层压力注浆，使浆液挤压、渗透、填充沉渣层及附近土体，在桩端形成具有较高强度的水泥土层，从而提高桩端承载力，减小桩基沉降量。

2.钻孔灌注桩桩底压浆的作用机理

不同地基土中的钻孔灌注桩，采用桩底压浆技术加固的机理有所不同，采用的工艺参数不尽相同，最终的效果也不同。主要作用机理为：

1）注浆改善了桩与土体的咬合性能。通过注浆利用桩身的自重，使桩身周边及桩底的土体得到预压，回到（或接近）它原有的应力状态，从而大大改善了桩与土体的咬合性能。

2）桩周泥皮及缝隙得到了处理。采用桩底压浆技术，通过高压，水泥浆液可由桩底进入桩四周的泥皮缝隙中，使桩周泥皮得到预压处理，即通过渗透劈裂充填挤密的作用，对桩周泥皮置换和缝隙充填，浆液胶结后在桩周形成硬皮和脉状结石体，改变了桩与桩周土体之间的摩擦系数，提高了桩的承载力。

3）改变了桩底持力层的状态。通过压浆将沉渣层处理成了复合地基，浆液对桩底沉渣的置换、挤密和固结作用，对桩底持力层起到了加固作用。

4）劈裂加筋效应。当桩底桩侧为细粒土（粘性土、粉土或粉细砂）时，会因水泥浆的劈裂注入，形成强度和刚度较高的网状加筋复合土体。对于非饱和细粒土，劈裂—压密注浆使土体得到进一步增强。

5）扩底扩径效应。桩底形成扩大头，桩表面形成紧固于土体的10～50mm厚水泥结石，会起到一定的扩底扩径效应。

3工程实例

3.1工程概况

某大桥北引桥有一跨越式立交桥，由于地处软土地区，立交桥下部结构采用柱式墩加桩基础。设计单幅桥桥墩和桥台的基础均采用2根直径为1.50m的钻孔灌注桩。根据场地的工程地质条件和上部结构的荷载情况，设计桩长分别为：46m，49m，51m，53m，54m。由于采用单柱单桩形式，设计对钻孔灌注桩的施工质量提出了较高的要求。为了确保整个工程的量，对桩基础施工过程中的成孔、桩长、垂直度、清孔、沉渣等要求很严，特别是沉渣厚度要求不得超过20cm。同时，设计要求对墩台钻孔灌注桩基础成桩质量进行逐桩检测。为此，施工时在每根桩基中都设置了3根超声波检测钢管，沿桩长全长布置。检测管采用外径为64mm，壁厚为3.5mm的钢管，检测钢管在桩内按等边三角形布置，检测钢管距桩壁10cm。

灌注桩施工后采用超声波法检测，发现共有8根桩为C类桩。桩的主要缺陷是桩底沉渣厚度严重超标，沉渣厚度为2～5m，检测结果见表1，桩基承载力不能满足设计要求，并将出现较大沉降。限于篇幅，仅举其中2根桩由超声波检测法得到的检测结果作重点分析，见图2。为防止水泥浆液漏入而堵塞检测管，影响桩基质量的检测，检测管底部用3.5mm的钢板焊接封底，钢管接头处采用焊接密封。灌注桩施工后采用超声波去检测，发现共有8根桩为C类桩。桩的主要缺陷是桩底沉渣厚度严重超标，沉渣厚度为2～5m，检测结果见表1，桩基承载力不能满足设计要求，并将出现较大沉降。现举其中2根桩由超声波检测法得到的检测结果作重点分析，见图1。

由表1可知，8根桩中沉渣厚度最小的为2m，最大的为5m，显然不符合沉渣厚度不得大于20cm的要求，严重影响了桩基承载力的发挥，必须对此8根桩加以处理。根据超声波检测结果绘制的桩号为17#L1和17#L2两根桩的波形图见图2，图左侧的标度为桩身长度，右部为检测波形，可以明显看出桩的缺陷，桩底沉渣很厚，桩身底部混凝土中夹杂大量沉渣，桩体很不完整，存在严重缺陷，不利于桩承载性能的有效发挥。

