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【摘要】在高层和超高层建筑物的大量兴建，桩基工程得到广泛发挥，大直径灌注桩的质量事故时常发生严重影响了其承载力的发挥。近几年发展起来的桩端注浆处理桩基质量， 提高了桩的端承力和桩侧摩阻力，改善桩荷载传递性能，使桩的综合承载力得到大幅度提高，提出了解决设计的新思路和新方法。
【关键词】灌注桩;桩端注浆;加固处理
Experience in the design of grouting PILES
Zhou Wei-dong，Chen Xia
（Henan Aero Geophysics and Remote Sensing CenterZhengzhouHenan450000）
【Abstract】In a lot of tall and super-tall buildings construction，pile foundation engineering widely，big column diameter filling pile quality accident often happened seriously influence the exertion of its bearing capacity.Developed in recent years，the quality of pile end grouting pile foundation，increase the bearing capacity of the pile and pile side friction resistance，improve the load transfer performance，to increase the comprehensive bearing capacity of pile，puts forward the new thinking and new way to solve the design.
【Key words】Bored concrete pile;Bored pile;Reinforcement treatment
1. 前言
随着我省高层和超高层建筑物的大量兴建，大直径灌注桩因其具有承载力高、无挤土、无振动、能贴近已建建筑物施工、适应性强等优点，已在桩基工程得到广泛发挥。但是大直径灌注桩的质量事故时常发生严重影响了其承载力的发挥。近几年发展起来的桩端注浆处理桩基质量事故不仅可以提高大直径灌注桩承载力，而且当设计合理、施工得当时能确保其质量稳定可靠。
2. 实现合理的桩端注浆条件
2.1合理的注浆设计是实现注浆目的前提。
为使桩端注浆施工合理、有效，有必要对注浆目标的土岩特性、地下水条件、地下埋设物分布状况和周围环境进行详细调查和分析，并在分析相关资料基础上进行桩端注浆设计。桩端注浆设计主要包括浆液配比、浆液浓度、注浆率、注浆量和注浆压力等参数确定。
2.2合理的注浆工艺是实现注浆目的的保证。
（1）注浆管埋设。桩端注浆处理大直径灌注桩需在桩中心造一注浆孔直至桩端持力层一定深度，然后埋入注浆管至孔底，并封闭孔口一定范围注浆管与孔之间空隙。
（2）压水试验。 压水试验不仅起到疏通注浆通道的作用，而且注浆设计的有关参数也应根据压水试验结果做相应调整。
（3）合理控制注浆参数有利于提高桩端注浆效果。
在桩端注浆过程中，注浆压力、浆掖浓度、注入率和注浆量是变化的。合理的确定和控制其变化对提高桩端注浆效果十分重要。桩端注浆压力随注浆进展呈现出由低到高的变化规律。若注浆过程中压力突然急剧下降，表明发生冒浆或渗浆现象，应在浆液中加入相应的添加剂和采取间歇灌浆措施以确保桩端注浆效果。在桩端注浆中，浆液浓度经历了由稀浆向浓浆变化的过程。稀浆渗透性强可扩大桩端注浆加固范围，浓浆有利于提高桩端注浆加固区强度。
3. 桩端注浆提高单桩承载力机理
3.1改善持力层条件、提高桩的端承力。
大直径灌注桩成孔中，对桩周土扰动降低了桩端土体强度，水的水泡软化作用又进一步加剧其强度降低。桩端注浆通过渗透、劈裂和挤密作用使桩端持力层在一定范围内形成浆液和土的结石体，从而改善持力层的物理力学性能，恢复和提高了持力层土体强度。桩底沉渣的存在因强度低严重影响端承力的发挥。桩端注浆通过浆液对沉碴的置换、挤密和固结作用改善或消除桩底沉碴对端承力发挥的不良影响。试验证实，桩端注浆使桩的端承力得到大幅度提高。
3.2大幅提高桩侧摩阻力。
大直径冲钻孔灌注桩桩周泥皮和人工挖孔桩护壁与桩周土体间空隙降低了桩侧摩阻力。桩端注浆在压力作用下，浆液从桩端沿桩侧向上，通过渗透、劈裂、充填、挤密和胶结作用，对桩周泥皮置换和空隙充填，在桩周形成脉状结石体，如同树根植入土中，从而使桩侧摩阻力大幅度提高。
3.3改善持力层受力状态和荷载传递性能。
