王佐，杨海龙，谢云龙，白联杰

（1.重庆新和建筑工程有限公司，重庆 401120；2.中国电子系统工程第二建设有限公司，重庆 400050；3.华诚博远工程技术集团有限公司重庆分公司，重庆 401120）

1 引言

钻孔灌注桩因其施工方便、能适应不同岩土持力层，是基础工程中广泛应用的一种桩型。为防止塌孔，钻孔时一般采用泥浆进行护壁。灌注桩浇筑后，在桩身与岩土层之间就夹着一层泥皮，对桩侧摩阻力的发挥产生不利影响。由于清孔不干净，桩端存在沉渣，也影响桩端承载能力的发挥。后注浆通过对桩侧和桩端土的加固能显著提高基桩承载力和减小基桩沉降，因此，在实际工程中得到越来越多的应用。JGJ 94—2008《建筑桩基技术规范》[1]（以下简称《规范》）根据几十根不同土层中的未注浆和后注浆灌注桩的对比静载试验，提供了一种后注浆灌注桩承载力的估算方法。后注浆技术受成桩工艺、岩土条件、桩径桩长、注浆方式、受荷载方式等因素的影响很大[2-8]，加固机理理论方面的研究还不深入。虽然有研究者进行了一些实验室模拟试验研究[9-10]，但是后注浆技术是一种基于大量工程实践的工艺，因此，有必要积累工程实践经验，特别是静载试验，以进一步对后注浆桩的加固特性进行研究。本文结合实际工程，基于4根未注浆灌注桩抗压、4根桩端后注浆抗压、4根桩端后注浆抗拔的静载试验，对桩端后注浆的加固效果及竖向影响高度等进行了研究。

2 后注浆加固机理

灌注桩桩端后注浆是在灌注桩浇灌完混凝土并达到一定强度之后,通过预埋的注浆管向桩底压入一定配比的水泥浆，对桩底的沉渣和和土层进行加固。后注浆对桩端的加固作用机理，根据注浆的阶段和浆液压力大小的不同，大致分为3种作用。（1）渗透作用：在注浆的初期，注浆压力较小，浆液向桩端土层渗透，对土层的孔隙和间隙进行填充。（2）压密作用：随着土层空隙被填充，浆液压力增大，在土层中形成浆泡，对土层产生压密作用并增大其应力。（3）劈裂作用：浆液对土层的挤压占位空间有限，浆液压力不断增大，克服了土体的初始应力和抗拉强度，对土体产生劈裂破坏，浆液随着土体的劈裂裂隙向远处延伸。

不同的土层特性、不同的浆液浓度、不同的注浆压力、不同的注浆方式，上述3种注浆作用发挥的效果不同。注浆后，在桩端形成残余压应力，通过对桩端土的预加载作用，提高了桩端阻力的发挥比例[11]。注浆通过上述对桩底沉渣及桩底附近土体的渗透、压密、劈裂和预压作用，加固了桩底土层，提高了桩底土层的强度和刚度，从而提高桩端承载力和减小了基桩的沉降。桩端注浆浆液在压力的作用下，还会沿桩身外侧上返，填充桩土接触面的孔隙，对桩周泥皮及土体产生渗透、压密和劈裂作用，浆液固结后形成强度较高的水泥结石体，加固了桩周泥皮和土体，增大了桩侧剪切界面的阻力和粗糙度，改善了桩侧与土体的边界条件，提高了桩侧土的强度与刚度，从而对基桩承载力的提高和沉降的减小发挥了重要作用[12]。

3 试桩概况

天津武清某大型商业，建筑面积19.8万m2，地上4层地下2层。项目地质勘察钻探揭露地层主要是粉质黏土、粉土、粉砂层，地下水埋深约2 m。根据勘察报告，拟采用桩端后注浆钻孔灌注桩。为了获得桩基的实际承载力，优化桩基设计，进行了4根未注浆灌注桩、4根桩端后注浆抗压桩、4根桩端后注浆抗拔桩的静载试验。试桩为泥浆护壁钻孔灌注桩，桩径均为600 mm，混凝土强度等级C40。

