隨著土木建筑工程向大型化、群體化發(fā)展以及城市改造向高層、超高層建筑發(fā)展，各種類型的灌注樁的使用愈來愈多。但單一工藝的灌注樁往往滿足不了上述發(fā)展的要求，以泥漿護(hù)壁法鉆、沖孔灌注樁為例，由于成孔工藝的固有缺陷(樁端沉渣和樁側(cè)泥膜的存在)，導(dǎo)致樁端阻力和樁側(cè)阻力顯著降低。為了消除樁端沉渣和樁周泥膜等隱患，國(guó)內(nèi)外把地基處理灌漿技術(shù)引用到樁基，采取對(duì)樁端(孔底)及樁側(cè)(孔壁)實(shí)施壓力注漿措施。近30年來這2項(xiàng)技術(shù)在我國(guó)得到廣泛的應(yīng)用與發(fā)展。
    我國(guó)將注漿技術(shù)用于樁基礎(chǔ)始于20世紀(jì)80年代初，1983年，北京市建筑工程研究所在國(guó)內(nèi)首先研究開發(fā)出預(yù)留注漿空腔方式的樁端壓力注漿樁。沈保漢和曾鳴于1987年研制開發(fā)出帶活動(dòng)鋼板的預(yù)留注漿空腔方式的樁端壓力注漿裝置。1988年徐州市第二建筑設(shè)計(jì)院在國(guó)內(nèi)首先研制開發(fā)出泥漿護(hù)壁灌注樁的預(yù)留注漿通道方式的樁端壓力注漿技術(shù)。
    進(jìn)入20世紀(jì)90年代后，樁端壓力注漿技術(shù)在國(guó)內(nèi)得到蓬勃發(fā)展，樁端壓力注漿裝置形式也有多種。
    樁端壓力注漿樁基本原理
    樁端壓力注漿樁是指在成樁后對(duì)樁端進(jìn)行壓力注漿的樁型，鉆(沖、挖)孔灌注樁待樁身混凝土達(dá)到一定強(qiáng)度后，通過預(yù)埋在樁身的注漿管路，利用高壓注漿泵的壓力作用，經(jīng)樁端的預(yù)留壓力注漿裝置向樁端土層均勻地注入能固化的漿液(如純水泥漿、水泥砂漿、加外加劑及摻合料的水泥漿、超細(xì)水泥漿以及化學(xué)漿液等)；視漿液性狀、土層特性和注漿參數(shù)等不同條件，壓力漿液對(duì)樁端土層、中風(fēng)化與強(qiáng)風(fēng)化基巖、樁端虛土及樁端附近的樁周土層分別起到滲透、填充、置換、劈裂、壓密及固結(jié)或多種形式的不同組合作用，改變其物理化學(xué)力學(xué)性能及樁與巖、土之間的邊界條件，消除虛土隱患，從而提高樁的承載力以及減少樁基的沉降量。
    樁端壓力注漿樁優(yōu)缺點(diǎn)
    保留了各種灌注樁的優(yōu)點(diǎn)。大幅度提高樁的承載力，技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益顯著。采用樁端壓力注漿工藝，可改變樁端虛土(包括孔底擾動(dòng)土、孔底沉渣、孔口與孔壁回落土等)的組成結(jié)構(gòu)，可解決普通灌注樁樁端虛土這一技術(shù)難題，對(duì)確保樁基工程質(zhì)量具有重要意義。壓力注漿時(shí)可測(cè)定注漿量、注漿壓力和樁頂上抬量等參數(shù)，既能進(jìn)行注漿樁的質(zhì)量管理，又能預(yù)估單樁承載力。技術(shù)工藝簡(jiǎn)練，施工方法靈活，注漿設(shè)備簡(jiǎn)單，便于普及，適應(yīng)性廣。因?yàn)闃抖藟毫ψ�漿樁是成樁后進(jìn)行壓力注漿，故其技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果明顯高于成孔后(即成樁前)進(jìn)行壓力注漿的孔底壓力注漿類樁。
    缺點(diǎn)：
