桩基础施工技术讲座桩端压力注浆桩(上)

桩端压力注浆桩提高桩承载力的机理

在粗粒土(孔隙较大的中砂、粗砂、卵石、砾石)的桩端持力层中注浆时浆液渗入率高，浆液主要通过渗透、部分挤密、填充及固结作用，大幅度地提高持力层扰动面及持力层的强度和变形模量，并形成水泥土结石体扩大头，增大桩端受力面积，提高桩端阻力。试验结果表明，与相同桩长、相同桩身直径的直孔桩相比，其极限承载力的增幅在50%~260%范围内。

在细粒土(黏性土、粉土、粉砂、细砂等)的桩端持力层中注浆时，浆液渗入率低，如果浆液压力超过劈裂压力，则土体产生水力劈裂，实现劈裂注浆，单一介质土体被网状结石体分割加筋成复合土体；它能有效地传递和分担荷载，从而提高桩端阻力。试验结果表明，与相同桩长、相同桩身直径的直孔桩相比，其极限承载力增幅通常在14%~88%的范围内，个别桩的增幅可达106%~138%，其增幅较在粗粒土的桩端持力层中注浆时小。

桩端虚土(沉渣)与注入的浆液发生物理化学反应而固化，凝结成一个结构新、强度高、化学性能稳定的结石体，提高桩端阻力。

随着注浆量的增加及注浆压力的提高，水泥浆液一方面不断地向由于受泥浆浸泡而松软的桩端持力层中渗透，在桩端形成梨形体，当梨形体不断增大时，渗透能力受到周围致密土层的限制，使压力不断升高，压力升高对桩端持力层起到压密作用，提高了桩端土体的承载力。同时，由于在桩端形成了梨形体，增加了桩端的承压面积，相当于对钻孔桩进行“扩底”，从而提高了泥浆护壁钻孔桩的桩端阻力。

在非渗透性中等以上风化基岩的桩端持力层中注浆时，在注浆压力不够大的情况下，因受围岩的约束，压力浆液只能渗透填充到沉渣孔隙中，形成浆泡，挤压周围沉渣颗粒，使沉渣间的泥浆充填物产生脱水、固结；在注浆压力足够大的情况下，会产生劈裂注浆和挤密效应。

对于泥浆护壁法灌注桩，注入桩端的浆液在压力作用下，在桩端以上一定高度范围内会沿着桩土间泥皮上渗，加固泥皮，充填桩身于桩周土体的间隙并渗入到桩周土层一定宽度范围，浆液固结后调动起更大范围内的桩周土体参与桩的承载，提高桩侧阻力。对于干作业灌注桩，压力浆液在桩端以上一定高度范围内，沿着桩周土上渗扩散(对于粗粒土)或上渗劈裂加筋(对于细粒土)，提高桩侧阻力。

桩端压力注浆使桩上抬而产生反向摩阻力，相当于“预应力”的作用，提高桩侧阻力。

在注浆压力作用下，使桩端压缩变形部分地在施工期内提前完成，减少日后使用期的竖向压缩变形。

桩端压力注浆施工设备与机具

注浆施工设备和机具大体上可分为地面注浆装置和地下注浆装置2大部分。地面注浆装置由高压注浆泵、浆液搅拌机、储浆桶(箱)、地面管路系统及观测仪表等组成；地下注浆装置由注浆导管、桩端注浆装置及相应的连接和保护配件等组成。

高压注浆泵及观测仪表

桩端压力注浆对泵的要求是排浆量要小，而压力要高、要稳。泵的额定压力应大于要求的最大注浆压力的1.5倍，通常选泵的额定压力为6~12 MPa，泵的额定流量为30~100 L/min。在注浆泵上必须配备有压力表和流量计，压力表的量程应为额定泵压的1.5~2.0倍。

浆液搅拌机及储浆桶(箱)

浆液搅拌机及储浆桶(箱)可根据施工条件选配。浆液搅拌机容量应与额定注浆流量相匹配，0.2~0.3 m3，搅拌机浆液出口应设置滤网。

地面管路系统

该系统主要由浆液地面输送系统组成，必须确保其密封性。输送管可采用能承受2倍以上最大注浆压力的高压胶管及无缝钢管等，其长度不宜超过50 m。开式注浆输送管与内导管连接处设卸压阀，以便在结束注浆时减压卸除输送管。闭式注浆输送管与内导管连接处设止浆阀，其用途是在结束注浆时达到止浆的目的，以便阻止浆液在腔体弹力作用下回流。如果输送距离过长，还应在桩顶处设一套观测仪表。

注浆导管

注浆导管是连接地面输送管和桩端注浆装置的过渡管段，其材质可为镀锌管、冷轧或热轧钢管及耐压PVC管，一般采用钢管，其连接方式有管箍连接和套管焊接2种。管箍连接简单，易操作，适用于钢筋笼运输和放置过程中挠度不大、注浆导管受力很小的情况；反之则必须采用套管焊接。注浆导管公称直径为25.4~50.8 mm，视桩身直径大小取值；当注浆导管兼用于桩身超声波检测时，则其公称直径取大值。注浆导管公称直径为25.4 mm(1")时，壁厚为3.0 mm左右。