钻孔灌注桩后压浆技术在工程施工中的应用分析

2013-01-14闫永康赵慷赵桂荣魏亮亮任红涛

地质装备 2013年2期

关键词：压浆单桩灌注桩

闫永康，赵慷，赵桂荣，魏亮亮，任红涛

（1.中国地质装备总公司，北京100192；2.北京住总集团，北京100029）

钻孔灌注桩后压浆技术在工程施工中的应用分析

闫永康1，赵慷2，赵桂荣2，魏亮亮2，任红涛2

（1.中国地质装备总公司，北京100192；2.北京住总集团，北京100029）

本文结合工程实例，详细分析了钻孔灌注桩后压浆的设计施工及承载力提高情况，对于桩端持力层为卵石层时提高比例超过24%。从经济分析上得到后压浆措施提高承载力的经济效益高于增加桩长或增加桩径提高承载力的经济效益。针对灌注桩后压浆施工中容易出现的问题进行了详细分析，提出了后压浆管路设计中注浆管固定方式从原来的铅丝绑扎改为顶端丝扣紧固其余节点钢筋圆环固定方式的建议。

后压浆；注浆管路；钻孔灌注桩；泥浆护壁

1 引言

随着高层建筑的迅猛发展及我国基础设施投入的不断增加，高承载力地基及特大型桥梁不断增多，泥浆护壁钻孔灌注桩成为我国建筑和桥梁基础的主导桩型。随着泥浆护壁钻孔灌注桩后压浆技术在这些高大建筑基础和大型桥梁基础中的成功应用，有效的缩短了基础桩长度，降低了桩基的施工难度，从而使得工程造价有所下降，工程利润得到相应提高。

灌注桩桩底、桩侧后压浆是近年来发展的桩基改良技术，其作用机理是在桩体形成后，通过桩端和桩侧的预埋管阀压入水泥浆，通过浆液的渗扩、挤密和劈裂压密等方式，消除泥皮和桩底沉渣的固有缺陷，改善桩土界面，使桩周一定范围内的土体得到加固，土体强度增加，增大桩侧摩阻力和端承力，从而大幅度地提高桩的极限承载力和减少沉降量，其技术和经济效益十分明显。本文结合工程实例，详细分析了钻孔灌注桩后压浆的设计施工及施工中容易出现的问题及解决预防措施，以及对该工艺的一些改进建议，对类似工程的顺利施工具有重要的借鉴意义。

1 工程情况概述

该工程位于河北省唐山市，设计桩数198根，桩径均为800mm，桩长37m，设计单桩承载力特征值为5000k N，建筑最终沉降量小于等于50mm。桩身穿过层厚5.00～6.70m 的细砂层，层厚0.80～3.50m的粉土层，层厚0.70～1.70m 的粉质粘土层，层厚 6.60～9.00m 的细砂层，层厚 0.30～2.30m的粉质粘土层，层厚3.80～11.00m 的细砂层，层厚1.00～2.60m的粉质粘土层，层厚4.40～6.40m的细砂层，桩端持力层为卵石层，桩端进入卵石层不小于0.8m。钻孔灌注桩承载力设计参数见（表1）。

表1 钻孔灌注桩设计参数表

根据岩土工程勘察报告提供参数，不进行后压浆处理的情况下计算得单桩竖向极限承载力标准值估算为（Quk）8044k N。

由于设计单桩承载力特征值为5000k N，因此桩基检测时载荷试验要求单桩极限承载力标准值需达到10000k N＞（Quk）8044k N，考虑到增加桩径或增加桩长提高极限承载力的方法会使的工程造价及施工难度急剧提高。经测算通过增加桩径和桩长达到承载力要求费用增加约80万元，采用后压降达到承载力要求需要费用约50万元，随即决定采用已被广泛应用的桩端后压浆技术来提高单桩承载力极限值，以满足工程设计要求。

