高效注浆器桩底后注浆施工工法

'高效注浆器桩底后注浆施工工法江苏**二建集团有限公司1.前言随着城市化的不断发展，一些大中城市土地越来越少，房子也一天比一天造的高，随之而来的对地基承载力要求也越来越大，为了提高地基的承载力设计和施工单位不可避免地要在桩基承载力方面考虑。苏州润华环球大厦为了提高桩基承载力通过在以往地基处理方面的经验，结合注浆地基在其他工程中的一些应用实例。通过可靠的试桩实践采取了一种高效注浆器进行桩底后注浆施工，并在施工时采取注浆管应钢筋笼的架立筋成8字型绑扎。保证了管路的畅通，确保了压浆质量。为设计单位提供了可靠的数据，并将工程原来设计桩长和桩径都减小后采用后注浆工艺，达到了设计承载力要求，确保了工程质量，降低了工程成本并加快了施工进度。而且在集团公司申报企业工法和江苏省QC成果，达到了良好的社会效益和经济效益。2.工法特点2.1在注浆管端部采用了自行设计的新型高效注浆器，确保了埋入后的完好、畅通。2.2采用注浆管与钢筋笼的主筋成8字型绑扎，并距离钢筋笼主筋50mm，不让其完全固定在钢筋笼上，不会因为钢筋笼的弯曲而折断或损坏注浆管，保证了管路的畅通。2.3减轻了大直径和超长钻孔灌注桩的施工难度，加快施工进度。2.4后注浆相当于对结构进行永久的加固，对有效提高钻孔灌注桩承载力、减少沉降量、加强结构的稳定，效果十分明显。2.5采用后注浆减少了原设计桩长和桩管，降低工程成本。3.适用范围钻孔灌注桩桩底后注浆工艺适用于对桩基承载力要求较高的建筑物或构筑物，尤其是“超高层的桩基础”因主体结构高度大、自重大、对下部桩基础抗压和抗拔要求高，更为适用。4.工艺原理钻孔灌注桩桩底后注浆工艺，作为钻孔灌注桩的一项补充完善的工艺技术，是在钻孔灌注桩完成后，在钻孔灌注桩施工过程中，在桩底预置注浆管路，待桩身混凝土达到一定强度后（一般取设计强度的70%以上），用高压泵通过注浆管路向桩底以下土体进行注浆，它能因为注浆，加固桩底沉渣，挤密了桩侧土体及改良桩侧泥皮，-12- 增加桩底土体刚度，提高桩侧土体强度，相当于增大桩径，加固桩底虚土，增大承压面积，提高桩底土体承载力，增加反向预应力，改善钻孔灌注桩与土之间的边界条件，桩底、桩侧土体强度同时得到提高，从而一定程度上提高钻孔灌注桩的承载力及明显减少钻孔灌注桩的沉降量，使钻孔灌注桩的承载力获得提高的一种工艺技术。5.工艺流程及操作要点5.1后注浆工艺流程：钻孔灌注桩成孔钢筋笼预置注浆管底部设置单向阀注浆管底部进入土体50cm压浆器和压浆管制作每节注浆管连接，检查水密性桩身砼强度达设计强度的70%水泥水低速搅拌桶细化机压浆泵开启注浆管，使浆液均匀加入，加固土体注浆量达到设计要求后（或注浆量达80%）且注浆压力达2MPA，停止注浆转移到另一孔注浆，直至结束所有桩底注浆在压浆后28天后注浆工艺效果检测5.2操作要点-12- 5.2.1材料准备注浆管采用Ф25×3.0mm的黑铁管，按实际完成工作量组织管材进场，考虑一定损耗系数，同时按特定浆液配制要求，组织外加剂及小钻进场。5.2.2注浆器和注浆管路安装1.桩底注浆器焊接在注浆管路上，且注浆器超出钢筋笼底部0.5m左右，注浆管路安放在钢筋笼内，每根桩设置两根注浆管，间距根据钻孔灌注桩直径方向对称设置。注浆管应与钢筋笼的架立筋成8字型绑扎，并距离钢筋笼主筋50mm。不让其完全固定在钢筋笼上，不会因为钢筋笼的弯曲而折断或损坏注浆管连接的密封性，注浆管必须使用10#或12#铁丝按每间隔2m与钢筋笼主筋一侧牢固地绑扎在一起，注浆管路随每节钢筋笼一起下入之前，必须进行桩深的测定和注浆管路的检查工作。