桩端压浆技术在安阳某检测中心综合楼桩基工程中的应用

'桩端后压浆技术及其应用张春雷（河南省岩土工程有限公司洛阳.关林471023）内容提要：本文探讨了桩端后压浆技术及其承载力的增强机理，阐释了后压浆技术的技术参数，经验矢误，扼要评价了这一技术。关键词：后压浆技术、工艺、技术参数、应用。1、前言钻孔灌注桩属于非挤土桩，由于其既不存在挤图负面效应，又具有穿越各种硬夹层，进入各种硬持力层的能力，且具有承载力高，无振动，环境影响小的特点，在桩基工程中得到广泛应用。但受施工工艺限制，桩侧泥皮和桩端沉渣导致其承载力被部分缩减。据统计，由于上述原因导致承载力为满足设计要求的占60%以上。为克服工艺弊端，降低工程造价，提高投资效益，进入21世纪后，桩端后压浆技术，因技术效果卓越，经济效益显著，越来越多地受到了重视和推广。2、桩端后压浆技术的承载力增强机理探讨桩端后压浆技术是指在灌注桩成桩后且装身混凝土达到一定强度后，用高压泵通过预先埋设在桩身钢筋笼上的压浆管向桩端以下土体压入水泥浆液，使水泥浆液对桩底及其桩周土进行劈裂渗透、充填、压密、固结等，从而提高或改善局部土体的性质，对孔底沉渣进行改良处理，以提高灌注桩单桩承载力，减少沉降量，同时改善桩基的承载和变形性状的方法。其作用机理如下①扩底扩径效应：桩端压浆通过渗透、劈裂、挤密、胶结作用，形成桩端扩大头，增大了桩端受力面积，提高了桩端周围土层压缩模量，提高了桩端阻力②劈裂加筋效应：桩端压浆通过劈裂、渗透、挤密作用，使桩端持力层的单一介质，分割加筋形成网状复合土体，改善了持力层的物理力学性质，提高了桩端、桩侧阻力③置换与填充效应：桩端压浆浆液在压力作用下，沿桩身侧壁上返，在桩身侧壁土体间渗透、劈裂、填充、胶结，对桩周泥皮置换和填充，形成脉状结石体，如树根根置土中，提高了桩身侧阻力④预加应力效应：桩端压浆，桩身有上台现象，这种压浆引起的上抬力需克服桩侧摩阻力和桩身重力才能出现，等同于给桩身是加了向上的预应力，在受竖向荷载时，该预应力将承担部分荷载3、桩端压浆施工3.1工程及地层情况安阳某检测中心综合楼建筑面积15330平方米，地上12层，地下1层。采用水下钻孔灌注桩并桩端压浆技术，桩径d=600mm,有效桩长分别为17.00m（102根）和19.40m（262根）。工程拟建场地地层为素填土(Q4ml)及第四系全新統（Q4al）冲积物所组成，以第七层砾砂单元（Q4al）为持力层，本单元层厚2.0-3.5m，平均厚度2.4m。单桩承载力标准值为1800kN。设计要求在进行工程桩施工之前，先进行试验桩的施工，确定单桩极限抗压承载力，作为工程桩设计检验的依据；确定后压浆工艺流程和技术参数，作为确定工程桩后压浆施工的工艺和技术参数的依据。3.2工程试验桩的检验本工程选取23﹟、151﹟和284﹟桩为试验桩，其中，23#桩不做桩后压浆，以作比较。采用慢速维持荷载法静载试验单桩极限承载力，；采用低应变法检测桩身完整性；采用电子位移传感器检测桩身位移。