    需精心施工，否則會(huì)造成注漿管被堵、注漿管被包裹、地面冒漿和地下竄漿等現(xiàn)象。需注意相應(yīng)的灌注樁的成孔與成樁工藝，確保施工質(zhì)量，否則將影響壓力注漿工藝的效果。壓力注漿必須在樁身混凝土強(qiáng)度達(dá)到一定值后方可進(jìn)行，因此會(huì)增長(zhǎng)施工工期，但當(dāng)施工場(chǎng)地樁數(shù)較多時(shí)，可采取合適的施工流水作業(yè)，以縮短工期。
    樁端壓力注漿樁適用范圍
    樁端壓力注漿樁適應(yīng)性較強(qiáng)，幾乎可適用于各種土層及強(qiáng)、中風(fēng)化巖層；既能在水位以上干作業(yè)成孔成樁，也能在有地下水的情況下成孔成樁；螺旋鉆成孔、貝諾特法成孔、正循環(huán)鉆成孔、反循環(huán)鉆成孔、潛水鉆成孔、人工挖孔、旋挖鉆斗鉆成孔和沖擊鉆成孔灌注樁在成樁前，只要在樁端預(yù)留壓力注漿裝置，均可在成樁后進(jìn)行樁端壓力注漿。
    樁端壓力注漿分類
    按樁端預(yù)留壓力注漿裝置的形式分類
    按樁端預(yù)留壓力注漿裝置的形式有預(yù)留壓力注漿室、預(yù)留承壓包、預(yù)留注漿空腔、預(yù)留注漿通道以及預(yù)留特殊注漿裝置。
    樁端壓力注漿裝置是整個(gè)樁端壓力注漿施工工藝的核心部件。據(jù)筆者收集到的資料，至今國(guó)內(nèi)外的樁端壓力注漿裝置接近30種，其中國(guó)內(nèi)約有20種，但是各種裝置的技術(shù)水平參差不齊，技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果相差較大。
 按注漿管埋設(shè)方法分類
    樁身預(yù)埋管注漿法
    此法是在沉放鋼筋籠的同時(shí)，將固定在鋼筋籠上的注漿管一起放入孔內(nèi)；或在鋼筋籠沉放入孔中后，將注漿管單獨(dú)插入孔底；或在鋼筋籠沉放如孔中后，將注漿管隨特殊注漿裝置沉放入孔底。此法按注漿管埋設(shè)在樁身斷面中的位置可分為樁身中心預(yù)埋管法和樁側(cè)預(yù)埋管法。
    樁身預(yù)埋注漿法按注漿循環(huán)方式又分為單向管注漿和U形管注漿。
    單向管注漿是指漿液由注漿泵單方向注入到樁端土層中，呈單向性，不能控制注漿次數(shù)和注漿間隔，注漿管路不能重復(fù)使用，如圖1(a)所示。
    U形管注漿又稱循環(huán)注漿，是指每一個(gè)注漿系統(tǒng)由1根進(jìn)口管、1根出口管和1個(gè)注漿裝置組成。注漿時(shí)，將出漿口封閉，漿液通過樁端注漿裝置的單向閥注入土層中。一個(gè)循環(huán)注完規(guī)定的注漿量后，將注漿口打開，通過進(jìn)漿口以清水對(duì)管路進(jìn)行沖洗，同時(shí)單向閥可防止?jié){液回流，保證管路的暢通，便于下一循環(huán)繼續(xù)使用，從而實(shí)現(xiàn)注漿的可控性，如圖1(b)所示。
    鉆孔埋管注漿法又分為樁身中心鉆孔埋管注漿法和樁外側(cè)鉆孔埋管注漿法。
    樁身中心鉆孔埋管注漿法往往在處理樁的質(zhì)量事故以滿足設(shè)計(jì)承載力要求時(shí)采用，成樁后，在樁身中心鉆孔，并深入到樁端持力層一定深度(一般為1倍樁徑以上)，然后放入注漿管，進(jìn)行樁端壓力注漿。
    樁外側(cè)鉆孔埋管注漿法往往在樁身質(zhì)量無問題，但需提高承載力，以滿足設(shè)計(jì)要求時(shí)采用。成樁后，沿樁側(cè)周圍相距0.2~0.5m進(jìn)行鉆孔，成孔后放入注漿管，進(jìn)行樁端壓力注漿，如圖2(b)所示。