2 后压浆设计及作业

2.1 压浆参数设计

影响后压浆质量的关键注浆参数包括浆液水灰比、注浆终止压力、注浆流量和注浆量。注浆浆液水灰比过大容易造成浆液流失，降低后压浆的有效性，水灰比过小会增大注浆阻力，降低可注性。因此水灰比的大小应根据土层类别、土的密实度、土是否饱和诸多因素确定。对于饱和土宜为0.45～0.65，对于非饱和土宜为0.7～0.9，对于松散碎石土、砂砾宜为0.5～0.6。桩端压浆终止注浆压力应根据土层性质及注浆点深度确定，对于风化岩、非饱和粘性土及粉土，宜为3～10MPa；对于饱和土层宜为1.2～4MPa，软土取低值，密实粘性土取高值。为利于浆液均匀扩散，保证压浆效果，应控制注浆流量，注浆流量一般不宜超过75L／min，实践表明，注浆压力和流量过大容易造成串孔、冒浆、降低压浆的有效性。控制注浆流量还能起到控制注浆压力的连带效应。确保最佳注浆量是确保桩的承载力增幅达到要求的重要因素，过量注浆会增加不必要的消耗，注浆量应通过试注浆确定。初步设计时，主要应考虑桩径、桩长、桩端桩侧土层性质、单桩承载力增幅及是否为复式注浆等因素，可按下式估算：

式中：Gc——注浆量（T），以水泥质量计；

αp、αs——分别为桩端、桩侧注浆量经验系数，αp＝1.5～1.8，αs＝0.5～0.7，对于卵、砾石、中粗砂取较高值；

n——桩侧注浆断面数；

d——基桩设计直径（m）。

经计算和以往施工经验，本工程只采用桩端后压浆，具体设计参数见（表2）：

表2 水泥压入量及泵送终止压力按下表

具体施工控制标准：

①水泥压入量达到表中设计值的75%，泵送压力超过3.0MPa可停止压浆；

②水泥压入量达到表中设计值的70%，泵送压力不足表中预定压力的70%时，应调小水灰比，继续压浆至满足预定压力；

③若水泥浆从桩侧溢出，则调小水灰比，间歇压浆，间歇时间宜为30～60min。

2.2 压浆管路设置

桩端压浆阀为中国建筑科学研究院地基研究所专利产品，注浆阀具备逆止功能；压浆导管采用国标低压流体输送用焊接管，桩端压浆导管内管公称口径φ25（1″），壁厚3.25mm，压浆管沿钢筋笼圆周对称设置2根管。

压浆导管设置要点：

①压浆导管上端均设管螺纹、管箍及丝堵；桩端压浆内导管下端设有G1″螺纹及用以旋接桩端压浆阀的管箍，外管固定于钢筋笼加劲箍上；

②压浆导管的连接均采用套管焊接，焊接必需连续密闭，焊缝饱满均匀，不得有孔隙、砂眼（每个焊点应敲掉焊渣检查焊接质量，符合要求后才能进行下一到工序）。

③压浆导管与钢筋笼固定采用12号铅丝十字绑扎固定方法，绑扎应牢固，绑扎点应均匀。桩端压浆管绑扎于加劲箍内侧，与钢筋笼主筋靠紧绑扎，固定绑扎点为每一道加筋箍处。

④压浆导管的上端不宜低于桩施工作业地坪200mm（视具体情况可略作调整）；

⑤钢筋笼最后就位前旋接压浆阀；

⑥钢筋笼制作要尽量减少接头，堆放及运输严防扭转与弯曲，制作时主筋间距均匀，下笼时要吊直、对准，缓慢下沉，钢筋笼要沉放到底，不得悬吊，下笼受阻时不得撞笼、墩笼、扭笼。

⑦桩灌注完毕孔口回填后，应插有明显的标识，加强保护，严禁车辆碾压。

2.3 施工顺序

压浆一般可于成桩2天后进行，不得迟于30天，压浆时最好采用整个承台群桩一次性压浆，压浆先施工周边桩再施工中间桩。压浆桩与在施桩作业点距离不宜小于10m。具体时间视桩基施工情况进行调整（遇有特殊情况，可作提前或滞后压浆）。并根据施工进度如实填写《灌注桩后压浆施工记录》，记录的内容应包括施工时间、压浆开始及结束时间、压浆数量以及出现的异常情况和处理措施等。

