钻孔灌注桩桩底压浆施工技术及应用分析

一、前言

钻孔灌注桩具有单桩承载力高、对不同地质条件适应能力强、无挤土效应等优点,已被广泛地应用于房建、桥梁等基础工程中。但其最大的缺点是:施工工序多, 工艺复杂,施工中孔底沉渣很难清理干净、泥浆护壁降低桩侧土摩阻力影响到其承载力的发挥。

采用钻孔灌注桩桩底压浆技术可以较好地克服这些不足,其做法是: 在钢筋笼上预埋由地面直通桩底的注浆管, 在桩身混凝土浇灌完成后的一定时间内实施桩底压浆, 使桩底的沉渣和桩周的泥皮产生固结, 从而增强端承力和侧摩阻力, 显著提高单桩承载力。

笔者在此谈谈钻孔灌注桩桩底压浆技术在不同地基土持力层中的应用情况, 以期通过实例对钻孔灌注桩桩底压浆施工工艺进行分析。

二、桩底压浆目的

钻孔灌注桩是一种水下施工作业桩, 施工工艺复杂, 隐蔽性强, 持力层岩土体本身存在软弱夹层及裂缝等影响强度的缺陷; 并且在桩基施工时, 由于孔洞深, 施工难度大, 故可能存在缩径, 桩底周边与基岩相脱离等现象, 尤其是在桩径较大的钻孔灌注桩施工中, 这些现象尤较为普遍。这些问题都是影响单桩承载力的不利因素, 而通过桩底压力注浆却能够有效提高单桩承载力, 对减少承载后的沉降量具有一定的效果。

三、实例

实例一

某一座高层住宅,楼高90m, 地下室二层, 桩基采用800mm 嵌岩型钻孔灌注桩: 最深桩长50m, 共199 根。桩身采用C30 混凝土, 设计要求桩端嵌岩于中风化岩层或微风化岩层, 嵌岩深度: 700～1500mm, 桩底采用压力注浆技术。单桩极限承载力标准值为8000kN, 承载力设计值为5400kN, 设计要求孔底沉渣厚度小于50mm。

1、工程地质土层分布

从上到下依次为: ( 1) 杂填土: 层厚2.1～5.9m; ( 2) 粘土:层厚0.16～2.6m; ( 3) 淤泥: 厚度4.6～10.7m; ( 4) 粘土: 层厚2.10～7.8m; ( 5) 淤泥质粘土: 层厚3.19～15.8m; ( 6) 粉质粘土: 层厚0.16～12.9m; ( 7) 淤泥质粘土: 层厚1.5～3.9m;( 8)粉质粘土: 层厚2.9～6.4m; ( 9) 残积砂质粘性土: 层厚1.6～6.7m; ( 10) 强风化花岗岩: 层厚0.9～3.5m; ( 11) 中风化花岗岩: 层厚0.4～5.4m; ( 12) 微风化花岗岩。

2、钻孔灌注桩桩底压浆工艺过程:

(1) 压力注浆管安放: 将两根 20mm 钢管绑扎在钢筋笼两侧作为注浆管, 在其底部约25cm 范围内梅花状布孔12个,孔径5mm( 孔眼部分用橡胶包裹铅丝缠绕扎紧) 。管内注满水后随钢筋笼同步放入孔内, 伸至孔底, 顶部露出孔口20cm。要检查注浆管是否连接可靠严密, 以防止下放时岩土土体、砼灌注料渗入管内堵塞管道。

(2) 压水试验: 待成桩后3～7d 左右用高压水压通注浆通道, 压水量控制在0.3～0.6m3, 压水时间3～5min, 压力2MPa。压水试验是注浆工艺一道不可忽视的重要环节, 通过预压可以疏通管道以检查注浆管内是否堵塞, 为注浆做好充分准备。

(3) 注浆施工: 是注浆工艺最后一道工序, 注浆浆液由水泥搅拌机( 300L) 、滤网、储浆筒( 500L ) 、注浆泵( 设最大压力10MPa 的压力表) 、桩孔口压力表、注浆管而到桩底。注浆过程要控制好几个主要指标参数, 包括注浆压力、注浆浓度、注浆量等等。

①注浆浓度、注浆量: 首先用较稀逐渐增加浓度, 最后注入浓浆, 并根据持力层岩土性状和沉渣量等因素事先计算好注入量。本过程注浆时将水灰比3:1 的水泥量120kg、水灰比0.8:1 的水泥量360kg 及水灰比0.5:1 的水泥量1020kg 依次注入;

②注浆压力: 以压水压力为注浆起始压力, 注浆终压力是初压力2～3 倍, 还要根据桩长、岩土体性状等现场情况终合考虑及时选择和调控, 本过程起始压力200MPa, 终孔压力3～6MPa;

