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摘 要：结合南岳高速公路大源渡湘江特大桥钻孔灌注桩采用桩端后注浆的工程实践，介绍了钻孔灌注桩桩端后注浆技术的机理、技术要求、施工流程及控制要点，表明了后注浆技术在提高单桩承载力，减少桩基沉降量方面的应用存在着优势。
关键词：钻孔灌注桩；桩端后注浆；单桩承载力
1 前言
长期的施工实践发现，传统的灌注桩施工工法存在很多难以克服的技术难题，比如在成孔过程中孔壁残留的泥皮以及孔底难以清理干净的沉渣，很大程度上减弱了桩体的侧摩阻力和桩端阻力，成为桩基沉降量较大的主要诱导因素，不能最大限度地发挥桩基的承载性能。
钻孔灌注桩桩后注浆技术即是针对传统工艺所存在的缺陷而发展起来的一种施工工艺，它是指钻孔成桩后，利用预埋在桩身的注浆管，通过地面压力系统，将以水泥为主剂的固化液（如纯水泥浆、加外加剂及掺合料的水泥浆、超细水泥浆、化学浆液等）经桩端注浆装置均匀地注入桩端地层。根据浆液性状、土层特性和注浆参数等不同，压力浆液对桩端土层、桩端沉渣及桩端附近的桩周土体起到渗透、填充、置换、劈裂、压密及固结等不同作用，通过改变土体的物理力学性能及桩土体边界条件，从而提高桩的承载力以及减少桩基的沉降量。因此，对其在实践中的应用及效果进行科学基础上的分析研究有极强的现实意义。
2 工程概况
南岳高速公路第五合同段大源渡湘江特大桥下部结构包括1号～28号桥墩，其中16号～25号桥墩为水中墩，16号桥墩桩基础嵌入强风化花岗闪长岩中。在施工过程中，16-4#桩基钻孔至标高-20m时，发生坍孔、卡锤、掉锤现象，导致锤头掩埋无法取出，钻孔施工已无法达到设计桩底标高。原设计桩基直径为D2.5m，桩基顶标高为+50.000m，桩基底标高为-30.000m，桩长80m，经设计院验算，将桩基底标高变更为-15.000m，桩长变更为65m，桩基直径变更为D3.0m。本桩基地质情况较复杂，为提高桩基础承载力，提高安全系数，采用桩端后注浆技术进行补强。16-4#桩基地质分布情况见图一。
3 桩端后注浆技术的机理
桩端后注浆技术是在钻孔灌注桩成桩、桩身混凝土达到预定强度后，采用高压注浆泵通过预埋注浆管注入水泥浆液或水泥与其它材料的混合浆液，浆液渗透到疏松的桩端虚尖中，结合形成强度较高的混凝土；随着注浆量的增加，水泥浆液不断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“梨花头”，增加了桩端的承压面积，相当于对钻孔桩进行扩孔。当“梨花头”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，对桩端土层进行挤压、密实、充填、固集，将使桩底沉渣、桩端受到扰动的持力层得到有效的加固或压密，使桩土间界面的几何和力学条件得以改善，提高了桩端土体的承载力，从而大幅度提高单桩承载力。
4 桩端后注浆的技术要求
4.1 注浆管布置原则首先是保证注浆的均匀性，同时便于安装和保护，采用4回路U型管形式。
4.2 U型管在底部注浆器上均匀设置6个φ8mm孔，孔口朝下，其构成由三层组成：第一层为能盖住孔眼的图钉；第二层为比U型管外径小3～5mm的橡胶带，每节长度6cm；第三层为密封胶带，盖住橡胶带两端各2cm。
