谈混凝土灌注桩的设计及施工注意事项

安 健

(山西省建筑设计研究院，山西 太原 030013)

谈混凝土灌注桩的设计及施工注意事项

安 健

(山西省建筑设计研究院，山西 太原 030013)

以某单位职工高层商住楼为例，结合其具体工程概况，介绍了混凝土灌注桩的设计要点，并针对灌注桩施工中出现的常见问题提出了具体的解决措施，以保证桩基的施工质量。

混凝土灌注桩，土层，设计，桩基

1 灌注桩工程设计

1.1 工程概况

该工程为山西太原市东中环路以东某单位职工高层商住楼，主楼为剪力墙结构，地下2层，地上33层，裙房地上2层，建筑总长度61.125 m，总宽度52.400 m。建筑场地为Ⅱ级自重湿陷性黄土，基底下湿陷性土层厚度为10 m，以下各土层均为粉质粘土。综合考虑本工程采用钢筋混凝土灌注桩基础，对于湿陷问题初定为两个方案，方案一是灌注桩直接穿透湿陷性土层，湿陷性土层不另作处理，另一方案是先采用素土挤密桩处理湿陷土层，湿陷完全处理后打钢筋混凝土灌注桩。经对技术经济安全性综合分析，采用处理湿陷性土层后打灌注桩的方案，因在造价相当的情况下，此方案可以考虑处理后土层为单桩承载力提供摩阻力，从而减小桩的长度，也从根本上消除了湿陷性土层对建筑物存在的不确定的安全隐患。

1.2 桩基设计

1)桩径、桩距、桩长的选取。

根据地质报告基底以下土层分布如表1所示(黄土为处理后的湿陷土)。

表1 土层参数表

根据《建筑桩基设计规范》要求，灌注桩间距应大于3倍桩径，桩基进入持力层深度为3倍～5倍桩径，桩径取0.7 m，考虑到主体结构剪力墙长度大部分为4 m～6 m，为使桩尽量布置在剪力墙下，减小承台梁板内力，桩距取2.1 m～3 m，根据上部建筑的荷载、桩径、桩距、土层等经初步计算桩长取31.2 m。

2)基桩承载力的计算及平面布桩。

由计算公式Quk=u∑βsiqsiklgi+βpqpkAp得:

Quk=3.14×0.70×(10.10×40×1.4+19.1×65×
1.4+2×80×1.5)+2.2×1 800×3.14×0.352=7 114 kN。

单桩极限承载力标准值取：Quk=7 100 kN。

单桩竖向承载力特征值取：Ra=Quk/2=3 550 kN。

因工程工期、场地问题甲方要求不再单独做桩底桩侧土破坏的试桩确定单桩承载力，本工程先以经验参数法估算单桩竖向极限承载力来布桩，待工程桩完成后取预先设定的三根试桩进行静荷载试验检验，试桩达到工程桩竖向极限承载力再加两级荷载即可，试桩要求极限承载力Quk=7 100/0.8=8 875 kN。若试桩没有破坏可以当作工程桩使用，应考虑该试桩承载力的折减。布桩时，为使整体桩位形心尽量与上部结构的重心重合，先按局部荷载与局部桩中心重合的原则进行布桩，完成布桩后取上部结构荷载的标准值除以单桩特征值核对总桩数。

3)配筋计算。

本工程基底埋置较深，周边土体及地库对地下室有很好的约束，桩可不考虑抗拔和水平地震作用，配筋按《建筑地基基础设计规范》《建筑桩基设计规范》的构造规定：桩身配筋率为0.2%～0.65%(小直径取大值)，而《混凝土设计规范》规定受压构件全部配筋率为0.6%，所以工程桩全部纵筋取16根φ14，配筋率为0.64%，满足要求，考虑轴向荷载的传递特征及荷载性质，且无软弱土层和液化土层，其中纵向受力筋的1/2沿桩身通长配置，另外1/2按桩长2/3配置。箍筋为8@100/200，桩顶5d范围加密为8@100。每隔2 m设一道Φ12焊接加劲箍筋。

4)桩身强度计算。

桩身的混凝土强度计算应取上部结构荷载的设计值，为计算方便简单，单桩竖向承载力设计值Q与单桩竖向承载力特征值Ra的比值按1.35考虑，工程桩混凝土强度计算为：fc=Q/(φψcAps)=1.35×3 550/(0.8×3.14×0.352)=15.57 N/mm2。

由《混凝土设计规范》表4.1.4得C35的设计值为16.7 N/mm2,所以桩身混凝土强度等级取为C35，试桩桩身的混凝土强度计算：

fc=Q/(φψcAps)=8 875/(0.8×3.14×0.352)=28.84 N/mm2。

由《混凝土设计规范》表4.1.3得C45的标准值为29.6 N/mm2,试桩桩身混凝土强度等级为C45。

5)后压浆技术的应用。

为提高桩承载力，减小桩顶沉降量，结合本工程桩端、桩侧土层的土质情况，本工程适合采用后注浆技术，设计计算注浆量:

Gc=αpd+αsnd=2.2×0.7+0.5×2×0.7=1.54+0.7=2.24 t。

取桩底约为2.0 t,桩侧约为1.0 t。注浆导管采用φ20钢管，桩底两根，桩侧两道，规范要求距桩底5 m～15 m，桩顶约8 m以下，每隔6 m～12 m设一道注浆阀，本工程桩桩侧在距桩顶8 m,18 m设两道注浆阀，注浆材料为P.S32.5水泥，桩端注浆压力应根据土层性质、注浆点深度来确定，对本工程为非饱和粉质粘土，注浆压力取3 MPa～10 MPa。通过桩的检测报告分析，后压浆明显改善桩端桩侧土的持力层条件，单桩承载力有明显提高，试桩的沉降量也很小。

