钢管桩后压浆基础加固在超高层建筑中的应用

□文/肖煜

钢管桩后压浆基础加固在超高层建筑中的应用

□文/肖煜

针对桩基工程存在质量缺陷的建筑物，采用钢管桩后压浆基础加固技术以补偿部分承载力并控制不均匀沉降以确保建筑物安全。

钢管桩；后压浆；基础；加固

房屋建筑工程施工中因各种原因桩基工程可能存在质量缺陷，为保证建筑物安全，可在基坑内主楼筏板的外围采用钢管桩+后压浆进行基础加固以补偿部分承载力并控制不均匀沉降。

1　工程概况

天津某超高层住宅项目位于天津市河西区，该工程总建筑面积约48万m2，由8栋住宅楼组成，其中1～4#楼为超高层建筑，最高主檐口高度161.80 m，基坑深度为13.05 m，电梯基坑深度为15.85 m，钢筋混凝土剪力墙结构（部分劲性柱）。

主楼工程桩验收检查中发现部分注浆管口异常，进一步检查后发现此部分注浆管口表面大约30～50 cm深度为水泥浆下部有异物，用8～9 m长的钢筋探测仍为空管，为保证建筑物安全需对基础进行加固。设计单位提出在（基坑内）主楼筏板的外围采用钢管桩+后压浆进行基础加固以补偿部分承载力并控制不均匀沉降。

2　工艺原理

基础底板钢筋施工时埋设钢套管（加焊3道止水翼环）；基础底板施工完成后钻孔、施工钢管桩，钢管桩外侧加焊环形钢筋，桩内采用水泥砂浆或细石混凝土填充并设置注浆管；再在钢管桩外侧及与钢套管间进行注浆加固；最后采用钢板封闭钢管桩及钢套管，见图1。

3　施工工艺流程及操作要点

施工工艺流程见图2。

3.1埋设钢套管

1）在钢套管安装之前，将剔凿掉的混凝土清理干净。

2）利用塔吊或汽车吊等进行钢套管（加焊3道止水翼环）安装并且采用焊接支架固定牢固。

3）将钢套管底部止水翼环部位清理干净，将已破坏的防水卷材铺平并清理干净，按10 cm搭接长度进行修复，防水卷材施工至钢套管根部并上反15 cm，在进行防水保护层混凝土施工。

图1　钢管桩后压浆基础加固设计

图2　施工工艺流程

3.2基础底板施工

按照设计、相关技术规范及基础底板施工方案等要求组织土建、机电施工人员进行基础底板钢筋、模板、混凝土等施工，施工过程中注意钢套管的成品保护，确保钢套管不因施工影响而导致产生偏移、倾斜、混凝土封堵等情况而无法进行钢管桩施工。

3.3钢管桩成孔

1）钻机安装。基础底板施工完且达到一定强度后，利用塔吊或汽车吊把钻机吊运至基础底板，钻机根据钢管桩孔位进行调整。在进行钻机安装时，主要应注意安装的周正、水平、稳固。使钻机立轴中心、钻孔中心、提引中心三点在同一铅垂线上。这样才有利于防止孔斜，少出事故，保证钻机工作顺利进行。

2）钻进成孔。采用GPS20型工程钻机（根据方案要求选用）成孔,按设计图纸要求钻孔及控制孔径，允许误差±1°，为确保孔深度，入持力层岩石深度要求大于设计深度200mm。

3）冲洗循环液。采用CMC优质膨润土泥浆作冲洗循环液。钻进过程中要特别注意砂层含水层水头压力大，及时调整泥浆性能参数，保证泥浆质量，防止涌水和塌孔，确保钻孔正常钻进和下管。其配比为：3%～5%CMC+2%纤维素+7%膨润土。

性能参数：粘度≥30 s，密度1.1～1.2 g/cm3，失水量≤20l/30min，含砂量≤4%，pH值7～8。

3.4桩底清孔

钢管桩桩径相对较小，采用常规措施清孔将难以完成，故在钻孔接近完成时用测绳测定成孔深度，防止钻孔深度达不到设计要求，亦避免钢管放置出现误差，终孔后，用工程地质专用清底钻头进行孔底沉渣的清理，避免孔底出现沉渣。

3.5下钢管桩

1）钢管桩加工制作。加工前应仔细检查钢管是否有浮锈、油污等脏物，如有必须清除，保持干燥；检查桩身有无裂纹或损伤，若有损伤须进行合理的处理；钢管桩外侧按照设计要求焊接环形钢筋；第一节钢管底端采用钢板焊接成V型进行密闭保持钢管内空，焊接逆止阀的注浆管；钢管接头端打坡口，对称割孔洞（孔径φ50mm），切割铁板保留；注浆管两头套丝，用直节丝扣连接，丝扣短节（2个）焊好后做提引器节首。

2）钢管下入。用圆钢穿入钢管孔洞，采用钢丝绳作为提引器，用塔吊吊起→放入内衬管→焊接→在将钢管所割孔洞用原铁板封闭焊接→下管→重复工序。

3）注浆管下入。注浆管两头套丝→最下面接逆止阀→用直节丝扣连接注浆管→用丝扣短节（2个）焊好后做提引器节首→用塔吊下入钢管内→至管口用盖板密封→用φ50mm短节，长100mm对焊接，后续注浆使用。