4.3 注浆管路和钢筋笼一起同槽预制，每节之间采用承插式接头。即管节接头采用内径比注浆管外径稍大的钢管，在后场焊接一半，在进行钢筋笼沉放时焊接另一半。为方便施工，加快阀门的安拆速度，在注浆管顶部采用丝扣接头。在后场将注浆管事先车丝，并用专用堵头封好，保证不漏水。在开塞及每个循环完成后要及时用堵头封住管口，防止异物进入管内，影响到注浆工作的顺利进行。
4.4 在桩混凝土浇筑完成后24～48h，由注浆泵用清水将桩端注浆管单向阀冲开，确保注浆管路系统畅通。在桩身混凝土浇筑完毕初期，U型管必须每天打开系统1次，开泵注水循环10～15min，以促使水化热消散和防止注浆管堵塞，在后期，向U型管内注满清水，将管端用柱塞封闭。
4.5 注浆浆液性能要求：初凝时间3～4h，稠度17～18s；7d强度≥10MPa。外加剂为微膨胀剂（≤5%），膨润土（≤5%）。
4.6 浆液配制程序：先放水，再加外加剂，搅拌均匀后加水泥。必须严格控制浆液配合比，搅拌时间不少于2min，浆液应具有良好的流动性，不离析，不沉淀，浆液进入储浆桶时必须用16目纱网进行2次过滤，防止杂物堵塞注浆孔及管路。
4.7 注浆过程中，注浆工作压力为1MPa，注浆控制压力为2PMa。注浆按注浆压力控制。注浆分三次循环，每一循环的注浆管采用均匀间隔跳压，注浆时间及压力控制如下：
（1）第一循环：压力控制在1MPa，每根注浆管压完后，用清水冲洗管路，间隔时间不小于2.5h，不超过3h进行第二循环。
（2）第二循环：压力控制在1.5MPa，每根注浆管压完后，用清水冲洗管路，间隔时间不小于3.5h，不超过6h进行第三循环。
（3）第三循环：压力控制在2MPa，若注浆压力达到控制压力，持荷5min后，关闭阀门，注浆完成。
4.8 施工前的准备工作：
施工机具的调试：将施工机具在现场进行组拼，接通电源試运转，多路球阀全部连接到位，检查是否有机械故障并予以排除。
制浆材料分盘进行计量，将膨润土、膨胀剂按每盘的需求量分别装好，以便拌料时直接投入。现场拌浆机旁堆放的水泥应用帆布盖好，以防下雨受潮。
注浆前对参加人员进行技术交底，做到分工明确，责任到人。
5 施工工艺流程
桩底注浆的施工工艺流程见图二。
6 桩端后注浆施工
注浆按照第4节所述三个循环进行。水泥浆的配合比为水泥1000kg、水550kg、膨润土5%、膨胀剂5%。 （1）将四组回路编为1号、2号、3号、4号管路，并挂牌明示，注浆管路按编号顺序与浆液分配器对应并连接牢固。然后开始压水冲洗管路，进行注浆管路系统及接头耐压试验。试压操作分级缓慢升压，使压力达到注浆控制压力2MPa，停泵稳压后进行检查。
（2）采用的浆液配制程序：先放水，再加外加剂，搅拌均匀后加水泥。
控制浆液配比，搅拌时间不少于2min，每盘浆液搅拌好后先用稠度仪进行测试，稠度控制为17～18s，不合格的浆液不打入储浆池。浆液进入储浆池时用16目纱网进行两次过滤，防止杂物堵塞注浆孔及管路。
（3）浆液装满储浆池后开始第一循环注浆。进浆口注浆时，打开回路的出浆口阀门，先排出注浆管内的清水，当出浆口流出的浆液浓度与进口浆液的浓度基本相同时，关闭出浆口阀门，开始注浆。当注浆压力达到此循环控制压力后开始用水冲洗管路，再拆掉管路的球阀用循环水进行管路循环。第一循环稳定压力为1PMa左右。
间隔2.5h后进行第二循环注浆。先将管路中的水全部排出，关掉出浆口的球阀。当注浆压力达到此循环控制压力后开始用水冲洗管路，再拆掉管路的球阀用循环水进行循环。第二循环稳定压力为1.5PMa左右。