3.2补强方案

根据桩基存在的问题和现场实际条件，拟采用桩底高压注（压）浆的方法对缺陷桩进行补强加固的方案。本方案的优点是充分利用灌注桩内预留的检测管作为压浆管并采用爆破法将检测管端部封闭端炸开或炸裂，以形成注压浆通道，确保加固工作顺利进行。根据上述设想方案，结合工程实际，采取如下补强实施步骤。

1）爆破作业

①装药的选择

外部接触爆破要求装药具有较高的爆速和猛度，既要将钢管炸裂，又不能造成对桩体的破坏，因此选用小药量的TNT炸药。

②装药的放置

③起爆方式

先对其中一个检测管实施爆破，根据爆破效果，可逐个爆破或3孔同时爆破。

2）注（压）浆补强

①孔口保护和处理

在作业前加强孔口保护，防杂物掉入孔中，造成作业困难或失败。爆破后立即在孔口焊接逆止阀和注浆接口。

②孔底沉渣一次清洗

将高压水管接至其中一个孔口，用2TGZ260/210型高压泵注清水洗孔，洗孔时采用大流量低压档位，孔底沉渣通过另外二根钢管溢出，当孔口泛出清水时换至另一孔，每桩三孔轮流清洗，直到全部流出清水为止。

③孔底沉渣二次清洗在一次冲洗后，开启高压注浆泵，采用高压档用清水进一步冲洗离析的沉渣部位直到管口流出清水。

④一次注浆

注浆材料采用普通32.5水泥浆液，容重控制在1.7～1.8t/m3，利用连通管原理，用比重较大的水泥浆液将离析层及沉渣部位中的水及泥浆置换出来，待某一孔口先冒出浓度相当的水泥浆液时，用注浆逆止阀封闭该孔，强迫浆液从另一孔中流出，直至该孔中流出浓度相当的水泥浆液，再用注浆逆止阀封闭该孔，加大注浆压力采用慢速高压注浆，控制压力不大于4MPa，在压力明显增大时停止注浆，若压力持久不升高时，应注意观察周边地表是否冒浆，同时控制浆液水泥用量不小于5t。

⑤二次封闭压浆

在一次注浆完成约30min后进行二次压浆。二次注浆压力控制在5MPa以内，浆液容重控制在1.8～1.9t/m3，稳定压力时间不小于10min，使桩底沉渣部位和爆破震裂的桩端部位充填饱满，同时有部分浆液渗入桩端周围的土层中。

3）效果分析

通过注（压）浆将桩端沉渣部位充填后重新凝结成体，消除了沉渣的影响，同时对桩端土体起到一定的加固作用，对提高桩的承载力和减小桩基沉降发挥重要作用。

3.3处理效果评价

为检验注浆加固的效果，在经过处理的桩中任选2根，采用高应变拟合法就桩身完整性和承载能力进行检测，以评价桩底注浆效果。检测结果见图2和表2。

由图2可知，两根桩桩端附近的侧阻力已正常发挥，而且桩端阻力均已超过了1500kN，说明桩端附近约2～5m厚的沉渣层，经注浆后已充填密实并得到有效加固，压浆处理后可有效加大桩端阻力，使桩的承载力有了可靠的保证。由表2可知，经加固后的桩基单桩极限荷载已超过10000kN，并且在极限荷载作用下桩顶沉降值也只有20mm左右，远远小于沉降允许值，而且实测各桩身完整

4结论

通过对该立交桥部分钻孔灌注桩沉渣处理前后的对比分析，可以得出结论：

1）桩底压浆技术，可以有效地处理桩底沉渣，减小桩的沉降量。

2）本工程实例说明，通过桩底压浆，不仅可以提高桩端土的端阻力，而且可增强桩侧土体的摩阴力，从而提高了桩的承载力。

3）实践结果表明，采用桩底压浆技术处理桩底沉渣，特别是桩中有预埋的检测钢管时，可以节省很多资金，还可以大大的缩短工期。

参考文献：

[1]王九林.钻（冲）孔灌注桩清渣对策的探讨[J].探矿工程（岩土钻掘工程），2004（9）：627.

[2]龚维明，邹小平.钻孔灌注桩桩底压浆设计施工分析[J].建筑结构，1996（4）：47248.

[3]史配栋.深基础工程特殊技术问题[M].北京：人民交通出版社，2004.