桩端后压浆施工技术在高层建筑桩基工程中的分析应用

'古胃同．『压桩端后压浆施工技术在建筑桩基工程中的分析应用肖化楚(湖南省有色地质勘查局二四七队，湖南长沙410000)摘要：本文结合工程实例，并根据工程地质情况，详细分析阐述了钻孔灌注桩承载力和桩端桩侧后压浆施工技术及质量控制措施。试验检测结果表明，在一般施工的钻孔灌注桩承栽力达不到设计要求时，可对桩基进行后压浆处理，处理后单桩竖向承栽力有大幅度提高，且经济性能较好。关键词：钻孔灌注桩；后压浆；单桩竖向承栽力；静载荷试验中图分类号：TU753．3文献标识码：B文章编号：1672—4011(2010)04—0186-030前言桩端后压浆技术是建设部近年来正在推广的十项新技术之一，其技术原理是在灌注桩成桩、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“梨形体”，增加了桩端的承压面积，相当于对钻孔桩进行扩底。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，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，从而大幅度提高了单桩承载力。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。1工程概况湖南某高层住宅楼工程，总建筑面积20729rn2，建筑物为地上16+l层(住宅16层，底部架空层l层)，局部地下1层，基础为钢筋混凝土钻孑L灌注桩基础。该工程的钻孔灌注桩直径为妒00mm和妒00l"n／／l两种，设计桩长10m一】5m，极限承载力分别为2300kN和5600kN，桩身混凝土强度等级为C30，共设计钢筋混凝土钻孔灌注桩114条，其中妒00mill桩61条，,1,900nlm桩53条。本项目一般施工的钻孔灌注桩承载力达不到设计要求，采用了对桩基进行后压浆处理的施工工艺，取得了良好的效益。本工程场地范围内地层由第四纪杂填土，粘性土，粗砂，卵石层和强风化泥质粉砂岩组成，各土层的物理力学指标见表1。2钻孔灌注桩试桩承载力分析按照先施工试桩再确定大面积桩基方案的原则，第一次做了2根试桩，选取有代表性的两种直径的桩两条，桩长分别为10．48m和12．40m。竖向静载试验采用反力系统为锚桩与配重联合法，加载方式采用慢速维持荷载法。对2根桩进行了竖向静载试验。具体标准按《建筑桩基技术规范>(JGJ94---94)及《建筑桩基检测技术标准>(JGJl06—2003)进行，具体分析如下：表l各土层的物理力学参数厚度重度粘聚力内摩变形承载力土层檫角泊松比特征值(m)(Y)(kPa)模量(4)(kPa)杂填土O．8—4．715．6粉质粘土0．9—9．919．1240．060210粗砂层3．7一lO．118．74046270粉质粘土0．6—5．119．6715．O27．5280卵石层1．1_6．219．8O．2380强风化泥岩O．5～3．520．O80．O25．01．O0．4400(1)S。桩端作用于卵石层上，入卵石层1m，桩长10．48nl。静载荷试验第一级荷载为700kN，加载级差为700kN，卜S曲线为陡变型，历时23h，桩顶累积沉降已达79．39mm，超过60him，已破坏，最大加载量为2800kN，取极限荷载为2100kN，见图1。O70014002l∞2800《眦】图1Sl。桩Q--s曲线分析图日m)圈2S2#桩Q--S曲线分析图(2)S：桩端作用于强风化泥岩上，人强风化泥岩1m，桩长12．40m。试验第一级荷载为1200kN，加载级差为600kN，Q—S曲线为缓变型，历时37．5h，桩顶累积沉降已达70．84mm，超过60mm，已破坏，最大加载量6000l【N，取极限荷载为5400kN，见图2。