桩端注浆通过渗透、劈裂、挤密和胶结作用形成桩端扩大头增大了桩端受力面积，并且注浆对持力层加固又改善其受力状态。试验结果表明，桩端注浆试验结果表明，桩端注浆后，桩侧摩阻力的提高先于桩端承力的提高 。当桩端邻近土层的桩-土相对位移SZ≤S0（4-10 mm）时，随荷载增加SZ增大，桩侧摩阻力提高增大，此时桩侧摩阻力提高（△QS）对单桩承载力提高起主导作用，而桩的端承力潜能尚未被充分发挥。当SZ>SO时，桩侧摩阻力下降，而桩的端承力（△QP）迅速增加，此后桩的端承力对单桩承载力提高起主导作用。
4. 工程实例
4.1实例。
4.1.1某邮电综合大楼，桩基础采用31根800～1000mm人工挖孔桩，扩大头直径为1600～2400mm，桩长为8.5～10.5m，桩端持力层为含粘性土角砾土层。工程地质勘察揭示，场地土层分布为：①粉质粘土，黄褐色，可塑，下部为软可塑，层厚1.2～1.4m。②淤泥，深灰色，饱和，流塑，局部含20%左右碎石及砂砾，层厚4.3～5.8m。③含粘性土角砾，土黄色，饱和，稍一中密、，含17～38%碎石，角砾含量26.7～36.6%，层厚为1.1～3.6m ④残积砂质粘性土，褐黄色，可塑，层厚12.2～13.3m。
4.1.2工程桩静载检测结果，单桩竖向极限承载力达不到设计要求。该工程除4根小荷载桩外，共对27根桩进行桩端压力注浆。
4.2工程桩承载力偏低的原因。
对工程桩静载、动测和取芯检测结果分析，造成实例工程桩单桩承载力偏低达不到设计要求的主要原因有以下几个方面：
CPU系统工作方式，多CPU系统提高了处理并行多发事件的能力，解决了CPU运算处理的瓶颈问题。各功能模块（通常是多个CPU）之间采用网络技术或串行方式实现数据通信，选用具有优先级的网络系统较好地解决了数据传输的瓶颈问题，提高了系统的实时性。分布式结构方便系统扩展和维护，局部故障不影响其它模块正常运行。该模式在安装上可以形成集中组屏或分层组屏两种系统组态结构，较多地使用于中、低压变电站。
4. 分布分散（层）式结构
4.1分布分散式结构系统从逻辑上将变电站自动化系统划分为两层，即变电站层（站级测控单元）和间隔层（间隔单元）。也可分为三层，即变电站层、通信层和间隔层。
4.2该系统的主要特点是按照变电站的元件，断路器间隔进行设计。将变电站一个断路器间隔所需要的全部数据采集、保护和控制等功能集中由一个或几个智能化的测控单元完成。测控单元可直接放在断路器柜上或安装在断路器间隔附近，相互之间用光缆或特殊通信电缆连接。这种系统代表了现代变电站自动化技术发展的趋势，大幅度地减少了连接电缆，减少了电缆传送信息的电磁干扰，且具有很高的可靠性，比较好的实现了部分故障不相互影响，方便维护和扩展，大量现场工作可一次性地在设备制造厂家完成。分布分散式结构的主要优点有：
（1）间隔级控制单元的自动化、标准化使系统适用率较高。
（2）包含间隔级功能的单元直接定位在变电站的间隔上。
（3）逻辑连接到组态指示均可由软件控制。
（4）简化了变电站二次部分的配置，大大缩小了控制室的面积。
（5）简化了变电站二次设备之间的互连线，节省了大量连接电缆。
（6）分布分散式结构可靠性高，组态灵活，检修方便。
【关键词】灌注桩;桩端注浆;加固处理
Experience in the design of grouting PILES
Zhou Wei-dong，Chen Xia
（Henan Aero Geophysics and Remote Sensing CenterZhengzhouHenan450000）
【Abstract】In a lot of tall and super-tall buildings construction，pile foundation engineering widely，big column diameter filling pile quality accident often happened seriously influence the exertion of its bearing capacity.Developed in recent years，the quality of pile end grouting pile foundation，increase the bearing capacity of the pile and pile side friction resistance，improve the load transfer performance，to increase the comprehensive bearing capacity of pile，puts forward the new thinking and new way to solve the design.