6)主裙房基础的沉降计算及变刚度调平设计。

本工程带有两跨两层裙房，因高层主体采用桩基，为减小差异沉降，裙房采用刚度相对弱化的天然地基和混凝土独立基础，并要求在主体完成后沉降基本稳定后再做裙房施工，如主体部分封顶完成后继续沉降，裙房施工应留置后浇带。

2 桩基施工应注意事项

灌注桩成孔方法有人工挖孔、机械沉管成孔、机械钻孔等。机械钻孔泥浆护壁成孔应用较多，而水下混凝土施工是桩质量控制的关键，个人对泥浆护壁灌注桩水下浇筑混凝土注意事项总结为以下几点：

1)水下浇筑混凝土方法。

钻孔灌注桩一般采用泥浆护壁成孔，钢筋笼吊装完成后立即进行二次清孔，然后将端头带有隔水球胆导管插入距孔底300 mm～500 mm，将一定储备量的混凝土一次灌入导管，混凝土将压出隔水球胆且将导管埋入灌注面以下一定深度，初次埋入不小于0.8 m，混凝土连续灌注时在导管内外形成高差而使混凝土灌注面不断上升，这时导管埋入深度亦为2 m～6 m，孔内泥浆随着混凝土灌注面上升而排出，直至桩体全部浇筑完成。水下浇筑混凝土是隐蔽施工，必须由专人控制浇筑速度、导管埋入深度、提管速度、管内外混凝土高差等，确保混凝土浇筑质量。

2)导管堵塞或导管拔空。

导管堵塞是水下灌注混凝土常见的问题，主要原因是混凝土坍落度小、流动性差，混凝土发生离析，混凝土浇筑到管端因导管内外压力差变小发生堵塞，施工人员没有充分的工序准备就急于浇灌，浇筑时也不检测混凝土的坍落度、流动性。导管一旦堵塞插管会严重影响混凝土的浇筑质量。为防止堵塞，除了加快浇筑速度外，施工前应严格培训工人操作工艺和施工工序，浇灌前根据孔深计算确定导管的搭配，灌注过程中及时测出混凝土面的上升高度，严格控制导管的埋置深度、拔管的速度并及时拆卸导管，也可不间断缓缓地上下抖动导管。导管堵塞无法灌注或者工人操作不当导管拔空需要重新插管，必须抽掉导管里的水或导管底端加隔水盖阀然后插入才可以继续灌注混凝土。

3)正确控制后压浆压力和注浆量。

近年来注浆技术得到了成熟和广泛的应用，其工程机理是水泥浆通过预设于桩身内的注浆管和与之相连的注浆阀压入渗透到桩端及桩周的土层中，高压浆液使松质的土层固结、填充、压密，形成承载力较高的新加固土层，其与灌注桩的有机结合明显地提高了灌注桩的承载力，也对桩底沉渣、桩侧缩颈、泥皮等缺陷进行修补。后注浆时间一般于成桩达到一定强度后开始，注浆顺序应按场地土质特性确定，一般对于饱和土的复式注浆宜为先桩侧后桩端，对于非饱和土先桩端后桩侧；多断面桩侧应先上后下。注浆压力及注浆量应按设计要求范围调整，一般情况下桩端后注浆的完成以注浆量来控制，压力过大会扰动桩周土层或对桩体破坏，或使桩体上浮；桩端注浆终止压力达不到设计要求压力，而已达到设计要求的注浆量时可以停止注浆。

4)钢筋笼上浮。

混凝土灌注时钢筋笼有时会出现上浮，原因之一是混凝土粗骨料所占比例大，混凝土在导管内下落过程中发生离析，当灌注到钢筋笼底端时由于钢筋笼的主筋和箍筋密致使难以插入导管翻出发生离析的混凝土，钢筋笼会受混凝土的反冲力托动上浮；也可能因混凝土初凝时间短，浇筑上升一定高度时浇筑面开始凝固，和钢筋笼凝固在一起的表层混凝土会携带钢筋笼上浮。以上情况下可以通过加快灌注速度、减小混凝土骨料粒径、调整初凝时间、更好地固定钢筋笼、保证导管与钢筋笼间隙要求且互无挂带等等方法来解决。

3 结语

混凝土灌注桩是高层建筑最常用的一种基础型式。尤其钻孔施工方法能适应各种复杂地层，而且施工速度快，对周边建筑物影响也小，但成孔必须为泥浆护壁，成孔尺寸无法直接实测实量；混凝土为水下浇筑，靠自身重力密实，混凝土质量不易控制；桩出现缺陷补救困难，费用高。桩基一旦出现质量事故将影响整个工程质量，会给甲方造成巨大的经济损失和不良的社会影响。所以设计人员必须综合考虑场地成孔的可行性、当地施工技术条件并且参考已建成的工程再作出合理的设计，同时建设施工单位应该加强管理，严格控制每一道工序，出现问题及时补救确保桩基施工的质量。

[1] 张忠苗.灌注桩后注浆技术及工程应用[M].北京：中国建筑工业出版社，2009.

[2] JGJ 94-2008，建筑桩基设计规范[S].

[3] GB 50007-2011，建筑地基基础设计规范[S].

[4] GB 50010-2010，混凝土设计规范[S].

Discussion on bored concrete pile design and construction matters

AN Jian

(Shanxi Academy of Building Design, Taiyuan 030013, China)

Taking one staff high-rise residential building as an example, combining with specific engineering conditions, the paper introduces bored concrete pile design points, and puts forward specific solving measures to common construction problems, with a view to guarantee the pile foundation construction quality.

bored concrete pile, soil layer, design, pile foundation

1009-6825(2014)36-0065-02

2014-10-20

安 健(1977- )，男，工程师

TU473.14

A