间隔3.5h后进行第三循环注浆。先将管路中的水全部压出，关掉出浆口的球阀。当注浆压力达到此循环控制压力后开始用水冲洗管路，再拆掉管路的球阀用循环水进行循环。第三循环稳定压力为2PMa左右。
最后一次注浆完毕，经监理工程师签字认可后，注浆管路用浆液填充，阀门封闭40min，再卸阀门。
7 施工过程中控制要点
7.1 安装钢筋笼时应确保不损坏注浆管路，下放钢筋笼时不镦放、强行扭转和冲撞。
7.2 在安装钢筋笼和注浆管过程中，在注浆管内注入清水检查其密封性。若注浆管渗透需进行返工处理，直至达到密封要求。
7.3 注浆管接头采用丝扣管箍接头和钢套管焊接接头，保证管路密封，以防泥浆进入管内。
7.4 压水“初裂”时，若水压突然下降，表明单向阀已打开，此时停泵封闭阀门10～20min，以消散压力，防止泥沙倒吸堵塞注浆管路，并通水循环保证管路畅通，防止注浆管堵塞。
7.5 对注浆管路采用间隔跳跃注浆，按北→南→东→西的顺序，这样防止管路相互串浆，并保证注浆的均匀性。
7.6 在注浆过程中若出现压力突然上升，超过控制压力，表明注浆管路已堵，可采取进浆口与出浆口对换再压，反复多次基本上能够压通。
7.7 第三循环注浆完毕，注浆管路用浆液填充，阀门封闭40min，再卸阀门。
7.8 每循环压完后冲洗注浆管路时，可以将浆液回收。
7.9 注浆管路清洗要点
（1）进浆口注浆时，打开回路的出浆口阀门，先排出注浆管内的清水。当出浆口流出的浆液浓度与进口浆液的浓度基本相同时，关闭出浆口阀门，开始注浆。
（2）每循环注浆完成后，立即用清水彻底冲洗干净，再关闭阀门。
（3）在注浆每一循环过程中，必须保证注浆施工的连续性。注浆若停顿时间超过30min，应对管路进行清洗。
（4）每管三次循环注浆完毕后，阀门封闭不小于40min，再卸阀门。
7.10 最后一次注浆完毕，必须经监理工程师签字认可后，注浆管路用浆液填充。
7.11 注浆施工过程中，浆液必须按规定做试块。
8 注浆施工过程中可能出现的问题和应对措施
8.1 注浆管堵塞
在桩底注浆时，若发生压力达到10Mpa以上仍然打不开注浆喷头等造成一根注浆管发生堵塞，可将全部的水泥浆通过另一根畅通导管一次压入桩端，补足注浆数量。对桩端全部不同的桩，必须采取注浆措施。
对注浆开始时即发生桩顶大量返浆的桩，应认真检查并停止注浆，分析是注浆管接头漏浆还是堵塞，并采取相应补救措施，确保其达到设计要求。
8.2 出现冒浆
注浆时常会发生水泥浆沿着桩侧或在其他部位冒浆的现象，若水泥浆液是在其他桩或者地面上冒出，说明桩底已经饱和，可以停止注浆；若从本桩侧壁冒浆，注浆量也满足或接近了设计要求，可以停止注浆；若从本桩侧壁冒浆且注浆量较少，可将该注浆管用清水或压力水冲洗干净，等到第2天原来压入的水泥浆液终凝固化、堵塞冒浆的毛细孔道时再重新注浆。
9 结束语
综上所述，通过本工程的桩端后注浆技术的应用，积累了一定的行之有效的工程经验。实践证明，钻孔灌注桩采用桩端后注浆技术，可以解决钻孔灌注桩固有的工艺缺陷，改善桩基质量，减少沉降，能大幅度提高单桩承载力，节约基础造价，具有较好的技术经济应用前景。
参考文献
[1]《公路桥涵施工技术规范》（JTG/T F50-2011）
[2]《地基與基础工程施工及验收规范》（GBJ 20-83）北京：中国建筑工业出版社出版，1983
[3] 乔景兰，崔玉惠.钻孔灌注桩提高承载力的压力灌浆施工工艺.桩基工程技术[M].北京：中国建材工业出版社，1996