由 全自动静载荷试验仪作为中央控制处理系统，完成加载、判稳、维持、数据采集记录等工作，测得三根试验桩的桩各项参数入如下表23﹟、151﹟和284﹟试桩实测对比资料表序号成桩工艺充盈系数注浆工艺桩径(mm)桩长（m）最大加载值(kN)最大沉降（mm）单桩极限承载力（kN）23﹟桩泥浆护壁正循环成孔1.15无压浆60019.401400-65.601300151﹟桩泥浆护壁正循环成孔1.08桩端压浆60017.004200-15，474200284﹟桩泥浆护壁正循环成孔1.09桩端压浆60019.404000-16.234200从上表实测数据对比看，为压浆试验桩23#极限承载力仅为QKN=1300kN,而151#、284#试验桩在加载值4200kN时均未达到极限，但受加载能力限制，无法继续加载。可证明桩端后压浆承载力巨大的增幅。表明在采用后压浆工艺后，由于固化了泥皮，桩端沉渣，并使桩端、桩侧土层性质改善，从而使桩的受力性质改变，由摩擦桩转变为端承摩擦桩，且克服了灌注桩侧阻与端阻异步发挥的差异，使端阻在较小荷载作用下即参与承载，桩端阻与桩侧阻发挥趋于同步，使单桩承载力显著提高。测得桩顶竖向抗压Q-s曲线见下图比较三组实验桩桩端Q-s曲线，23#桩在加载至1400kN时变为陡浆曲线，沉降达到65.6mm,可认为其桩端极限承载力为1300kN，而151#、284#两桩端压浆实验组，桩端Q-s曲线极为相似，为缓变形曲线，当达到最大加载值4200kN时，桩端位移仅分别为15.47mm和16.23mm.这反映出基本相同的桩端承载力和变形特征。表明本工程测试结果具有代表性，合理的反应了桩端后压浆对桩端极限承载力的作用效果。3.3桩端压浆施工工艺流程 方案设计钻孔预埋注浆管浇灌砼对注浆管开塞配制水泥浆初注观测注浆压力、注浆量记录最大压力和单管最终注浆量对第二根管注浆成桩3.4压浆管制作和安放①压浆管可采用内径Ф25mm（1吋管）的普通钢管，壁厚3mm,用丝扣连接或外加短套管焊接。配置好的压浆管帮扎或焊接在钢筋笼内侧，下放入孔中，压浆管露出自然地面长度均应大于300mm，压浆孔间距每延米不得少于10个，孔径为3-5mm.压浆阀应距离孔底200-300mm，压浆孔用圆钉封闭并加胶布包裹，以防孔被浇注的砼堵塞。压浆管管内按放必须确保管道畅通，二次清孔后初灌前应先往孔内投放适量的卵石，以确保压浆阀不被浇注砼堵塞，投料量应以确保埋住注浆阀300-400mm为宜。②桩端压浆宜在砼浇注后一周进行，这时桩身砼强度约至设计强度的60-70%。过早，会因桩身砼强度低而破坏桩身；过晚，难以使桩底已硬化的砼形成压浆通道，从而使桩中心形成低强度区而使浆液流向远处土层压浆应分两次或多次进行。压浆前必须做水压试验，通过水压试验来认识桩底的可灌性，同时清除孔底残留沉渣，探明和疏通压浆通道，提高桩底可灌性。水压试验后，应立即开始压浆，初注是一般压力较小，浆液亦由稀到稠。压浆时应密切注意注浆压力、注浆量、和进浆高压管的变化，并保持一定的注浆速度，如泵压超过设计值时，应停止注浆，0.5-1.0h后继续注浆至设计数量。如发现桩周冒浆，应停止注浆2.0-3.0h后继续注浆。注浆完毕后，应立即关闭所有阀门，封好管口。4、桩端压浆的技术参数及经验误区4.1技术参数①浆液水灰比：应跟据土的饱和度和渗透性确定。对于饱和土宜为0.5-0.7，对于非饱和土宜为0.7-0.9（松散碎石土、砂砾土宜为0.5-0.6）；低水灰比浆液宜掺加减水剂，地下水流动时，应掺入速凝剂。