图1 压浆阀安装示意图

图2 压浆阀装置详图

2.4 桩基检测情况分析

在桩身混凝土强度达到设计要求的条件下，承载力检验应在后注浆20天后进行。根据工程的重要性以及后压浆处理措施对于承载力提高值的不确定性，正式施工前必须先进行试桩。本工程设计两棵试桩，注浆完毕23天后进行单桩竖向抗压静载试验，经有资质的第三方检测承载力及沉降均满足设计要求，随即进行了剩余桩的施工，施工完毕后再抽取两棵桩作为试验桩，经有资质的第三方检测桩基的各项参数均满足设计及相关规范要求。

根据勘察报告估算单桩极限承载力为8044k N，经过后压浆处理后由载荷试验可知单桩极限承载力大于10000k N，因此经过后压浆处理措施后单桩承载力提高幅度超过24%。

3 施工中容易出现的问题及原因分析

工程施工完毕后经总结容易出现的问题有两个，第一注浆管管口容易被碰压变形，第二剔凿完桩头之后钢筋笼顶标高大多低于设计标高。

出现第一个问题的主要原因是基础桩灌注完毕后不能立即注浆，注浆管上端须高于施工地平，由于桩间距一般在2.4m左右，因此旁边的桩施工时钻机、吊车、铲车、混凝土罐车等作业设备容易碰压到已施工完毕的桩位，致使注浆管管口变形。

出现第二个问题的原因是规范中要求钢筋笼应沉放到底，不能悬吊，桩孔钻进时由于测量误差和孔底沉渣影响，钻进深度大多都会大于设计孔深。因此剔凿完桩头后钢筋笼顶标高大多低于设计标高，不能满足设计要求的基础桩钢筋笼顶嵌入基础底板的长度。

4 易出问题的处理、预防措施和改进建议

4.1 易出问题的处理措施

对于施工中出现的注浆管管口被碰压变形的情况，通常采用的处理措施是用钢锯截掉变形段，用手工套丝扳手重新套丝，以满足压浆软管端头与注浆管连接的要求，从而完成后压浆作业。

对于出现的钢筋笼顶标高低于设计标高的情况，首先如实向设计单位汇报情况，然后按照设计单位要求进行处理，通常处理措施为接筋，根据外漏钢筋长度的不同可以采用搭接焊或者帮接焊两种方式，焊接长度满足规范的相关要求。

4.2 易出问题的预防措施

对于施工中出现注浆管管口被碰压变形的预防措施有：①适当调整钻孔灌注桩施工顺序，避免作业设备经过已灌注完毕的桩位区域；②对于已完桩位做出明显标识，提醒作业设备避开该区域；③基础桩灌注完毕满足规范要求后及时注浆，减少注浆管被保护时间，从而降低被碰压风险。

对于施工中出现的钢筋笼顶标高低于设计标高的预防措施有：①提高桩孔深度测量精度，降低测量误差对孔深的影响；②严格控制泥浆性能，减少沉渣厚度对钻孔测量深度的影响。

4.3 后压浆管路的改进建议

当前施工中后压浆钢管通常与钢筋笼绑扎固定，因此钢筋笼制作完毕后压浆管不能上下移动。为了确保注浆阀能插入孔底所以规范要求钢筋笼不能悬吊，因此施工时钢筋笼顶标高完全由钻孔深度决定。为了确保注浆效果和钢筋笼顶标高可人为控制，建议钢筋笼制作时除了注浆管顶部与钢筋笼绑扎的节点采用丝扣固定外，其余固定处均采用固定在钢筋笼上的略大于注浆管外径的钢筋圆环来控制注浆管移动，钢筋笼安放到设计标高后进行悬吊，松开顶端固定注浆管的丝扣后采用人工下压浆管直到孔底，然后上紧丝扣进行水下灌注混凝土。

通过上述改进措施后可以克服当前常规做法所造成的钢筋笼顶标高不易控制的问题，从而提高了后续施工速度，减少了因为钢筋笼接筋等带来的经济和工期损失。