钻孔灌注桩端后压浆技术在桩基工程中的分析应用.pdf

'钻孑L灌注桩端后压浆技术在桩基工程中的分析应用龙冬晚(湖南师范大学基建处，湖南长沙410000)摘要：钻孔灌注桩端后压浆技术是一项正大力推广应用的建筑施工新技术，本文结合工程实例，详细分析阐述了钻孔灌注桩承载力和桩端后压浆施工技术及质量控制措施。试验结果表明，一般施工的钻孔灌注桩承载力达不到设计要求，必须对桩端桩侧进行后压浆处理，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；单桩竖向承载力；静载荷试验中图分类号：TU473．1+4文献标识码：B文章编号：1672—4011(2011)03一0080—03O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。钻孔灌注桩后压浆技术即是针对传统工艺历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间边界条件，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。1工程概况湖南某高校教学综合楼工程，总建筑面积28280．45m。，建筑物为地上10层，地下1层，基础为钢筋混凝土钻孔灌注桩基础。该工程的钻孔灌注桩直径为0．7m，设计桩长10．24～12．40m，极限承载力分别为2300kN和5600kN，桩身混凝土强度等级为C30。本工程场地范围内地层由第四纪杂填土，粘性土，粗砂，碎石土和强风化泥岩组成，各土层的物理力学指标见表1。表1各土层的物理力学参数厚度重度粘聚力内摩变形泊松承载力土层檫角特征值(m)(Y)(kPa)模量比(。)(kPa)杂填土O．8—4．715．6粉质粘土0．9～9．919．1240．060210粗砂层0．7～10．118．74046270粉质牯土0．6～5．119．6715．027．5280碎石土层1．1—6．219．8O．2380强风化泥岩O．5～3．520．080．025．O1．00．44002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，桩长按设计桩长分别取10．48m和】2．40mo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—1994)及《建筑桩基检测技术标准》(JGJl06—2003)进行，具体分析如下：(1)S。桩端作用于碎石层上，人碎石1rn，桩长10．48m。静载荷试验第一级荷载为700kN，加载级差为700kN，Q—s曲线为陡变型，历时23h，桩顶累积沉降已达79．39mm，超过60mm，已破坏，最大加载量为2800kN，取极限荷载为2100kN，见图I。(2)s：桩端作用于强风化泥岩上，入强风化泥岩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60111111，已破坏，最大加载量6000kN，取极限荷载为5400kN，见图2。图1Sl桩Q—S曲线分析图图2Sz桩Q—s曲线分析图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后压浆施工工艺工艺流程：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7—24h)清水劈裂注浆一(经过7—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25mm的黑铁管制作，接头采用丝扣连接，两端采用丝堵封严。压浆管长度比钢筋笼长度多出55em，在桩底部长出钢筋笼5em，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)、间距3cm、直径3rtlm的压浆孑L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入碎石层中，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压浆管的布置将两根压浆管对称绑在钢筋笼外侧。成孔后清孑L、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，在碎石层中，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3～7d后，并且该桩周围至少8rn范围内没有钻机钻孑L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)终止注浆标准：①单桩水泥注入量已达到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5rain以上；③注浆总量已达到70％，且桩顶或地面出现明显上抬。表2注浆参数注浆压力单桩注浆水泥用量水灰比注浆时问(MPa)(kg)桩身强度达到75％1．4～42000O．55后可开始注浆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t昆凝土浇筑后，在7～24h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，桩端作用于碎石层上，入碎石1m，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，Q—s曲线为缓变型，历时65h，桩顶累积沉降已达60．15mm，超过60mm，已破坏，最大加载量为6300kN，取极限荷载为5600kN，见图3。图3后压浆S3桩承栽力Q—S图4后压浆S4桩承载力Q—S曲线分析图(2)S4桩端作用于强风化泥岩上，入强风化泥岩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62．06mm，超过60mm，已破坏，最大加载量为7700kN，取极限荷载为7000kN，见图4。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，碎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试桩参数桩长入岩深度层压力注浆量试验桩号桩端土(m)(MPa)(t)Sl10．481．0碎石层S212．401．0强风化泥岩S310．241．0碎石层0．81．25S411．201．0强风化泥岩0．61．754．3注浆前后桩基承裁力对比由图1—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。不同一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。碎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碎石上压浆量大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，桩基工程量、造价节约幅度可达30—50％。该次试桩碎石土上压浆桩的承载力增幅达157％，强风化泥岩上桩的承载力增幅为30％，可通过优化设计，相应地桩基工程量可减少25—65％，本工程采用后压浆的灌注桩比未采用设计前均响应减少桩长0．8—2．15m，节约了大笔工程资金，而且施工工期大大缩短。(下转第83页) 于熏，直茎摹垫晏譬型出譬属娄登。燥孥鬯应竺垦塑孽，预制管桩处理软基的原理是挤密软土，固结排水，形套篓呈粤垦砻警称点堡6点，，竺篓由要全堡}怼蔓整。行．，成复合适曩，因此葑；软土较深直较为芦叠晶获釜‘菇妄，生接曼鍪孬堡乏于，2．曼：导哩J焊喜摹掌登专熏，磐譬蜜垄在矗呈≤毒牟对于菠最指数较高的露荟j哥该基i茬蔷甚型；级焊缝琶娄．，多孥絮的桩接头应自然冷却，冷却时间乏间插茏打大运量鬲塑料磊泵菝聂磊装参井，磊聂画磊荪至少8．m，in：．!禁只!：!三登挈?⋯。，，一．．。。⋯，．水，以免覆已打入的群桩发生挤矗移位。j；寸：于工期紧磊，．。!!l送攀?孽篓葶要查堂堡确妻苎孽堡喜：。套孽桩尊最羔深蕞蓑大晶软≤，～采用预萄喜莅箍矗与薪体磊孬谥磊圭釜兰兰：。孳篓兰程!量耋墨耋，碧。奎竺箩蔫篓鋈要Io送C。FG矗磊琵。，虿纛造J价若高：。猫羹施工i焘筷，。磊芏羞矗桩器I学堡孳鐾兰，桩笔景擘芝皇惹皇孽墨全断要接触。⋯．易保茬』”芏吾沉降聂j：，薮桑袤孬，‘从i诼爵丧霸效慕柔．，(?!．警粤苎磬。．要堂情翼苎曼桩力800．=1．2粤⋯kPa．堂讲是经济的，是二种较好的软薹珏理方法。”。[ID：66—19j桩，达到设计高程后持荷(正常压力)10min且每分钟沉降‘。～‘。综上所述，在碎石层上及强风化泥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—157％，在碎石层上注浆比在强风化岩上压浆效果显著。桩底桩侧后压浆能胶结固化桩底沉渣、桩周土体，消除了降低普通钻孑L灌注桩承载力的诸多因素，改善了桩的承载性能。总之．后压浆钻孔灌注桩的经济效益和社会效益都十分显著，实际应用参考文献：[1]JGJl06—2003，建筑基桩检测技术规范[s]．[2]彭锡鼎，考虑桩侧土壤弹性抗力时的临界荷载计算[J]．土木工程学报。1996．[3]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)．[4]彭振斌．注浆工程设计计算与施工[M]．武汉：中国地质大学出版社，1997．'