    閉式注漿將預(yù)制的彈性良好的腔體(又稱承壓包、預(yù)承包、注漿膠囊等)或壓力注漿室隨鋼筋籠放入孔底。成樁后，在壓力作用下，把漿液注入腔體內(nèi)。隨注漿壓力和注漿量的增加，彈性腔體逐漸膨脹、擴(kuò)張，在樁端土層中形成漿泡，漿泡逐漸擴(kuò)大壓密沉渣和樁端土體，并用漿體取代(置換)部分樁端土層。在壓密的同時(shí)，樁端土體及沉渣排出部分孔隙水。再進(jìn)一步增加注漿壓力和注漿量，水泥漿土體擴(kuò)大頭逐漸形成，壓密區(qū)范圍也逐漸增大，直至達(dá)到設(shè)計(jì)要求為止。圖3為閉式注漿示意圖。
    把漿液通過注漿管(單、雙或多根)，經(jīng)樁端的預(yù)留注漿空腔、預(yù)留注漿通道、預(yù)留的特殊的注漿裝置等，直接注入樁端土、巖體中，漿液與樁端沉渣和周圍土體呈混合狀態(tài)，呈現(xiàn)出滲透、填充、置換、劈裂等效應(yīng)，在樁端顯示出復(fù)合地基的效果。圖4為開式注漿示意圖。
    樁端壓力注漿樁提高樁承載力的機(jī)理
    在粗粒土(孔隙較大的中砂、粗砂、卵石、礫石)的樁端持力層中注漿時(shí)漿液滲入率高，漿液主要通過滲透、部分?jǐn)D密、填充及固結(jié)作用，大幅度地提高持力層擾動(dòng)面及持力層的強(qiáng)度和變形模量，并形成水泥土結(jié)石體擴(kuò)大頭，增大樁端受力面積，提高樁端阻力。試驗(yàn)結(jié)果表明，與相同樁長(zhǎng)、相同樁身直徑的直孔樁相比，其極限承載力的增幅在50%~260%范圍內(nèi)。
    在細(xì)粒土(黏性土、粉土、粉砂、細(xì)砂等)的樁端持力層中注漿時(shí)，漿液滲入率低，如果漿液壓力超過劈裂壓力，則土體產(chǎn)生水力劈裂，實(shí)現(xiàn)劈裂注漿，單一介質(zhì)土體被網(wǎng)狀結(jié)石體分割加筋成復(fù)合土體；它能有效地傳遞和分擔(dān)荷載，從而提高樁端阻力。試驗(yàn)結(jié)果表明，與相同樁長(zhǎng)、相同樁身直徑的直孔樁相比，其極限承載力增幅通常在14%~88%的范圍內(nèi)，個(gè)別樁的增幅可達(dá)106%~138%，其增幅較在粗粒土的樁端持力層中注漿時(shí)小。
    樁端虛土(沉渣)與注入的漿液發(fā)生物理化學(xué)反應(yīng)而固化，凝結(jié)成一個(gè)結(jié)構(gòu)新、強(qiáng)度高、化學(xué)性能穩(wěn)定的結(jié)石體，提高樁端阻力。
    隨著注漿量的增加及注漿壓力的提高，水泥漿液一方面不斷地向由于受泥漿浸泡而松軟的樁端持力層中滲透，在樁端形成梨形體，當(dāng)梨形體不斷增大時(shí)，滲透能力受到周圍致密土層的限制，使壓力不斷升高，壓力升高對(duì)樁端持力層起到壓密作用，提高了樁端土體的承載力。同時(shí)，由于在樁端形成了梨形體，增加了樁端的承壓面積，相當(dāng)于對(duì)鉆孔樁進(jìn)行“擴(kuò)底”，從而提高了泥漿護(hù)壁鉆孔樁的樁端阻力。
    在非滲透性中等以上風(fēng)化基巖的樁端持力層中注漿時(shí)，在注漿壓力不夠大的情況下，因受圍巖的約束，壓力漿液只能滲透填充到沉渣孔隙中，形成漿泡，擠壓周圍沉渣顆粒，使沉渣間的泥漿充填物產(chǎn)生脫水、固結(jié)；在注漿壓力足夠大的情況下，會(huì)產(chǎn)生劈裂注漿和擠密效應(yīng)。
    對(duì)于泥漿護(hù)壁法灌注樁，注入樁端的漿液在壓力作用下，在樁端以上一定高度范圍內(nèi)會(huì)沿著樁土間泥皮上滲，加固泥皮，充填樁身于樁周土體的間隙并滲入到樁周土層一定寬度范圍，漿液固結(jié)后調(diào)動(dòng)起更大范圍內(nèi)的樁周土體參與樁的承載，提高樁側(cè)阻力。對(duì)于干作業(yè)灌注樁，壓力漿液在樁端以上一定高度范圍內(nèi)，沿著樁周土上滲擴(kuò)散(對(duì)于粗粒土)或上滲劈裂加筋(對(duì)于細(xì)粒土)，提高樁側(cè)阻力。