【Key words】Bored concrete pile;Bored pile;Reinforcement treatment
1. 前言
随着我省高层和超高层建筑物的大量兴建，大直径灌注桩因其具有承载力高、无挤土、无振动、能贴近已建建筑物施工、适应性强等优点，已在桩基工程得到广泛发挥。但是大直径灌注桩的质量事故时常发生严重影响了其承载力的发挥。近几年发展起来的桩端注浆处理桩基质量事故不仅可以提高大直径灌注桩承载力，而且当设计合理、施工得当时能确保其质量稳定可靠。
2. 实现合理的桩端注浆条件
2.1合理的注浆设计是实现注浆目的前提。
为使桩端注浆施工合理、有效，有必要对注浆目标的土岩特性、地下水条件、地下埋设物分布状况和周围环境进行详细调查和分析，并在分析相关资料基础上进行桩端注浆设计。桩端注浆设计主要包括浆液配比、浆液浓度、注浆率、注浆量和注浆压力等参数确定。
2.2合理的注浆工艺是实现注浆目的的保证。
（1）注浆管埋设。桩端注浆处理大直径灌注桩需在桩中心造一注浆孔直至桩端持力层一定深度，然后埋入注浆管至孔底，并封闭孔口一定范围注浆管与孔之间空隙。
（2）压水试验。 压水试验不仅起到疏通注浆通道的作用，而且注浆设计的有关参数也应根据压水试验结果做相应调整。
（3）合理控制注浆参数有利于提高桩端注浆效果。
在桩端注浆过程中，注浆压力、浆掖浓度、注入率和注浆量是变化的。合理的确定和控制其变化对提高桩端注浆效果十分重要。桩端注浆压力随注浆进展呈现出由低到高的变化规律。若注浆过程中压力突然急剧下降，表明发生冒浆或渗浆现象，应在浆液中加入相应的添加剂和采取间歇灌浆措施以确保桩端注浆效果。在桩端注浆中，浆液浓度经历了由稀浆向浓浆变化的过程。稀浆渗透性强可扩大桩端注浆加固范围，浓浆有利于提高桩端注浆加固区强度。
3. 桩端注浆提高单桩承载力机理
3.1改善持力层条件、提高桩的端承力。
大直径灌注桩成孔中，对桩周土扰动降低了桩端土体强度，水的水泡软化作用又进一步加剧其强度降低。桩端注浆通过渗透、劈裂和挤密作用使桩端持力层在一定范围内形成浆液和土的结石体，从而改善持力层的物理力学性能，恢复和提高了持力层土体强度。桩底沉渣的存在因强度低严重影响端承力的发挥。桩端注浆通过浆液对沉碴的置换、挤密和固结作用改善或消除桩底沉碴对端承力发挥的不良影响。试验证实，桩端注浆使桩的端承力得到大幅度提高。
3.2大幅提高桩侧摩阻力。
大直径冲钻孔灌注桩桩周泥皮和人工挖孔桩护壁与桩周土体间空隙降低了桩侧摩阻力。桩端注浆在压力作用下，浆液从桩端沿桩侧向上，通过渗透、劈裂、充填、挤密和胶结作用，对桩周泥皮置换和空隙充填，在桩周形成脉状结石体，如同树根植入土中，从而使桩侧摩阻力大幅度提高。
3.3改善持力层受力状态和荷载传递性能。