试桩结果发现单桩竖向极限承载力均不满足设计要求2300kN和5600kN，究其原因，主要是因为沉降量过大，桩端阻力未得到充分发挥。经研究，决定采用钻孔灌注桩后压浆技术来提高桩基的承载力，减小沉降量，再通过第二次试桩加以验证。3灌注桩桩端桩侧后压浆施工技术3．1后压浆施工技术工艺流程：方案设计一(注浆参数)钻孔一下钢筋笼一埋设注浆管一(清孔)浇注混凝土一(经过7h一24h)清水劈裂注浆一(经过7d一25d龄期)初注浆一(监测上抬及泛浆)观测注浆压力、注浆量一记录最大压力最终注浆量一成桩。后压浆主要施工技术措施如下：3．1．1压浆管的制作在制作钢筋笼的同时制作压浆管。压浆管采用直径为25伽的黑铁管制作，接头采用丝扣连接，两端采用丝堵∞∞∞∞∞∞∞∞∞∞∞O0M“s：柏辑靳“佗∞ 封严。压浆管长度比钢筋笼长度多出55cm，在桩底部长出钢筋笼5cnl，上部高出桩顶混凝土面50cm但不得露出地面以便于保护。压浆管在最下部20em制作成压浆喷头(俗称花管)，在该部分采用钻头均匀钻出4排(每排4个)、问距3cm、直径3mrn的压浆孔作为压浆喷头；用图钉将压浆孔堵严，外面套上同直径的自行车内胎并在两端用胶带封严，这样压浆喷头就形成了一个简易的单向装置：当注浆时压浆管中压力将车胎迸裂、图钉弹出，水泥浆通过注浆孔和图钉的孔隙压人卵石层中，而混凝土灌注时该装置又保证混凝土浆不会将压浆管堵塞。3．1．2压浆管的布置将2根压浆管对称绑在钢筋笼外侧。成孑L后清孔、提钻、下钢筋笼，在钢筋笼吊装安放过程中要注意对压浆管的保护，钢筋笼不得扭曲，以免造成压浆管在丝扣连接处松动，喷头部分应加混凝土垫块保护，不得摩擦孔壁以免车胎破裂造成压浆孔的堵塞。按照规范要求灌注混凝土。3．1．3压浆桩位的选择根据以往工程实践，在卵石层中，水泥浆在工作压力作用下影响面积较大。为防止压浆时水泥浆液从临近薄弱地点冒出，压浆的桩应在混凝土灌注完成3d一7d后，并且该桩周围至少8m范围内没有钻机钻孔作业，该范围内的桩混凝土灌注完成也应在3d以上。3．2注浆参数(见表2)表2洼浆参数注浆压力单桩注浆水泥用量水灰比注浆时间MPakg桩身强度达到75％后1．4_420000．55可开始注浆终止注浆标准：①单桩水泥注人量已达到2000kg；②单桩注浆总量已达到设计量的70％，且注浆压力达到设计注浆压力的150％，并维持5min以上；③注浆总量已达到70％，且桩顶或地面出现明显上抬。3．3施工中的注意事项3．3．1及时进行注浆管的“劈裂”桩体混凝土浇筑后，在7h一24h内应用清水对注浆管进行“劈裂”和清洗，这样可以将注浆管头部周围的混凝土与土体的混合物及时劈通，保证注浆通畅。本次40。试桩的一根注浆管埋深不够，导致注浆头部被混凝土覆盖，无法劈通。不得不在事后改用桩侧注浆进行补救。3．3．2控制好浆液的浓度在注浆过程中，浆液受到注浆压力与灌浆阻力的共同作用，悬浮在浆液中的水泥颗粒不断沉积在管壁上，导致管道系统的摩擦力不断加大，流通截面逐渐缩小。直到完全堵塞。浓度过大是导致堵塞的主要原因。因此要控制好浆液的浓度，宜先压稀浆后压浓浆。水泥浆应搅拌均匀，在抽入高压泵之前必须进行过滤。压浆时先慢速压浆逐步达到设计要求，并尽可能保持压力稳定。4施工效果分析对比4．1注浆桩的承载力分析(1)s，桩端作用于卵石层上，入卵石lnl，桩长lO．24m，压浆量为1．25t，平均压浆力为0．8MPa。试验第一级荷载为1400kN，加载级差为700kN，Qq曲线为缓变型，历时65h，桩顶累积沉降已达60．15rtlln，超过60mill，已破坏，最大加载量为6300kN，取极限荷载为5600kN，见图3。(2)S。桩端作用于强风化泥岩上，人强风化泥岩1m，桩长11．02m，压浆量为1．75t，平均压浆力为0．6MPa。