    樁端壓力注漿使樁上抬而產(chǎn)生反向摩阻力，相當(dāng)于“預(yù)應(yīng)力”的作用，提高樁側(cè)阻力。
    在注漿壓力作用下，使樁端壓縮變形部分地在施工期內(nèi)提前完成，減少日后使用期的豎向壓縮變形。
    樁端壓力注漿施工設(shè)備與機(jī)具
    注漿施工設(shè)備和機(jī)具大體上可分為地面注漿裝置和地下注漿裝置2大部分。地面注漿裝置由高壓注漿泵、漿液攪拌機(jī)、儲(chǔ)漿桶(箱)、地面管路系統(tǒng)及觀測(cè)儀表等組成；地下注漿裝置由注漿導(dǎo)管、樁端注漿裝置及相應(yīng)的連接和保護(hù)配件等組成。
    高壓注漿泵及觀測(cè)儀表
    樁端壓力注漿對(duì)泵的要求是排漿量要小，而壓力要高、要穩(wěn)。泵的額定壓力應(yīng)大于要求的最大注漿壓力的1.5倍，通常選泵的額定壓力為6~12MPa，泵的額定流量為30~100L/min。在注漿泵上必須配備有壓力表和流量計(jì)，壓力表的量程應(yīng)為額定泵壓的1.5~2.0倍。
    漿液攪拌機(jī)及儲(chǔ)漿桶(箱)
    漿液攪拌機(jī)及儲(chǔ)漿桶(箱)可根據(jù)施工條件選配。漿液攪拌機(jī)容量應(yīng)與額定注漿流量相匹配，0.2~0.3m3，攪拌機(jī)漿液出口應(yīng)設(shè)置濾網(wǎng)。
    地面管路系統(tǒng)
    該系統(tǒng)主要由漿液地面輸送系統(tǒng)組成，必須確保其密封性。輸送管可采用能承受2倍以上最大注漿壓力的高壓膠管及無縫鋼管等，其長(zhǎng)度不宜超過50m。開式注漿輸送管與內(nèi)導(dǎo)管連接處設(shè)卸壓閥，以便在結(jié)束注漿時(shí)減壓卸除輸送管。閉式注漿輸送管與內(nèi)導(dǎo)管連接處設(shè)止?jié){閥，其用途是在結(jié)束注漿時(shí)達(dá)到止?jié){的目的，以便阻止?jié){液在腔體彈力作用下回流。如果輸送距離過長(zhǎng)，還應(yīng)在樁頂處設(shè)一套觀測(cè)儀表。
    注漿導(dǎo)管
    注漿導(dǎo)管是連接地面輸送管和樁端注漿裝置的過渡管段，其材質(zhì)可為鍍鋅管、冷軋或熱軋鋼管及耐壓PVC管，一般采用鋼管，其連接方式有管箍連接和套管焊接2種。管箍連接簡(jiǎn)單，易操作，適用于鋼筋籠運(yùn)輸和放置過程中撓度不大、注漿導(dǎo)管受力很小的情況；反之則必須采用套管焊接。注漿導(dǎo)管公稱直徑為25.4~50.8mm，視樁身直徑大小取值；當(dāng)注漿導(dǎo)管兼用于樁身超聲波檢測(cè)時(shí)，則其公稱直徑取大值。注漿導(dǎo)管公稱直徑為25.4mm(1")時(shí)，壁厚為3.0mm左右。
樁端壓力注漿裝置
    樁端壓力注漿裝置種類眾多，以下介紹其中幾種。
    YQ樁端預(yù)留特殊注漿裝置YQ注漿系統(tǒng)是由應(yīng)權(quán)和沈保漢于1997年研制開發(fā)。YQ注漿系統(tǒng)由樁頂上部的置換控制閥、樁身部分的注漿管、樁端中心調(diào)節(jié)器以及樁端適量填料等4部分組成，其中，上部置換控制閥和樁端中心調(diào)節(jié)器為主要部分，見圖5。