第1组试桩（SZ1-1～SZ1-4）以9-3黏土层为桩端持力层，桩长24 m，未注浆，抗压静载试验；第2组试桩（SZ2-1～SZ2-4）以11-4粉砂层为桩端持力层，桩长39 m，桩端后注浆，抗压静载试验；第3组试桩（SZ3-1～SZ3-4）以11-4粉砂层为桩端持力层，桩长39m，桩端后注浆，抗拔静载试验。第2组、第3组每根试桩对称布置2根φ25 mm注浆管，注浆管等效替代桩纵向主筋。注浆管固定于钢筋笼内侧，顶部高出桩顶200 mm，下部超出钢筋笼底部300 mm，出浆口采用单向截流阀并伸入桩底土中。灌注桩混凝土浇筑后24 h内进行压水试验，清除单向阀周围沉渣中的混凝土和泥浆。3 d后进行注浆，桩端后注浆采用42.5级普通硅酸盐水泥，水灰比0.55，最大注浆压力4 MPa，注浆水泥用量1.3～1.6 t。第2组和第3组各选1根桩（SZ2-3、SZ3-2）做应力测试，以测试和分析桩侧阻力分布规律。桩身每隔2 m布设1层应力计测试截面，每层截面对称布置2个振弦式应力传感器，共19层。在SZ2-3的桩底部截面对称布置2个压力盒，用来测量桩端阻力。注浆25 d后进行静载试验。静载试验荷载采用慢速维持荷载法，荷载的加卸载方式按JGJ 106—2014《建筑基桩检测技术规范》[13]进行。

4 试桩极限承载力

各组试桩基本参数、静载试验极限承载力及对应桩顶沉降数据见表1。根据地勘报告提供的未注浆桩基设计参数和试桩附近钻探孔揭示的各地层岩性及厚度，按JGJ 94—2008《建筑桩基技术规范》中5.3.5式计算了各组试桩未注浆时的极限承载力（见表1）。

表1 试桩静载结果

第1组试桩静载试验抗压极限承载力平均值为2 134 kN，与按地勘报告参数计算的抗压极限承载力2 02 9kN很接近，相差约5%。4根试桩的静载极限承载力数据离散性很大，极差与平均值的比达到了44%。这4根试桩位置相差不太远，地勘报告揭示该区域各地层土的分布和厚度均比较稳定，岩土条件不存在大的差别。该组桩静载承载力离散性很大，说明在该地层条件下，桩长较长时，泥浆护壁钻孔桩质量受施工影响很大，成桩质量不稳定，承载力不可靠。

第2组试桩按未注浆的桩基设计参数计算的抗压极限承载力为3 953 kN，桩端注浆后静载试验抗压极限承载力平均值为5 846 kN，提高了48%，离散性很小，极差与平均值的百分比为10%，其中3根试桩的极限承载力相同。显示后注浆对桩端沉渣和桩侧泥皮等薄弱部位加固效果良好，加固后承载力提高明显。而且由于对可能存在的缺陷进行了加固，试桩质量稳定，承载力稳定可靠。

第3组试桩按未注浆的桩基设计参数计算的抗拔极限承载力为2 511 kN，桩端注浆后静载试验抗拔极限承载力平均值为3 484 kN，提高了39%，离散性比较小，极差与平均值的百分比为17%。显示桩端注浆对桩侧的加固效果明显，质量比较稳定，抗拔承载力可靠。第3组抗拔承载力提高的比例略小于第2组抗压承载力提高的比例，推测是注浆对桩端阻力的提高比例大于对桩侧阻力的提高比例所致。

5 试桩端阻力及侧阻力

5.1 抗压试桩端阻力

第2组抗压试桩SZ2-3桩底埋设的压力盒，注浆后静载试验在极限荷载时检测得桩端极限端阻力qp为2 958 kPa，地勘报告提供的未注浆时极限端阻力标准值qpk=1 100 kPa，注浆后提高了169%，相当于注浆后桩端阻力增强系数βp为2.69。桩端持力层为粉砂时规范对桩端阻力增强系数βp的取值范围是2.4～2.8，试验值与规范值吻合好。