③注浆结束标准: 注浆压力达到终压, 终压为初压2～3倍, 并稳定在5～15min 完成注浆工作, 注浆时间大约需要1h。

3、施工主要注意事项

(1) 串孔现象: 由于地层空隙率及持力层裂隙的存在, 在进行注浆时可能会有水泥浆从邻近桩已开塞但未注浆的管中喷出, 造成注浆堵塞, 致使今后可能注浆失败。为避免因串孔而造成注浆失败, 采用分片开塞, 分片注浆的施工流水作业。

(2) 注浆管: 通过注浆管来完成的, 注浆管长度不够, 则桩底承载力得不到加强, 影响桩端承载力。

(3) 注浆压力: ①压力逐渐上升, 但达不到要求的压力,这可能是浆液在粘土中形成脉状劈裂渗透, 或浆液浓度低、凝胶时间长, 或部分浆液逸出。②注浆开始后压力不上升,甚至离开初始压力值呈下降趋势, 这可能是浆液外逸。③压力上升很快, 而速度上不去, 表明土层密实或凝胶时间过短。④压力有规律上升, 即使达到容许压力, 注浆速度也很正常( 变化不大) ,这表明注浆是成功的。

4、单桩承载力试验结果及分析:

(1) 单桩静载试验结果: 35# 、100# 、115# 桩最大试验荷载加至8000kN 均正常, 累计沉降均小于40mm, 单桩极限载荷均超过8000kN, 满足设计要求。

(2) PDA 高应变动测结果: 59# 、6 6# 单桩竖向极限承载力实测值为8570kN、8610kN, 具体结果详见下表。

(3) 低应变动测结果: 通过对91 根桩进行低应变检测,被测的91 根桩身质量均满足设计要求。

表1 PDA 高应变检测结果

5、由于在施工过程中严格控制好各个要关工序环节,正确选择参数, 并能根据现场情况进行调整, 所以这项桩基工程在取得良好质量同时也取得良好社会效益。

实例二

某综合办公大楼, 楼高70m, 地下室一层, 桩基采用600mm 钻孔灌注桩, 最深桩长35m, 共计桩数205 根, 桩身采用C25 混凝土, 桩端持力层为第⑦层粉质粘土层, 桩底采用压力注浆技术。设计单桩极限承载力标准值为2400kN, 压浆后设计单桩极限承载力标准值为2880kN, 设计要求孔底沉渣厚度小于50mm。

1、桩底压浆工艺分析:

众所周知, 泥浆护壁钻孔灌注桩由于桩端存在沉渣和桩侧存在泥皮, 其单位体积混凝土承载力小于打入式和静压式混凝土预制桩。如何提高泥浆护壁钻孔灌注桩的承载力, 减少沉降是一个关键的问题, 所以近年来工程界都在着力开发桩底压浆施工工艺, 取得了一定的成效, 但对于这种软土持力层, 泥浆护壁成孔钻孔灌注桩的桩底残留沉渣并不是真正意义上的沉渣,如果也采用一般的桩底压浆施工艺加固桩底, 只能使桩底残留的部分稠泥浆变成强度不高的“水泥土”。

施工单位针对钻孔灌注桩持力层为一般粘性土的情况,采用在孔底先填灌一层粗骨料( 厚度20～40cm) , 然后再灌注水下混凝土的办法取得了较好的效果。

2、压浆工艺: 在钢筋笼两侧放两根 20mm 注浆管, 将钢筋笼吊入孔内固定, 第一次清孔后, 先向桩孔内均匀投入一定数量的骨料( 骨料粒径和数量根据桩径等情况确定) , 成桩结束后待混凝土终凝对预埋的注浆管进行疏通, 防止注浆管堵塞,等到桩身混凝土强度达到75%后开始注浆。

(1) 从注浆管上端压入清水, 将桩底骨料中的泥浆稀释并置换出来, 直到排浆管上口排出清水为止, 这时可以确定桩底骨料中泥浆已被清除干净, 骨料空隙中充满水。

(2) 将压缩空气送入压浆管用压缩空气的压力将骨料空隙中的水排除出来, 直至水被排除干净, 空隙中只有空气存在。

(3) 马上压入水泥浆, 直至桩顶排浆管管口溢出灰色水泥浆后关掉浆管上口闸阀, 继续压浆将预拌水泥浆压完。这样相当于在骨料的间隙注入高强水泥浆取得较好的效果。

3、施工结果检测:

(1) 单桩静载试验结果: 对3 根31m 长桩进行单桩静载试验, 由检测结果知道, 3 根31m 长桩的竖向极限承载力标准值均大于2880kN, 满足设计要求。

(2) PDA 高应变动测结果: 检测结果发现被检测桩的单桩极限承载力均超过设计单桩极限承载力且桩身质量均能满足设计要求。

4、桩基工程质量被评为优良。

四、结语

由以上桩底压浆施工实例说明钻孔灌注桩桩底压浆工艺具有良好的发展前景, 它不但具有节约桩基成本, 提高单桩承载力, 提前工期, 减少桩数等特点, 且能较大限度地保证桩身质量并收到良好的社会效益, 具有较强推广和应用价值。同时随着钻孔灌注桩桩径的增大, 桩底压浆施工工艺的改进还是一个需要进一步探讨的课题。