钻孔灌注桩后压浆技术在工程中的应用

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  【摘要】后压浆是将注浆技术与灌注桩技术有机结合,以提高桩的承载力、减少沉降的一项技术。本文通过工程实例,介绍了采用后压浆技术取得的效果,得出在温州地区分布有深厚卵、砾石层的区域可以采用后压浆技术与灌注桩技术结合取得良好经济和社会效益的结论。
  【关键词】 钻孔灌注桩、后压浆
   一、钻孔灌注桩后压浆法简介
   后压浆是将注浆技术与灌注桩技术有机结合,以提高桩的承载力、减少沉降的一项技术。该技术的基本原理是在成桩后将水泥浆通过预设与钢筋笼上的后压浆装置注入桩底、桩侧,固化沉渣和泥皮,并使桩底一定范围内的土体得到加固,从而大幅提高单桩承载力、减少沉降,提高单方混凝土利用率,而且还可以减少桩长及桩数,从而降低工程造价,取得良好的经济和社会效益。
   二、后压浆法的加固机理
   钻孔灌注桩单桩竖向承载力主要由桩侧摩阻力和桩端承载力两部分组成。在工程实践中,因施工方法限制,影响单桩竖向承载力的因素较多。1、提高桩侧摩阻力
   钻孔灌注桩成孔过程中,使孔壁的侧压力向自由面应力释放,破坏桩周土体结构,降低各土层桩侧摩阻力特征值,进而造成单桩承载力降低。
  钻孔灌注桩成孔过程中为防止塌孔和缩径,要采用泥浆护壁,形成的泥皮相当于一层润滑剂,大大降低了桩侧摩阻力。
  成桩后对桩侧实施高压注浆,浆液在桩土界面和桩侧土体中产生挤密作用,使桩侧土体中的空隙被浆液充填、胶结,土体强度大幅提高,即提高了桩侧摩阻力特征值。压浆后,桩周的不稳定泥皮会被破坏,与浆液重新形成水泥粘土浆,形成抗剪强度较高,与桩身紧密粘结的环形体,变相地扩大了桩径,提高了桩侧摩阻力。
   2、提高桩端承载力
   灌注桩施工使桩底持力层被扰动发生软化,强度降低。同时受施工工艺限制很难将孔底沉渣彻底清除、打捞干净,桩底残留的沉渣形成软弱压缩层,大大降低了桩的承载力,增加沉降。
   实施高压灌浆后,高压浆液在桩底端虚土及桩周土层中产生填充、渗扩、挤密等多种形式的组合作用,改变了其物理化学力学性能及桩与桩端土体之间的边界条件,使沉渣和桩端土体得到加固,并在桩底一定范围内的土体加以胶结,桩底面积扩大,从而提高桩端端承载力。
   三、工程实践
   1、工程简介
   温州某住宅区工程项目,位于瑞安市飞云江畔,建筑面积129910m2,其中高层住宅5幢,建筑面积91430m2,层数31层,剪力墙结构,采用桩基础。
  2、代表性地层情况及设计参数
  
   3、桩基设计方案
   根据设计要求,单桩竖向承载力应大于3600KPa,桩型采用钻孔灌注桩,考虑到承台布桩要求,桩径不大于800mm。因上部基坑开挖深度为5m,单桩竖向承载力应从地表下5m起算。
   根据单桩竖向承载力特征值计算公式Ra=up∑Liqsia+Apqpa进行估算,桩径800mm钻孔灌注桩桩底深度为74.9m(有效桩长为69.9m),即桩端进入⑩卵石层2.0m时,单桩竖向承载力特征值为3628KPa满足设计要求。
   根据地质报告及参考周边地块施工经验,⑨圆砾层状态为稍密状,土体胶结不好,且场地邻近飞云江,下部承压水压力较大。桩基施工中漏浆、坍孔现象严重,施工难度极大。在本工程试桩过程中也出现严重的漏浆、坍孔现象,试桩被迫中断。鉴于工程现状,建设方建议改变设计方案,建议避开⑨圆砾层,以力学性质较好的⑧卵石层作为桩端持力层。
   问题1:由于承台布桩困难,不能增大桩径,即桩径800mm不变;
   问题2:拟选择 卵石层作为桩端持力层,其单桩竖向承载力能否满足设计要求。
  为此,采用鉆孔灌注桩桩端后压浆技术提高单桩竖向承接力。试桩桩径800mm,钻孔灌注桩桩底深度57.2mm(有效桩长52.2mm),桩端进入 卵石层3m。
    (1)开塞
  灌注桩成桩后24~48h内,采用清水将注浆管进行开塞。
    (2)压浆
    注浆作业在成桩2周后,且在桩身混凝土达到设计强度的70%后方可注浆。注浆采用低压慢速,压力不大于3Mpa,注浆速度20~50L/min。桩端注浆终止标准采用注浆量和注浆压力双控原则,以注浆量(水泥用量)控制为主,以注浆压力标准为辅。当注浆量达到要求时,可终止注浆,当注浆压力大于3Mpa并持荷3分钟,且注浆量达到要求量的80%时,也可终止注浆。桩端注浆水泥用量为500kg,水灰比为0.55~0.6。
     (3)试验
  龄期28天后,进行桩基静荷载试验,结果表明:
  1.试桩在各级荷载作用下,Q—S曲线较平稳,最大沉降量较小。
  2:S—lgt曲线较平直,卸载至零后,有明显回弹。
  3:桩端持力层为 卵石层,随着桩土相对位移(荷载)的增加,桩端阻力逐步增加,把最后一个截面的轴力作为桩端阻力,则其值为3692kpa,满足设计要求。
  (4)工程效果
  试桩试验成功后,经设计单位同意对施工方案进行了调整。桩基施工得以顺利进行,没有出现大量漏浆、坍孔现象。在本工程实践中:
   1:提高了施工时效,确保施工工期,单桩竖向承载力3692Kpa满足设计要求;
   2:在桩径不变时,每根桩长平均减少17.7m节约了成本;
   3:减少了潜在的施工风险,如漏浆、坍孔等。
  四、 结束语
    1、钻孔灌注桩后压浆设备较简单,安装方便,可操作性,成本较低,可靠性高;
    2、在卵砾石层、砂砾石层为桩端持力层时,采用钻孔灌注桩桩端后压浆可提高单桩竖向承载了;
    3、可优化设计方案,调整工艺参数,合理布置桩数、桩长及桩径,降低工程造价,寻求效益最大化。
   因此,在分布有深厚卵、砾石层的区域,在采用钻孔灌注桩时,一般施工难度较大,成本较高,单桩承载了较低。如采用后压浆技术可以减少桩端进入卵、砾石层深度,或调整桩径、桩数量,在满足设计要求的前提下从而降低工程造价,缩短施工工期,减少施工风险,具有明显的经济效益和社会效益,有很广阔的推广前景。
    通过该工程的实践,对钻孔灌注桩桩端后压浆进行了初步探索,为今后类似工程提供参考。
    参考文献
    1、《建筑桩基技术规范》(JGJ94—2008)中国建筑业出版社2008
    2、《工程地质手册》(第四版)中国建筑工业出版社 2007
    3、顾晓鲁等主编《地基与基础》(第三版)中国建筑工业出版社 2003
  注:文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。
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