5.2 抗压试桩侧阻力

在试桩加载的过程中，桩身埋设的19组振弦式应变计量测桩身对应截面的轴向应变，通过计算得到对应桩身截面的轴力，由相邻截面的轴力差，可以计算出该段桩身外侧的摩阻力。由桩顶在极限荷载作用下的桩身各截面轴力计算出桩身的分段极限侧阻力，再根据应力计与桩周各土层的位置关系，计算出各土层的极限侧阻力。第2组抗压试桩SZ2-3桩侧各土层的名称及厚度、地勘报告建议的未注浆时极限侧阻力标准值qsik、注浆后静载检测计算所得极限侧阻力qsi及提高百分比见表2。从表2中可见，8-2粉土层（层底距桩底18.4 m）以上各土层注浆与未注浆侧阻力几乎一致，显示未受注浆影响。9-1粉质黏土层（层顶距桩底18.4 m）以下各土层注浆后侧阻力明显提高，说明桩端注浆浆液沿桩身外侧上返，对桩侧泥皮和土层的加固实际高度为18.4 m，超出规范取值12 m约50%。各土层侧阻的提高比例为30%～69%，比规范取值（40%～100%）略偏小。根据表2数据可以计算得，桩端以上12 m高度范围未注浆时按地勘报告提供参数计算的侧阻力为1 468 kN，桩端以上18.4 m高度范围桩的注浆后侧阻力比未注浆时提高了1 208 k N。用18.4 m桩长提高的侧阻力1 208 kN除以未注浆时12 m桩长的侧阻力1 468 kN，得到0.82，即等效到12 m桩长的注浆侧阻力增强系数βs为1.82，在规范的增强系数取值范围内（βsi=1.4～2.0）且略大于其中值。越往下土层的侧阻力提高比例越大，显示越靠近桩端注浆口，由于浆液压力大，对桩侧泥皮和土层的填充、渗透、压密和劈裂作用越强，加固效果越好。

表2 抗压桩SZ2-3桩身极限侧阻力

5.3 抗拔试桩侧阻力

第3组抗拔试桩SZ3-2桩周各土层的名称及厚度、地勘报告建议的未注浆时抗拔极限侧阻力标准值q′sik、注浆后静载检测结果计算所得抗拔极限侧阻力q′si及提高百分比见表3。从表3中可见，8-1粉质黏土层（层底距桩底18.4 m）以上各土层注浆与未注浆侧阻力相比比较接近，相差百分比在11%以内，可以认为未受注浆影响。9-1粉质黏土层（层顶距桩底18.4 m）以下各土层注浆后侧阻力明显提高，说明桩端注浆浆液沿桩身外侧上返加固实际高度为18.4 m。桩端注浆加固高度18.4 m范围内整体趋势是越往下土层侧阻力提高比例越大，提高比例为19%～74%，比规范取值范围（40%～100%）偏小。根据表3数据计算得桩端以上12 m高度范围未注浆时按地勘报告提供参数计算的侧阻力为978 kN，桩端以上18.4 m高度范围桩的注浆后侧阻力比未注浆时提高了650kN。用18.4 m桩长提高的侧阻力650 kN除以未注浆时12 m桩长的侧阻力978 k N，得到0.66，即等效到桩端12 m长的注浆侧阻力增强系数βs为1.66，在规范增强系数的取值范围内（βsi=1.4～2.0）但略偏小。在第3组的4根试桩里，SZ3-2的抗拔极限承载力是最低的，比平均值低10%。用第3组试桩承载力平均值推算得抗拔侧阻力提高比例为83%，在规范的增强系数取值范围内且略大于其中值。

表3 抗拔桩SZ3-2桩身极限侧阻力

6 结论

通过实际工程3组共12根泥浆护壁钻孔灌注桩的静载试验及应力检测结果分析，显示桩的成桩质量及后注浆加固效果如下，可供类似岩土条件的桩基设计和研究参考。

1）该场地地层未注浆泥浆护壁灌注桩承载力平均值与按地勘报告参数计算值接近，但离散性很大，显示其受施工影响很大，成桩质量不稳定。

2）采用文中的工艺及参数进行桩端注浆后，抗压桩和抗拔桩静载试验极限承载力比未注浆计算值有明显提高，且离散性较小，承载力稳定可靠，显示桩端后注浆对桩的加固效果良好。

3）桩端注浆后对桩底沉渣和土层的渗透、压密、劈裂加固作用明显，桩端阻力提高显著，提高比例与规范取值吻合。

4）桩端后注浆浆液沿桩侧上返加固桩侧泥皮和土体的实际高度达18.4 m，大于规范的竖向增强段高度取值12 m。

5）不论是抗压桩还是抗拔桩，在桩端注浆实际竖向增强段高度范围内，桩周土层的侧阻力提高比例在规范取值范围内但略偏小。等效到规范的12 m竖向增强段高度后，桩周土层侧阻力提高比例比规范取值范围的中值略大。