[4]《湖南省衡阳至南岳高速公路 第五合同段 两阶段施工图设计 第三册 工程地质资料》（共二分册）
[5] 邱砚秀.钻孔灌注桩桩端后压浆施工技术[J]，铁道标准设计.1999
关键词：钻孔灌注桩；桩端后注浆；单桩承载力
1 前言
长期的施工实践发现，传统的灌注桩施工工法存在很多难以克服的技术难题，比如在成孔过程中孔壁残留的泥皮以及孔底难以清理干净的沉渣，很大程度上减弱了桩体的侧摩阻力和桩端阻力，成为桩基沉降量较大的主要诱导因素，不能最大限度地发挥桩基的承载性能。
钻孔灌注桩桩后注浆技术即是针对传统工艺所存在的缺陷而发展起来的一种施工工艺，它是指钻孔成桩后，利用预埋在桩身的注浆管，通过地面压力系统，将以水泥为主剂的固化液（如纯水泥浆、加外加剂及掺合料的水泥浆、超细水泥浆、化学浆液等）经桩端注浆装置均匀地注入桩端地层。根据浆液性状、土层特性和注浆参数等不同，压力浆液对桩端土层、桩端沉渣及桩端附近的桩周土体起到渗透、填充、置换、劈裂、压密及固结等不同作用，通过改变土体的物理力学性能及桩土体边界条件，从而提高桩的承载力以及减少桩基的沉降量。因此，对其在实践中的应用及效果进行科学基础上的分析研究有极强的现实意义。
2 工程概况
南岳高速公路第五合同段大源渡湘江特大桥下部结构包括1号～28号桥墩，其中16号～25号桥墩为水中墩，16号桥墩桩基础嵌入强风化花岗闪长岩中。在施工过程中，16-4#桩基钻孔至标高-20m时，发生坍孔、卡锤、掉锤现象，导致锤头掩埋无法取出，钻孔施工已无法达到设计桩底标高。原设计桩基直径为D2.5m，桩基顶标高为+50.000m，桩基底标高为-30.000m，桩长80m，经设计院验算，将桩基底标高变更为-15.000m，桩长变更为65m，桩基直径变更为D3.0m。本桩基地质情况较复杂，为提高桩基础承载力，提高安全系数，采用桩端后注浆技术进行补强。16-4#桩基地质分布情况见图一。
3 桩端后注浆技术的机理
桩端后注浆技术是在钻孔灌注桩成桩、桩身混凝土达到预定强度后，采用高压注浆泵通过预埋注浆管注入水泥浆液或水泥与其它材料的混合浆液，浆液渗透到疏松的桩端虚尖中，结合形成强度较高的混凝土；随着注浆量的增加，水泥浆液不断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“梨花头”，增加了桩端的承压面积，相当于对钻孔桩进行扩孔。当“梨花头”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，对桩端土层进行挤压、密实、充填、固集，将使桩底沉渣、桩端受到扰动的持力层得到有效的加固或压密，使桩土间界面的几何和力学条件得以改善，提高了桩端土体的承载力，从而大幅度提高单桩承载力。
4 桩端后注浆的技术要求
4.1 注浆管布置原则首先是保证注浆的均匀性，同时便于安装和保护，采用4回路U型管形式。
4.2 U型管在底部注浆器上均匀设置6个φ8mm孔，孔口朝下，其构成由三层组成：第一层为能盖住孔眼的图钉；第二层为比U型管外径小3～5mm的橡胶带，每节长度6cm；第三层为密封胶带，盖住橡胶带两端各2cm。
4.3 注浆管路和钢筋笼一起同槽预制，每节之间采用承插式接头。即管节接头采用内径比注浆管外径稍大的钢管，在后场焊接一半，在进行钢筋笼沉放时焊接另一半。为方便施工，加快阀门的安拆速度，在注浆管顶部采用丝扣接头。在后场将注浆管事先车丝，并用专用堵头封好，保证不漏水。在开塞及每个循环完成后要及时用堵头封住管口，防止异物进入管内，影响到注浆工作的顺利进行。