当钢筋笼下放完毕后采用震动电锤将注浆管压入桩底沉渣和虚土部位，这样可以避免注浆器被混凝土灌注时的堵塞。2.注浆管路设置要求：注浆管路连接时，其螺纹处必须使用止水胶带，并牢固拧紧密封。在完成一根工程桩钢筋笼安装后，须在注浆管内注入清水，检查管路的密封性，以注浆管内注满清水，并保持水位稳定不下降为准。露出于桩顶部的注浆管上部管口，使用堵头拧紧，防止杂物掉入注浆管内，确保注浆管路畅通。后注浆管路安装示意（见图1）。图1后注浆管路安装示意图5.2.3注浆人员组织-12- 后注浆施工人员，一般一台套设备配备一个指挥机长、两个下管班、两个注浆班，并配备两名技术人员进行跟班指导，正常情况下，下管班3人一班，注浆班5人一班。5.2.4注浆技术交底对施工人员进行详细的技术交底，主要交底注浆量、注浆压力、注浆进度等指标。对浆液配制及浆液细化需针对压浆桩型和地层情况进行认真剖析，分析项目特点，找出项目施工的难点，并加以注意，同时对钻孔灌注桩施工与后注浆施工的工序交叉、交接提出具体要求。5.2.5注浆管路检查，待地下钻孔灌注桩桩身混凝土达到设计强度等级后，方可进行后注浆施工，注浆前必须对注浆设备和注浆管路进行检查，对注浆工程桩内导管使用清水开塞，检查注浆导管是否畅通。5.2.6浆液配制按设计水泥量和水灰比进行水泥浆液的配制，水灰比控制在0.5－0.6之间，水泥标号必须符合设计要求，浆液配制过程中，须按一定比例掺加外加剂，水泥浆液搅拌好后，必须用不大于3×3mm的滤网进行过滤，方可开泵注浆。浆液配比应满足以下要求：（1）水灰比满足设计要求，一般在0.5－０.55（2）有可靠的缓凝性；（3）有极强的流动性；（4）需要一定早期强度；（5）有一定的微膨胀性。浆液的配制应由中心试验室进行试验，检查其初凝时间、标准稠度、结石率，28天强度等指标。浆液宜用滤网进行过滤。右图为现场配制施工照片。在渗透性比较差的地层中注浆，水泥浆液必须进行细化处理，细化处理时间根据颗粒分析和渗透系数确定，一般在1－3分钟之间。5.2.7注浆泵量控制-12- 一般正常注入压力为0.8MPA左右，浮动范围在0.6－1MPA之间。该数字的上下限取值与持力层土性及桩底进入深度有关，一般来讲粉砂或夹砂粘土中注入压力高，砂粒径大则注入压力低，有承压水的地层注入压力高，由于管内浆液与管外静水压力及覆土重压力的平衡，桩底埋置越深注入压力越大。注浆压力的另外一个影响因素是浆液的配方及管路的安装影响，浆液有磨细措施且外加剂配比合理，则注入压力低，反之则高。耐压选择要依实际地层情况进行试注并注意与泵量的匹配。开塞泵压视注浆器制作及形式与安置效果不同而有变化，一般在1.0－1.5MPA左右，当压力超过4MPA可视为管路不通。终止压力控制在1.0MPA左右，若有设计浆液不能完全注入而压力升高情况，可在保证设计浆液注入80%的情况下用２MPA作为终压指标。5.2.8后注浆终止标准注浆量的选择要满足渗透注入，一般注浆泵量控制在32－50L/min，考虑到施工可行性，同时要参照压力的变化，在注入压力比较低的情况下，可适当加大注浆泵量，否则应以低值注入。施工控制以设计注浆量、注浆压力为准、注浆时间可根据注浆泵量作为参考。完成注浆的条件是：（1）每根桩注浆总量达到设计要求；（2）注浆量达到80%及注浆压力达2MPa时。（3）注浆管路完全不通，视为不合格，需采取补注浆技术措施。右图为现场压浆时施工照片。6.材料与设备6.1材料水泥：根据地层情况，浆液通常选用P42.5级水泥配制。施工前需根据理论计算备足用量，并按有关规定按批次送检，合格后方可使用。