桩端后压浆技术在某生物碎屑岩层钻孔灌注桩工程中的应用

2018-08-27聂颖

建材与装饰 2018年38期

聂颖

1 前言

海南省位于我国南端，是仅次于台湾的全国第2大岛，岛内沿海部分区域分布有海相沉积生物碎屑岩层，层厚分布不均，该地层承载力相对较高，但变化差异大，薄者2～5m，厚者可达30m，密实度不均，胶结差异性大，饱水状态，孔隙率大。

随着高层建筑的迅猛发展，采用桩基础的建筑物日益增多，而在桩基础中，泥浆护壁钻孔灌注桩无疑是最主要的一种桩型，其具有适用性广、承载力高、技术成熟等特点。在海南省某些采用钻孔灌注桩的工程中，桩基础采用上述生物碎屑岩层作为桩端持力层，但随着建筑层数的增加、上部荷载的增大，以该层为桩端持力层的桩基础开始难以满足上部荷载和变形控制设计的需要，但若采用生物碎屑岩层以下地层作为桩端持力层，则带来相当大的施工困难（生物碎屑岩层漏浆严重）和经济成本，而钻孔灌注桩桩端后压浆技术很好的解决了这一问题。

钻孔灌注桩后压浆技术是指灌注桩成桩一定时间后，通过预设在桩身内的注浆导管（或桩侧钻孔埋入注浆管）注入水泥浆，使桩端土体得到加固，从而提高单桩承载力，减少沉降。这种方法可以起对桩底和桩侧一定范围的土体通过渗入（粗粒土）、劈裂（细粒土）和压密（非饱和松散土）注浆起到加固作用，增强桩端阻力，从而提高了单桩承载力，能满足设计需要。

本文拟根据实际工程应用，通过灌注桩后压浆的前后桩承载力对比，对桩端后压浆效果进行评价，供同类工程项目参考。

2 工程概况

本项目位于海口市龙昆南路，场地为三角形地带，周边环境较复杂，场地北侧与东侧紧邻道路，南侧、西侧建有酒店等建筑。拟建建筑高16层，有两层地下室，采用φ600mm钻孔灌注桩，桩长约20m，桩身竖向承载力设计值为4700kN，以生物碎屑岩层为桩端持力层，设计要求桩端进入此层深度不小于2m。

根据勘察资料，钻孔深度范围内场地地层主要为人工填土、第四系海相沉积层砂层、粘性土等，其中生物碎屑岩为第⑨层，其性质描述如下：褐黄、灰黄、灰白色，主要由贝壳、珊瑚碎屑等水生生物遗骸夹少量砂及粘性土组成，呈钙质弱胶结，胶结不均匀，局部为松散状叶状粘土，岩芯呈块状、土夹块状及少量短柱状，孔洞发育且分布不均匀，呈蜂窝麻面状，孔洞一般介于0.2～0.8m之间，岩芯采取率低，钻探时漏水较严重。

该工程桩总数为348根，在施工121根桩后，施工单位对试桩进行静载试验，发现单桩极限承载力值仅为7600～9200kN（对应沉降量达28～34mm），不能满足设计要求。经多方讨论及方案反复对比之后，最终敲定了桩端后压浆的处理方案。

3 桩端后压浆施工过程

由于在确定本次加固措施之前，场地内已施工了部分桩，故加固方法采取两种方法：①针对尚未施工的桩，采用在桩笼内预埋管以便后成孔旋喷后压浆；②针对已完成的桩，在桩两侧地面成孔至桩端面一定深度后旋喷后压浆。

3.1 对未施工的桩注浆加固

施工流程如下：注浆管制作安放→桩成孔→注浆管固定在钢筋笼上一并制安→灌注桩身混凝土→沿注浆管桩端下钻孔→水泥浆制备→高喷（清水、浆喷）→压浆闭管→检查管内水泥浆高度后用细石混凝土灌至桩顶标高。

3.1.1 浆管制作

因桩径较小，浆管只采用1根无缝钢管，满足大于φ50钻头下入的需要，一般外径φ75、内径φ65，上下两端封堵。安放之前清除管内杂物，以防堵塞注浆孔。

3.1.2 安放注浆管

安放时将钢管布置在钢筋笼内侧，并用铁丝固定，随钢筋笼同步安放，注浆管底必须下到桩底。管顶端与桩顶钢筋齐平或略低5～10cm。

3.1.3 钻孔

沿浆管钻进，钻孔直径φ50mm，垂直度偏差应小于1%，钻至桩底标高以下3m。

3.1.4 安装孔口装置和输浆管

图1 灌注桩后压浆工艺示意图

3.1.5 水泥浆制备

灰浆水灰比为 0.5：1～0.6：1。

3.1.6 高喷（旋喷）

先清水后浆喷，待孔口返浆后停喷，旋喷时浆液上返，损失量控制在20%以内，接后压浆装置。高喷嘴压力6～15MPa，至上而下提高速度0.15m/min。

3.1.7 压浆

用高压注浆泵压注水泥浆，注浆时间为2～30min内，浆液水灰比在注浆过程中可由稀逐渐变浓，以保证注浆效果。压力控制在2～4MPa，一般在2MPa左右，压浆时间15～30min，或满足压浆量1m3左右，或如注浆量特大，最长时间也不超过2h。