待钢管和注浆管完全下入设计深度后，钢管与护壁管间采用环形钢板焊接固定并在钢板上预留孔径焊接球阀。

3.6钢管桩内填充

先在钢管桩端部设置漏斗，再利用塔吊或泵车将设计要求的钢管桩内填充材料水泥砂浆或细石混凝土浇筑（内掺微膨胀剂）至钢管桩内，要求填充密实。

3.7钢管桩注浆

采用二次间隙式注浆，孔口止浆方式。注浆采用常规M15水泥砂浆灌注辅助带压注浆施工工艺。

1）工艺流程。配制浆液材料→水泥下料→比重计计量→二次搅拌（加添加剂）→注浆泵输送→注浆管路→清水替浆洗孔→密闭注浆阀→二次钢管桩外壁固结和土层密实注浆→进行下一根钢管桩加固。

2）注浆量和注浆压力。虑钢管桩外壁及土层浆液充注浆量控制在6m3，单孔累计注浆量约为6m3。

取土层的抗劈裂强度为0.5 MPa，则注浆结束时的最小注浆压力应为

式中：Pmin为受注点的最小注浆压力，MPa；γ为土层的平均重度，取0.02MN/m3；H为受注点深度，m。

注浆终压一般是注浆段静水压力的2～2.5倍，设计注浆孔口处最大压力为3～4MPa。

注浆工程的一个重要原则是“低压力，注浓浆”，最大注浆压力的实施必须保证钢管桩的完好和充填密实，因此需根据现场施工和土层性质动态调整注浆孔口压力。

3）注浆材料。采用水固比0.5∶1水泥浆为主。

4）注浆量的控制及注浆结束标准。采取“恒压”或“恒量”原则，即注浆达到设计注浆压力，泵量＜75 L/min，持续时间20min。

5）注浆站和造浆工艺。注浆站包括注浆泵房、清水池、注浆泵、搅拌池等，注浆站设计根据现场条件进行。

水泥浆采用袋装水泥经人工倒入一次搅拌池搅拌均匀，用比重计计量；然后经一次搅拌后再放入二次搅拌池加入盐、三乙醇胺等速凝早强剂搅拌后泵送。

6）桩端封闭。注浆完成且达到设计要求后需进行试装检测，检测合格后按设计要求割除钢管、钢套管外露基础底板部分并采用钢板进行封闭。

4　质量控制

4.1成孔过程的质量控制

1）桩孔桩位垂直度保证上，采取开孔5 m以内钻头在受吊状态下低速慢转，到位后二次检查钻杆的垂直度以及机械的水平度，及时调整。

2）按照成孔过程中地层变化，及时调整泥浆密度，从而提高成孔速度和达到泥浆护壁效果。

3）成孔提钻后钻杆、钻头长度测量和孔口标高测量是判断孔度沉渣的重要依据。

4.2清孔质量控制

1）一次清孔需逐渐降低泥浆密度，孔底在成孔后由砂石碎屑组成的沉渣较多，清孔中采用空转搅动泥浆，使孔底沉渣随泥浆逐渐排除孔外，逐步减少泥浆浓度方法，避免一次性减小泥浆浓度而引起沉渣无法清出的现象发生。及时清理沉淀池内的沉渣，使泥浆得以充分地沉淀，避免沉渣回流。

2）在一次清孔后往往由于桩孔的缩径，提钻后有大块粘土掉入孔底现象，无法使钢管桩安置到位和二次清孔无法清出，所以采用提钻前和提钻后两次检验孔深控制方法，避免此情况发生。

3）二次清孔。

4）在反循环中往往忽略了导管内的沉渣，从管外测量应停机数分钟后并提起导管再次测量。

5）泥浆的密度、粘度、含砂率、胶体率测定在每次清孔过程中和清孔后要进行多次测定，符合标准后方可准予进行下一道施工。

4.3注浆质量控制

1）开塞控制在钢管下放后的2～5 d，开塞时间的早晚，对注浆较为关键。能否顺利注浆，控制好注浆时间是重点。

2）注浆控制首先检查水泥，不能有结块现象。核实进场的水泥量及水泥浆的水灰比，掺外加剂的，检查外加剂的掺量。检查高压注浆泵的压力表、阀门、管线完好状况。注浆开始记录注浆压力。注浆压力过小，对桩端土、桩周土加固范围渗入充填强度、深度小，加固作用小；注浆压力过大，可能会损坏注浆管。因此要控制一个较合适的注浆压力，一般为开塞压力的一半。注浆一般以注入水泥量为主控因素，水泥注入量达到预定量，无特殊情况即可停止注浆。预定量可根据第一、二根的注浆情况进行修正。现场人员要记录每次水泥的用量，保证水泥的注入量达到要求。

5　结语

该工程在（基坑内）主楼筏板的外围采用钢管桩+后压浆进行基础加固以补偿部分承载力，过程中严格按照设计图纸及施工方案进行施工，施工完成后委托第三方进行检测，单桩竖向抗压静载试验采用植筋锚固反力装置、慢速维持荷载法进行检测，经过对3根试桩试验结果进行统计分析，确定3根试桩的单桩竖向抗压极限承载力均为3 600 kN，该桩型试桩的单桩竖向抗压极限承载力统计值为3 600 kN，单桩竖向抗压承载力特征值为1800kN，满足设计要求。因此，钢管桩后压浆基础加固有效的补偿了承载力，保证建筑物安全。

□DOI编码：10.3969/j.issn.1008-3197.2015.01.013

□TU753.3

□C

□1008-3197（2015）01-37-03

□2014-07-28

□肖煜/男，1983年出生，工程师，中建五局第三建设有限公司，从事工程技术管理工作。