桩端注浆通过渗透、劈裂、挤密和胶结作用形成桩端扩大头增大了桩端受力面积，并且注浆对持力层加固又改善其受力状态。试验结果表明，桩端注浆试验结果表明，桩端注浆后，桩侧摩阻力的提高先于桩端承力的提高 。当桩端邻近土层的桩-土相对位移SZ≤S0（4-10 mm）时，随荷载增加SZ增大，桩侧摩阻力提高增大，此时桩侧摩阻力提高（△QS）对单桩承载力提高起主导作用，而桩的端承力潜能尚未被充分发挥。当SZ>SO时，桩侧摩阻力下降，而桩的端承力（△QP）迅速增加，此后桩的端承力对单桩承载力提高起主导作用。
4. 工程实例
4.1实例。
4.1.1某邮电综合大楼，桩基础采用31根800～1000mm人工挖孔桩，扩大头直径为1600～2400mm，桩长为8.5～10.5m，桩端持力层为含粘性土角砾土层。工程地质勘察揭示，场地土层分布为：①粉质粘土，黄褐色，可塑，下部为软可塑，层厚1.2～1.4m。②淤泥，深灰色，饱和，流塑，局部含20%左右碎石及砂砾，层厚4.3～5.8m。③含粘性土角砾，土黄色，饱和，稍一中密、，含17～38%碎石，角砾含量26.7～36.6%，层厚为1.1～3.6m ④残积砂质粘性土，褐黄色，可塑，层厚12.2～13.3m。
4.1.2工程桩静载检测结果，单桩竖向极限承载力达不到设计要求。该工程除4根小荷载桩外，共对27根桩进行桩端压力注浆。
4.2工程桩承载力偏低的原因。
对工程桩静载、动测和取芯检测结果分析，造成实例工程桩单桩承载力偏低达不到设计要求的主要原因有以下几个方面：
CPU系统工作方式，多CPU系统提高了处理并行多发事件的能力，解决了CPU运算处理的瓶颈问题。各功能模块（通常是多个CPU）之间采用网络技术或串行方式实现数据通信，选用具有优先级的网络系统较好地解决了数据传输的瓶颈问题，提高了系统的实时性。分布式结构方便系统扩展和维护，局部故障不影响其它模块正常运行。该模式在安装上可以形成集中组屏或分层组屏两种系统组态结构，较多地使用于中、低压变电站。
4. 分布分散（层）式结构
4.1分布分散式结构系统从逻辑上将变电站自动化系统划分为两层，即变电站层（站级测控单元）和间隔层（间隔单元）。也可分为三层，即变电站层、通信层和间隔层。
4.2该系统的主要特点是按照变电站的元件，断路器间隔进行设计。将变电站一个断路器间隔所需要的全部数据采集、保护和控制等功能集中由一个或几个智能化的测控单元完成。测控单元可直接放在断路器柜上或安装在断路器间隔附近，相互之间用光缆或特殊通信电缆连接。这种系统代表了现代变电站自动化技术发展的趋势，大幅度地减少了连接电缆，减少了电缆传送信息的电磁干扰，且具有很高的可靠性，比较好的实现了部分故障不相互影响，方便维护和扩展，大量现场工作可一次性地在设备制造厂家完成。分布分散式结构的主要优点有：
（1）间隔级控制单元的自动化、标准化使系统适用率较高。
（2）包含间隔级功能的单元直接定位在变电站的间隔上。
（3）逻辑连接到组态指示均可由软件控制。
（4）简化了变电站二次部分的配置，大大缩小了控制室的面积。
（5）简化了变电站二次设备之间的互连线，节省了大量连接电缆。
（6）分布分散式结构可靠性高，组态灵活，检修方便。