6.2设备后注浆施工设备大体上可分为地面注浆装置和地下注浆装置两大部分。地面注浆装置由注浆泵、浆液搅拌机、储浆桶、湿磨机、地面管路系统及观测仪表等组成。桩端后压浆注浆装置由桩身注浆导管和桩底注浆装置组成（见图2）。-12- 图2钻孔灌注桩桩底后注浆示意图6.2.1注浆泵桩底后注浆对泵的要求是排量小而压力高且稳，泵的额定压力应大于要求的最大压力的2倍，同时由于后注浆的开塞要求，泵压最大值要求６MPA以上；泵的排量为50－250L/min。本文以衡阳探矿机械厂的BW-150型泥浆泵为例。注浆泵上必须配备有卸荷阀和压力表。BW-150型泥浆泵技术规格１水泵型式作用种类缸数缸径活塞行程输入转速卧式单作用370毫米70毫米150转/分BW-150型泥浆泵技术规格２最大吸水高度吸水管直径排水管直径所需功率重量外形尺寸2.5米51毫米32毫米7.5千瓦配285-1型柴油机630公斤配Y132S-4型电动机516公斤1925×795×1150毫米（配柴油机）长×宽×高=1840×795×995毫米（配电动机）-12- BW-150型泥浆泵技术规格３快冲次（次/分）流量（升/分）压力（MPa）慢冲次（次/分）流量（升/分）压力（Mpa）157380.70147320.70286580.48271470.603130900.323107720.4042221500.1841831250.236.2.2磨细设备为增大浆液可注性，保证水泥浆液中固体颗粒有效进入注浆地层土颗粒之间，须将注浆水泥进行细化，细化设备技术规格见表：磨细设备技术规格电机功率电源电压电机转速生产能力出料最大粒径D97整机重量外形尺寸（长×宽×高）料斗容积5.5KW380V3000r.p.m>1m3/h≤40μm125kg380×380×1100mm340L6.2.3浆液搅拌机具浆液搅拌机及储浆桶可根据施工条件选配，搅拌机要求低转速成大扭矩，故须选用适当的减速器，搅拌叶片要求全断面均匀拌浆，应分层配置，搅拌机制浆能力和储浆桶容量应与额定注浆流量相匹配，且搅拌机出浆口应设置滤网。6.2.4管路系统该系统主要由浆液地面输送管组成，必须保证密封性。输送管必须采用承受2倍以上最大注浆压力的高压管或无缝钢管，长度不宜超过50米。6.2.5注浆导管注浆导管材质可为钢管、高强度PVC管等。根据桩长及注浆的均匀性沿钢筋笼布置。桩身注浆导管应连接牢固和密封，宜采用焊接或管箍连接，与钢筋笼加劲筋焊接或绑扎固定，随钢筋笼一起下放入槽内。6.2.6高效注浆器注浆器是整个桩底压力注浆施工工艺的重要部件，设有单向阀，注浆时，浆液由桩身注浆导管经单向阀直接注入土层。注浆器有如下要求：（1）注浆孔设置必须利于浆液的流出，注浆器总出浆孔面积大于注浆器内孔截面积；-12- （2）注浆器须为单向阀式，以保证下入时及下入后混凝土灌注过程中浆液不进入管内以及注入后地层中水泥浆液不得回流；（3）注浆器上必须设置注浆孔保护装置；（4）注浆器与注浆管的连接必须牢固、密封、连接简便；（5）注浆器的构造必须利于进入较硬的桩底持力层。根据走访以往工程注浆结果。注浆成功率在60%左右，经大家总结分析原因都在注浆器和管路不通上，为此本工程结合实际采用了新型高效注浆器，形式如下：注浆单向阀注浆器图2注浆器示意图该注浆器制作简单方便，而且有一定刚度，能直接插入桩底沉渣和虚土部位，确保了注浆管路的通畅，为后续顺利注浆打下了良好的基础。实际注浆结果证明，采用这种新型高效注浆器后注浆一次性成功率达99%，为今后注浆施工提供了有力的技术保障。-12- 7.