    YQ樁端中心壓力注漿裝置整個(gè)下部2、3、4部分為一不依附于鋼筋籠的相對(duì)獨(dú)立體。目前常用的樁端壓力注漿裝置的注漿管固定在鋼筋籠兩側(cè)，注漿后在注漿點(diǎn)附近形成啞鈴狀或橢圓形球體甚至由于兩根注漿管不同步注漿造成不規(guī)則形狀的結(jié)石體，于受力不利。YQ樁端壓力注漿裝置的出漿管設(shè)置接近于樁孔中心，從而可基本形成樁端中心注漿，以充分發(fā)揮注漿效果.漿液在壓力作用下對(duì)樁端粗粒土層實(shí)施滲透、部分?jǐn)D密、填充及固結(jié)作用，形成接近于球狀的結(jié)石體擴(kuò)大頭。樁端中心調(diào)節(jié)器是由金屬骨架、網(wǎng)狀隔膜，出漿管和核心填料構(gòu)成的圓環(huán)形組合體，可限制漿液無規(guī)則地橫向流竄，使?jié){液在壓力軀使下合理流動(dòng)，這樣可使樁端土體和樁端以上的部分樁側(cè)土體注漿充分，達(dá)到以有限的注漿量來實(shí)現(xiàn)最大的注漿效能，從而大幅度提高樁端阻力和樁側(cè)阻力。注漿裝置不必依靠慣性下落到樁孔內(nèi)，而是平穩(wěn)地放入到樁孔端部處，然后向樁孔端部投入經(jīng)計(jì)算確定的適量填料形成人工營(yíng)造環(huán)境，以確保出漿管不受損害，又不會(huì)使其被隨后灌入樁孔的混凝土所包裹而造成注漿通路的堵塞，從而獲得百分之百的注漿成功率。該注漿裝置的注漿通路流暢，不需用高壓水沖刷，從而保證漿液的濃度，既適用于泥漿護(hù)壁法成孔工藝，也適用于干作業(yè)成孔工藝。
    當(dāng)樁身混凝土強(qiáng)度達(dá)到75%后，先向樁端注入壓力水置換出沉渣和沉淤，接著用稀漿液置換出樁端部及管路中的滯水，最后用優(yōu)質(zhì)漿液進(jìn)行雙管齊下同步注漿。
    原武漢地質(zhì)勘察基礎(chǔ)工程總公司樁端壓力注漿裝置該裝置有以下特點(diǎn)：注漿管底部設(shè)置錐頭，可使注漿裝置較順利地插入孔底沉渣和樁端土層中；樁端注漿管為花管，按注漿需要，沿正交直徑方向設(shè)置4排出漿孔，每排間隔地設(shè)置若干個(gè)直徑8mm的出漿孔，以保證水泥漿液從出漿孔順利而均勻地注入孔底沉渣和樁端土層中；每個(gè)出漿孔處均設(shè)置PVC堵塞(又稱塑料鉚釘)，其外側(cè)設(shè)置密封膠套，構(gòu)成可靠的單向閥座，既可防止管外泥沙的進(jìn)入，又能使管內(nèi)水泥漿液順利排出，還能阻止已壓入樁端的水泥漿液回流入管內(nèi)；徑向每排出漿孔間焊有阻泥環(huán)，對(duì)出漿孔的密封膠套有保護(hù)作用；樁端注漿花管采用絲扣連接方法接在注漿導(dǎo)管上，并對(duì)稱地綁扎在最下面一節(jié)鋼筋籠的外側(cè)，樁端注漿花管超出鋼筋籠底部100~300mm。
    工程實(shí)踐表明，該樁端壓力注漿裝置的優(yōu)點(diǎn)是構(gòu)造合理，使用方便，注漿成功率為100%。
    直管樁端壓力注漿裝置在直管端部沿環(huán)向均勻鉆4個(gè)直徑6~8mm的孔，共4排，間距100mm。其構(gòu)成由三層組成：第一層為能蓋住孔眼的圖釘；第二層為比鋼管外徑小3~5mm的橡膠帶；第三層為密封膠帶。
    U形管樁端壓力注漿裝置U形管樁端壓力注漿裝置由直徑25mm的鋼管彎制而成。在U形管兩個(gè)直段部分的下側(cè)均勻鉆4個(gè)直徑6~8mm的孔，每個(gè)孔單獨(dú)制作形成一個(gè)單向閥。其構(gòu)成也由三層組成：第一層為能蓋住孔眼的圖釘；第二層比鋼管外徑小3~5mm的橡膠帶；第三層為密封膠帶。
   U形管采用直徑約為30mm的鋼管，由3段組成，即第一段為樁頂至樁端的進(jìn)漿管，第二段為橫穿樁端并用橡膠密封的穿孔管，第三段為由樁端回到樁頂?shù)某鰸{管。視樁徑大小采用2~4副U形注漿管，其中應(yīng)留有備用U形管。在某些情況下，注漿管可兼做超聲波檢測(cè)管。