试验第一级荷载为1400kN，加载级差为700kN，Q—s曲线为缓变型，历时44h，桩顶累积沉降已达62．06mltn，超过60mill，已破坏，最大加载量为7700kN，取极限荷载为7000kN，见图4。图3后压浆S3桩承载力Q—S曲线分析图图4后压泉Sa桩承栽力卜S曲线分析图4．2试验结果对比各试桩参数见表3，同一持力层上注浆桩与未注浆桩的承载力对比，卵石层上注浆桩的极限承载力为5600kN，未注浆桩的极限承载力为2100kN，5600／2100=2．57，注浆后承载力提高了157％，而且破坏时间大幅度提升，前者是后者的2．83倍，后压浆对提高桩基承载力效果相当明显。强风化泥岩上注浆桩的极限承载力为7000kN，未注浆桩的极限承载力为5400kN，7000／5400=1．30，注浆后承载力提高了30％，破坏时间前者是后者的1．2倍，注浆效果比较明显。表3试桩参数试验桩长人岩深度桩端土层压力注浆量桩号(m)(n1)(MPa)(t)Sl10．481．O卵石层S212．401．O强风化泥岩S310．241．O卵石层0．81．25s411．201．O强风化泥岩O．61．754．3注浆前后桩基承载力对比由图1一图4可以看出，试验曲线在注浆后变得比注浆前更为缓和，而破坏阶段曲线还是陡变的，诸多的文献中大多数静载试验曲线由陡变型变为缓变型，基本上没有做到破坏，曲线的末端未出现陡变。在相同荷载，相同时间内，注浆桩比未注浆桩的沉降要小，说明浆液改善了桩的承载性能。不同持力层上注浆桩与未注浆桩的承载力对比，两种地层上的后压浆桩承载力都有大幅提高。卵石层上注浆桩的极限承载力提高了157％，强风化泥岩上注浆桩的极限承载力提高了30％，尽管风化岩上压浆量比卵石上压浆量大0．5t，但压浆效果远比不上后者。这说明后压浆对于不同持力层的注浆效果是不同的，产生的经济效益也是不同的。4．4经济效益分析采用后压浆技术后，与普通混凝土灌注桩相比，桩基(下转第190页) 须设置整体性水平加强层，竖向每隔6m沿水平结构层设置～道水平斜杆，且必须与立杆相连接；支架四周外立面应满设剪刀撑，中部按每4根立杆间距设置一道，立杆顶部应装设支托板，支托底板至支架顶层横杆的高度不大于0．4nlo(3)顶架四角应抱角斜撑，斜撑对支撑体系的安全稳定性能起到增强的作用，斜撑均应由底至顶连续设置。斜撑的搭设应随立杆、纵向和横向水平杆等同步搭设。(4)每个水平杆与立杆交汇处必须用直角扣件扣紧。在建筑四周(即外墙脚手架下)填土夯实，并浇筑150nlm厚?昆凝土硬化地面，以满足立杆的承载力要求。在搭设、使用、拆除施工过程中，严格按照施工规范及有关施工要求施工，完善管理制度，定期和不定期检查，密切注意使用安全，确保实用、美观、稳固。4．2材料要求回转扣、直角扣件、对接扣件等必须配套齐全。扣件活动部位应灵活转动，与钢管的贴合面必须严格整齐，保证与钢管扣紧时接触良好。所有构配件必须经过防锈处理，确保力学性能达到规范要求。钢管和扣件应分类堆放，露天堆放及堆垛上应有塑料布等防水材料覆盖。4．3拆除要求拆除前应做好安全技术措施，逐级进行技术交底，全面检查脚手架的安全性能，消除脚手架上杂物及地面上的障碍物。划出拆除区域，做好宣传工作，专人看守场地。拆下来的钢管不得从高处掷下，以防钢管损坏或发生砸伤事故。拆下来的扣件要集中放在工具箱内，不得从上面抛掷下来。4．4模板支撑系统施工过程中的安全管理措施(1)搭、拆的工作人员必须是经过考核合格的专业架子工，上岗人员应定期体检合格方可持证上岗。(2)搭、拆的工作人员应做好安全技术交底及安全教育后方可上岗作业。明确施工现场安全责任人员，负责施工全过程的安全管理工作。设专人负责对顶架进行经常检查和保修。(3)未经原审批部门同意，任何人不得修改更变技术方案。架设后。应会同技术部门及安全检查员进行全面检查，验评合格后方可使用。