质量控制严格执行《建筑工程施工质量验收统一标准》（GB50300-2001）《建筑桩基技术规范》（JGJ94-94）《江苏省钻孔灌注桩施工规程》（DBJ08-202-92）后注浆工艺是对钻孔灌注桩工艺的一种补充。保证后注浆的质量控制有以下几个方面；7.1注浆的设备和材料（1）必须选用与注浆土层相适应的带单向阀式的注浆器。（2）桩底注浆器的置入标高要保证插入桩底持力层0.3－0.5m，注浆器要及时开塞，为控制注浆管顶标高，要按现场地坪标高设置调节短管，以保证管顶受控不被破坏。（3）注浆管设置首先要保证材质要求，其次要保证连接牢固密封，严防从管节间漏浆。（4）浆液严格按配方配制，保证原材质量，防止离析、泌水引起的注浆器、注浆管堵塞。（５）施工监测控制施工主要监测控制的是工艺参数指标，在压力，注入速度，注入量三者之中又以注入量的控制为重中之重。7.2施工中的冒浆及压力异常的处理7.2.1注浆过程中的冒浆及处理施工过程中，如发现浆液沿桩侧上返现象，应首先分析地层情况及注浆量的问题，同时要比照桩体深度情况，可通过调整浆量及采用分次间歇注入方法解决冒浆问题。7.2.2注入压力过高或过低出现这种情况除分析浆液配比，水泥质量及拌制磨细过程外，着重调整注入速率，一般通过调整单位时间注入量可以得到解决。7.3注浆失败补救措施后注浆施工中如果因注浆管不通，从而导致浆液不能注入的情况，或管路虽通但设计浆液不能达到80%，同时注浆压力达不到终止压力，注浆视之为失败。可采取如下补救措施；在注浆失败的桩侧采用地质钻机形成两个小孔，直径Φ90mm左右，深度超过桩底50cm为宜，并与已施工工程桩形成1/300的夹角，然后在所成孔中重新下放两套注浆管并在距桩底2m处用托盘封堵，用水泥浆液封孔，待封孔5天后即进行重新注浆，补入设计浆量即完成施工。施工要点见表：-12- 补救施工要点设备成孔深孔成孔直径成孔垂直度X-100立轴式钻机桩深+50cmΦ9０1/300或向桩底方向微倾补救措施中，注浆孔成孔能否到位是确保补救措施成功的关键，必须采取足够的措施保证成孔和重新安装注浆管，垂直度≤1/300。现场由专人对每根工程桩后注浆的施工情况进行记录，记录应真实、完整，详细地反映注浆的全过程。8.安全措施8.1钻孔灌注桩桩上部空段待砼初凝后用碎石、道渣或素砼及时回填夯实，在此之前应加盖保护并设置醒目的标志牌，防止行人和车辆掉入坑洞发生事故。8.2在注浆管上设置醒目标志，以防注浆管影响机械和人员行走安全。8.3施工设备定期检查运行情况，并备有设备运转情况记录，对裸露的传动系统或易造成伤亡事故的部位必须设置防护罩。8.4起吊钢筋笼等物体时吊点必须正确，速度要均匀，被吊物体应平稳并栓挂牢靠。被吊物体上易松脱、破碎、洒落等附着物应清除干净或加强连接及设置保护，或者另行吊运。8.5安全员、电焊工、电工、吊车工、汽吊指挥工等特殊岗位人员必须经安全主管部门考核合格后持证上岗，杜绝无证操作。并熟知本工种安全技术操作规程，在操作中坚守工作岗位，非定岗人员不随意操作机械及电器设备。严禁酒后作业。8.6现场电缆线架空布设，各级电器控制开关须设漏电保护装置。经常检查电器设备是否存在断电、短路、漏电等故障，电器线路及靠电运转的施工机械修理时须断电进行，并挂警示牌。配电箱要有专人管理，停用时要上锁，防止他人扳动开关以免发生意外。9.环保措施9.1因为注浆施工会造成粉尘飞扬和压力泥浆喷溅，因此，施工人员应采取防护措施，戴好防护眼镜和口罩等，要严格安装操作程序进行操作；要保证水泥注浆管路的密封，控制好注浆压力，特别要注意压力明显上升时，工作人员要尽量避免近距离的操作；要尽量减少人为造成的施工粉尘，如对水泥进行封闭运输，设置水泥库房等；要控制施工废水排放，可采取在施工区域内设置两级沉淀池，保证废水经二次沉淀后方可向场外排放。