4.4 在桩混凝土浇筑完成后24～48h，由注浆泵用清水将桩端注浆管单向阀冲开，确保注浆管路系统畅通。在桩身混凝土浇筑完毕初期，U型管必须每天打开系统1次，开泵注水循环10～15min，以促使水化热消散和防止注浆管堵塞，在后期，向U型管内注满清水，将管端用柱塞封闭。
4.5 注浆浆液性能要求：初凝时间3～4h，稠度17～18s；7d强度≥10MPa。外加剂为微膨胀剂（≤5%），膨润土（≤5%）。
4.6 浆液配制程序：先放水，再加外加剂，搅拌均匀后加水泥。必须严格控制浆液配合比，搅拌时间不少于2min，浆液应具有良好的流动性，不离析，不沉淀，浆液进入储浆桶时必须用16目纱网进行2次过滤，防止杂物堵塞注浆孔及管路。
4.7 注浆过程中，注浆工作压力为1MPa，注浆控制压力为2PMa。注浆按注浆压力控制。注浆分三次循环，每一循环的注浆管采用均匀间隔跳压，注浆时间及压力控制如下：
（1）第一循环：压力控制在1MPa，每根注浆管压完后，用清水冲洗管路，间隔时间不小于2.5h，不超过3h进行第二循环。
（2）第二循环：压力控制在1.5MPa，每根注浆管压完后，用清水冲洗管路，间隔时间不小于3.5h，不超过6h进行第三循环。
（3）第三循环：压力控制在2MPa，若注浆压力达到控制压力，持荷5min后，关闭阀门，注浆完成。
4.8 施工前的准备工作：
施工机具的调试：将施工机具在现场进行组拼，接通电源試运转，多路球阀全部连接到位，检查是否有机械故障并予以排除。
制浆材料分盘进行计量，将膨润土、膨胀剂按每盘的需求量分别装好，以便拌料时直接投入。现场拌浆机旁堆放的水泥应用帆布盖好，以防下雨受潮。
注浆前对参加人员进行技术交底，做到分工明确，责任到人。
5 施工工艺流程
桩底注浆的施工工艺流程见图二。
6 桩端后注浆施工
注浆按照第4节所述三个循环进行。水泥浆的配合比为水泥1000kg、水550kg、膨润土5%、膨胀剂5%。 （1）将四组回路编为1号、2号、3号、4号管路，并挂牌明示，注浆管路按编号顺序与浆液分配器对应并连接牢固。然后开始压水冲洗管路，进行注浆管路系统及接头耐压试验。试压操作分级缓慢升压，使压力达到注浆控制压力2MPa，停泵稳压后进行检查。
（2）采用的浆液配制程序：先放水，再加外加剂，搅拌均匀后加水泥。
控制浆液配比，搅拌时间不少于2min，每盘浆液搅拌好后先用稠度仪进行测试，稠度控制为17～18s，不合格的浆液不打入储浆池。浆液进入储浆池时用16目纱网进行两次过滤，防止杂物堵塞注浆孔及管路。
（3）浆液装满储浆池后开始第一循环注浆。进浆口注浆时，打开回路的出浆口阀门，先排出注浆管内的清水，当出浆口流出的浆液浓度与进口浆液的浓度基本相同时，关闭出浆口阀门，开始注浆。当注浆压力达到此循环控制压力后开始用水冲洗管路，再拆掉管路的球阀用循环水进行管路循环。第一循环稳定压力为1PMa左右。
间隔2.5h后进行第二循环注浆。先将管路中的水全部排出，关掉出浆口的球阀。当注浆压力达到此循环控制压力后开始用水冲洗管路，再拆掉管路的球阀用循环水进行循环。第二循环稳定压力为1.5PMa左右。
间隔3.5h后进行第三循环注浆。先将管路中的水全部压出，关掉出浆口的球阀。当注浆压力达到此循环控制压力后开始用水冲洗管路，再拆掉管路的球阀用循环水进行循环。第三循环稳定压力为2PMa左右。