3.2 对已施工的桩注浆加固

沿桩两侧30～60cm处各施工一个钻孔，钻孔深度至桩端下3m。其余步骤与3.1中5、6、7步骤相同，其示意图如图2。

图2 已施工灌注桩钻孔压浆工艺流程示意图

3.3 施工注意事项及特殊说明

（1）制浆用P.O32.5水泥，水灰比按0.5～0.6控制，可添加适量速凝剂。

（2）对泵的选择，采用BW-150泵。当采用高喷高压泵旋喷时，虽然喷嘴压力大，形成切割，但当采用压力泵压浆时，孔内压力为压力泵提供的浆压和浆液重力之和。

（3）浆压表应满足计读的需要和防止高压时不冲表的需要。

（4）止塞，一般即可，但对高压时防止冲脱可下锚与之固定。

（5）预置钢管，满足大于φ50钻头下入的需要，一般外径φ75、内径φ65，上下两端封堵。

（6）成孔，清水钻至返渣干净。

（7）压浆过程中应注意事项：

①注浆顺序应按跳孔间隔注浆方式进行，并宜采用先外围后内部的注浆施工方法。当地下水流速较大时，应从水头高的一端开始注浆。原则上对同一承台或附近的桩，同时注浆，以防注入的水泥浆包围邻桩而使邻桩不可注。必要时可跳孔注（压），其它各管均封堵状态。

②压浆管应放到近桩底为好，钢管管内储水量为0.05m3，即50L左右，返出为宜，且可增加0.4MPa左右的浆压力为宜。

③稳压时间控制在15～30min，最大不超过2h。

④压浆时间15～30min，终止标准：

a.压浆压力达到要求的终压，并保持5～10min，终压为初始灌注压力的 2～3倍。

b.桩顶上浮。

c.大于设计要求的灌注量。

⑤灌注前用清水试压，看灌注压力多大，并判定可灌性及串通性如何。

⑥注浆时机，待成桩15d后进行。

⑦浆速不大于7L/min。

⑧闭浆，如果不进行第二次压注或预置管做他用，在终压完成后，即进行回灌细石混凝土进行闭浆，防止浆液倒流出管口，细石混凝土要求比桩混凝土C值高一级，如桩为C30，则，细石混凝土为C35，塌落度控制在 18～22cm。

⑨记录，要记录桩号、桩径、成桩时间、压浆时间、压水压力、开始注浆时间、注浆压力、终浆压力、水灰比、注浆量、终止时间等。

⑩施工效果检验，可通过以下两种方法进行检验：

a.桩静载试验。

b.抽芯检查桩端持力层水泥土芯样。

3.4 注浆量

合理注浆量（水泥用量）应由桩端、桩侧土层类别与状态、桩径、桩长、承载力增幅要求诸因素确定。承载力增幅相同的条件下，单桩注浆量高于群桩。实践与试验表明，对于桩径0.6m，桩长20m的基桩，桩底注浆量（水泥）为0.6～2.0t。

对于常用桩距，每一基桩的注浆量也可按下式估算。

桩底注浆量（水泥，t）：

式中d、z——桩直径（m）、桩长（m）。

n0——桩底土的天然孔隙率，n0=e0/（1+e0），e0为天然孔隙比。

ξ——注浆率，取0.3～0.4。

式（1）为经验公式，在浆液水灰比为0.5～0.55条件下，所得G即为水泥用量（t）。

4 后压桨的效果评价

在桩端后压浆施工处理完成后，由建设单位会同监理单位随机抽取了6根桩进行静载试验，试验结果表明，单桩极限承载力达到了11000～16000kN（对应位移15～22mm），完全达到设计要求。

5 后注桨的经济效益

对本工程开始处理前已完成的121根桩，如采用两侧补桩处理措施，则需增加约200根桩，增加费用约为160万元，而对本工程开始处理后完成的227根桩，如采用加深桩长处理措施，则预计增加费用约为220万元，总计增加费用预计为380万元。而通过本次桩端后压浆处理，单桩承载力增幅为40～80%，处理总费用仅为180万元，节约造价50%以上。此外，由于工程量减小，工期相应缩短；而且由于注压浆，建筑物沉降相应减小。