-12- 9.2由于桩端后压浆工艺依附于钻孔灌注桩工艺，因此施工时应加强钻孔灌注桩的施工噪声控制，特别是夜间施工应尽量控制打桩机发出吼声和电焊及灯光的光污染。9.3车辆出场前对车轮、泥浆罐等易造成污染部分进行冲洗，保证泥浆不带到路面上。10.效益分析10.1经济效益：10.1.1根据桩端后注浆在下面几个工程的应用，我们得出经济效益分析如下表：工程名称桩规格采用后注浆一次注浆完成桩数降低成本节省工期越洋广场φ8500×70m是358300万元20天东方之门φ1000×90m是600500万元30天润华环球φ1000×65m是488400万元22天10.1.2减少材料的投入；与超高层采用大直径灌注桩方法相比，采用后压浆施工方法所需、钢筋、以及水泥等材料都较大程度较少，可很好的降低材料造价，经济效益明显。10.1.3由于采用后注浆，桩直径较小，桩长缩短，施工难度降低。因此减少人工、机械费用约为工程造价的8%左右。10.2社会效益：从工程实际效果来看，钻孔灌注桩后注浆工艺，对于用于“超高层的桩基础”的，不论从哪个角度都明显优于钢管桩或大直径钻孔灌注。施工周期大大缩短，材料也要节省很多，更重要的是工程造价同钢管桩或大直径钻孔灌注相比明显降低约20%，同时，对周边环境影响减弱，社会效益明显。11.应用实例11.1工程实例一苏州润华环球大厦工程位于苏州市工业园区，东临星海街，南侧苏惠路，西侧星桂街。本工程上部结构由两栋超高层组成，A楼上部高度286m，B楼上部高度236m，设有三层地下室。本工程中设计原采用φ1200的钻孔灌注桩，桩长为70米，其桩尖进入-2粉质粘土，但建设单位和我司为了降低造价及减少大直径钻孔灌注桩的施工难度，从而一定程度上加快施工进度，经与设计反复商讨后，决定采用钻孔灌注桩后注浆工艺来提高桩基承载力，从而将桩长由原来改为φ1000，L=65.8m，桩身采用水下砼C35进入-12- -2粉质粘土。采用后注浆工艺使单桩承载力提高到6550KN。本工程共有钻孔灌桩488根，A楼293根，B楼195根。采用42.5普硅水泥，桩端压浆水泥用量2.0吨/根。本工程通过采用高效注浆器后压浆实现桩基单桩承载力提高30%以上目标，为建设单位节省桩基造价20%，约400万元。同时为我司创造了良好的经济效益和社会效益。11.2工程实例二上海越洋广场由7层商业用房，48层超高层办公楼，高度202.9m，以及26层酒店式公寓三部分组成，地下工程共设三层地下室。本工程超高层办公楼桩基采用钻孔灌注桩后注浆工艺，共有钻孔灌桩436根，采用42.5普硅水泥，桩端压浆水泥用量2.0吨/根。桩径850，桩底标高-70.76，桩顶标高-17.75，混凝土为水下C40。本工程通过采用高效注浆器后压浆实现桩基单桩承载力提高20%以上目标，为建设单位节省桩基造价约13%。同时创造了良好的经济效益和社会效益。11.3工程实例三苏州东方之门工程位于苏州工业园区金鸡湖畔，该门分北楼、南楼两部分，是一个外形为门的形状的超高层建筑，总高278米，总建筑面积43万平方米。地下工程共设五层地下室。本工程超桩基采用钻孔灌注桩后注浆工艺，共有钻孔灌桩968根，采用42.5普硅水泥，桩端压浆水泥用量2.0吨/根。桩径1000，有效桩长70米混凝土为水下C40。本工程通过采用高效注浆器后压浆实现桩基单桩承载力提高25%以上目标，为建设单位节省桩基造价约15%。同时创造了良好的经济效益和社会效益。-12-'