②桩端压浆终止压力：根据土层性质，注浆点深度确定。对于风化岩、非饱和粘性土、粉土、宜为5Mpa-10Mpa;对于饱和土宜为1.5Mpa-6Mpa;软土取低值，密实土取高值。③压浆流量：不宜超过75L/min④桩顶上抬量：不宜超过30mm,并注意观察相邻建筑物的情况⑤压 浆量：单桩注浆量设计，主要应考虑桩径、桩长、桩端土层性质、单桩承载力、增幅、是否复式注浆诸因素确定。下图是注浆量与增幅的关系试验图4.2经验误区①浆液水灰比：对于地下水位一下压浆，习惯将水灰比定为1：1.但浆液过稀，浆液的黏稠度过小，容易造成过大范围的流失，无法使浆液相对集中于加固桩端、桩侧一定范围内的土体，降低加固曾强效果。有些地层相对较好的的地区，后压浆桩承载力增幅仅30%，显然与此有关。②注浆量估算：按压密注浆球形扩散理论或柱形扩散理论估算注浆量，往往偏小。对于桩端注浆浆液在土体中的扩散，受到桩底沉渣和桩侧泥皮、土体自然非均匀性影响，其扩散模式绝非理想的球形或柱形，扩散是沿软弱劈裂面或大空隙渗透，形成不规则的脉状或充填块状结石体，范围较大，这已为开挖观察所证实③压浆节奏：低压力长时间压浆直至达到预估压浆量终止。事实上，压力长时间偏低将造成浆液沿沿软弱面大量流失，或由于压浆点距离正在成孔作业桩位过近而流失。应采取间歇压浆或调低浆液水灰比，以增大浆流阻力，确保压浆效果。④压浆流量：目前通用的压浆泵流量偏大（≮100L/min）,导致浆液大流量快速在土体中扩散，使有效范围减小。应控制流量（≯75L/min），实施小流量慢扩散。⑤压浆顺序：压浆顺序不当，或跳跃式无规则压浆，将造成冒浆，降低增强效果。宜以承台为单位连续“成片式”进行。5、经济效益由于桩后压浆技术克服了泥浆护壁工艺的弊端，针对性强，能显著提高单桩承载力，控制沉降量，从而减少了基础设计中承载梁板材耗，布桩形式灵活，同载荷下可缩短近一半的桩长，工程量减少，工期缩短，投资效益提高。将测算，采用后压浆工艺获得每千牛承载力所需费用仅为普通灌注桩费用的50%，经济效益显著。6、结束语桩端后压浆技术先后在CCTV新址主楼、杭州湾跨海大桥、上海花旗银行大厦、平安金融大厦等重大项目中成功运用，并得以普遍推广。工程实践证明，桩端后压浆技术是在复杂施工条件下提高灌注桩承载力，减少基础沉降的有效措施。对于加快工程施工进度，确保施工安全，降低工程造价，减少泥浆污染，保护周围环境，具有重要的意义。 同时，桩端后压浆技术又是一项实践先于理论研究的工程技术，对后压浆工艺的认识和掌握程度尚有待提高；对后压浆的控制指标检测尚不完善，亦未见统一的技术操作规程和质量控制标准；没有完善的承载力计算公式、检测方法、和取值标准。因此，正确地认识这项技术，精心组织设计和施工，避免扩大其作用，同样应引起工程建设各方的重视。参考文献1中国建筑科学研究院主编.建筑桩基技术规范（JGJ94-94）〔S〕.北京：中国建筑工业出版社，19942席宁中.桩端土刚度对桩侧阻力影响的实验研究〔D〕.中国建筑科学研究院博士学位论文，20023沈保汉.桩端压力注浆桩.桩基设计施工与检测.刘金砺主编.中国建材工业出版社，2001：26-27页4中国建筑科学研究院.灌注桩后压浆（PPG）工法(YJGF04-98)〔J〕施工技术，2001（1）：46-47'