最后一次注浆完毕，经监理工程师签字认可后，注浆管路用浆液填充，阀门封闭40min，再卸阀门。
7 施工过程中控制要点
7.1 安装钢筋笼时应确保不损坏注浆管路，下放钢筋笼时不镦放、强行扭转和冲撞。
7.2 在安装钢筋笼和注浆管过程中，在注浆管内注入清水检查其密封性。若注浆管渗透需进行返工处理，直至达到密封要求。
7.3 注浆管接头采用丝扣管箍接头和钢套管焊接接头，保证管路密封，以防泥浆进入管内。
7.4 压水“初裂”时，若水压突然下降，表明单向阀已打开，此时停泵封闭阀门10～20min，以消散压力，防止泥沙倒吸堵塞注浆管路，并通水循环保证管路畅通，防止注浆管堵塞。
7.5 对注浆管路采用间隔跳跃注浆，按北→南→东→西的顺序，这样防止管路相互串浆，并保证注浆的均匀性。
7.6 在注浆过程中若出现压力突然上升，超过控制压力，表明注浆管路已堵，可采取进浆口与出浆口对换再压，反复多次基本上能够压通。
7.7 第三循环注浆完毕，注浆管路用浆液填充，阀门封闭40min，再卸阀门。
7.8 每循环压完后冲洗注浆管路时，可以将浆液回收。
7.9 注浆管路清洗要点
（1）进浆口注浆时，打开回路的出浆口阀门，先排出注浆管内的清水。当出浆口流出的浆液浓度与进口浆液的浓度基本相同时，关闭出浆口阀门，开始注浆。
（2）每循环注浆完成后，立即用清水彻底冲洗干净，再关闭阀门。
（3）在注浆每一循环过程中，必须保证注浆施工的连续性。注浆若停顿时间超过30min，应对管路进行清洗。
（4）每管三次循环注浆完毕后，阀门封闭不小于40min，再卸阀门。
7.10 最后一次注浆完毕，必须经监理工程师签字认可后，注浆管路用浆液填充。
7.11 注浆施工过程中，浆液必须按规定做试块。
8 注浆施工过程中可能出现的问题和应对措施
8.1 注浆管堵塞
在桩底注浆时，若发生压力达到10Mpa以上仍然打不开注浆喷头等造成一根注浆管发生堵塞，可将全部的水泥浆通过另一根畅通导管一次压入桩端，补足注浆数量。对桩端全部不同的桩，必须采取注浆措施。
对注浆开始时即发生桩顶大量返浆的桩，应认真检查并停止注浆，分析是注浆管接头漏浆还是堵塞，并采取相应补救措施，确保其达到设计要求。
8.2 出现冒浆
注浆时常会发生水泥浆沿着桩侧或在其他部位冒浆的现象，若水泥浆液是在其他桩或者地面上冒出，说明桩底已经饱和，可以停止注浆；若从本桩侧壁冒浆，注浆量也满足或接近了设计要求，可以停止注浆；若从本桩侧壁冒浆且注浆量较少，可将该注浆管用清水或压力水冲洗干净，等到第2天原来压入的水泥浆液终凝固化、堵塞冒浆的毛细孔道时再重新注浆。
9 结束语
综上所述，通过本工程的桩端后注浆技术的应用，积累了一定的行之有效的工程经验。实践证明，钻孔灌注桩采用桩端后注浆技术，可以解决钻孔灌注桩固有的工艺缺陷，改善桩基质量，减少沉降，能大幅度提高单桩承载力，节约基础造价，具有较好的技术经济应用前景。
参考文献
[1]《公路桥涵施工技术规范》（JTG/T F50-2011）
[2]《地基與基础工程施工及验收规范》（GBJ 20-83）北京：中国建筑工业出版社出版，1983
[3] 乔景兰，崔玉惠.钻孔灌注桩提高承载力的压力灌浆施工工艺.桩基工程技术[M].北京：中国建材工业出版社，1996
[4]《湖南省衡阳至南岳高速公路 第五合同段 两阶段施工图设计 第三册 工程地质资料》（共二分册）
[5] 邱砚秀.钻孔灌注桩桩端后压浆施工技术[J]，铁道标准设计.1999