每施工段要经验收后才可使用。(4)使用过程中必须定期和不定期进行检查，发现问题应及时整改，整改后才能继续使用。施工中必须严格按照有关章程和规范要求施工，严禁违章作业。操作工人必须经过安全培训及三级安全教育，持证上岗。操作时必须正确戴好安全帽和安全带，安全帽的帽带要绑紧在下鄂的位置，安全带应可靠地与大横杆连接；不得穿塑料底鞋或皮鞋。不得酒后、带病作业。搭设、拆除顶架时应思想集中。团结协作，统一指挥，禁止在架子上打闹。材料、工具不得乱抛、乱扔。(5)遇六级以上大风、重雾、大雨时应停止工作，雨后施工要注意防滑。不得使用不合格的构配件。4．5混凝土浇筑施工过程中的安全监控措施本工程混凝土浇筑时采用从中部开始再向两边扩展的浇筑方式。为了避免物料集中和减小施工过程中产生过大的活荷载。对梁采用了分层浇筑的方法进行施工，先从梁一侧向另一侧浇筑，第一次浇筑高度为0．5m。在混凝土初凝前浇筑另一半混凝土，然后浇筑板体混凝土。严格控制实际施工荷载不超过设计荷载，禁止钢筋等材料在支架上方堆放，避免泵管出料口处产生混凝土过度堆积，在施工中设专人对施工荷载进行监控。在确保安全的前提下，应对支架整体位移进行监测，在浇筑开始后，派人检查支架及其支承情况，发现有下沉、松动等变形情况时，须及时予以解决。5结语综上所述，通过按照以上支撑系统设计与施工方案组织施工，顺利完成本工程大跨度预应力大梁的施工任务。由于本工程高支撑系统的设计图纸和专项施工方案通过专家组技术论证，整个过程较为顺利，模板支撑体系在施工中非常稳定，整体性能良好，未出现异常情况。立杆、水平杆、剪刀撑变形微小，混凝土架体基础无下沉、开裂现象，模板整体稳定。经过观测，该支撑系统在施工过程中整体变形值最大值为12mill，满足整体要求。实践证明，本工程采用满堂钢管脚手架支撑体系方案是科学合理、切实可行的。[ID：6029]参考文献：[1]杜荣军．混凝土工程模板与支架技术[M]．北京：机械工业出版社2004．[2]JGJl30—2001，建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范[s]．[3]JGJl62-2008，建筑施工模板安全技术规范[s]．[4]GB50010-2002，混凝土结构设计规范[S]．北京：中国建筑工业出版社，2002．q矿、驴、墨、喀^《Pq矿、驴电矿咿"‘驴、巧、面产"《矿、口、矿■驴、哆、西卜q矿、曩h《P驴q矿、墨、哆h硒争司矿、露h《P妒q矿、移、暖产《矿、霉、妒q矿、墨、匾P电矿q矿、帮^喀pq矿、掣^—‘jP(上接第187页)注浆比在强风化岩上压浆效果显著。工程量、造价节约幅度可达30％。50％。该次试桩卵石层桩底桩侧后压浆能胶结固化桩底沉渣、桩周土体，消上压浆桩的承载力增幅达157％，强风化泥岩上桩的承载力除了降低普通钻孔灌注桩承载力的诸多因素，改善了桩的增幅为30％，可通过优化设计，相应地桩基工程量可减少承载性能。总之，钻孔灌注桩后压浆是一种经济效益和社25％一65％，本工程采用后压浆的灌注桩比未采用设计前会效益都十分显著，实际应用价值高，已在桩基础工程领均响应减少桩长0．8m．2．15m，节约了大笔工程资金，而域内得到愈来愈广泛的应用。[ID：6073]且施工工期大大缩短。5结语综上所述，在卵石层上及强风化岩上进行桩底后压浆。能显著增强桩土的整体性能，改变了相互作用的特性，桩的承载力明显提高，提高幅度为30％一157％。在卵石层上参考文献：[1]JGJl06-2003，建筑基桩检测技术规范[s]．[2]黄生根，龚维明．钻孔灌注桩后压浆的承载性能研究[J]．岩土力学，2004。(8)．[3]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，(12)．'