浅谈后压浆钻孔灌注桩在工程中的应用

2021-09-15郭培成

四川建筑 2021年4期

郭培成

【摘要】文章结合工程实例，采用后压浆钻孔灌注桩基础，通过桩侧阻力及桩端阻力的不同发挥，使后压浆在应用过程中明显提高灌注桩承载力，满足工程需要和质量可靠性，从而保证工程结构的安全性和经济性，为今后工程提供参考经验。

【关键词】桩基础; 钻孔灌注桩; 后压浆; 承载力

【中国分类号】TU473.1+4【文献标志码】B

随着经济发展，高层建筑数量和高度急剧增加，建筑主体结构重量越来越大，这样由地震和风荷载作用下，结构整体产生的作用效应（包括轴压力、弯矩、剪力，在进行基础设计时主要取决于轴压力）也越来越大，基础顶部由上部传下来的荷载主要随着层数线性增加，因此建筑物对地基承载力的要求就越来越高，为了满足承载力和经济效果的要求，需要选择承载力具有较好的持力层。钻孔灌注桩具有应用范围广、承载力大、振动小等优点得到工程界的广泛应用。后压浆钻孔灌注桩处理（该类型桩基础适合于桩长受到限制）与一般钻孔灌注桩成桩对比，后压浆施工难度较大，但其可以缩小桩长和桩径，降低地基处理工程造价。国外在20世纪60年代就开始大量研究后压浆钻孔灌注桩基础，大量用在民用建筑和桥梁工程中;国内20世纪80年代桩端后压浆技术开始进入便用，最早是北京市建筑工程研究院，对崇文门7号楼的桩长7.90～18 m，桩径0.4 m，近800根桩，试验分析桩端压力注浆，通过实验和现场数据，发现后压浆桩基极限承载力提高至3倍左右。

1 工程概况

1.1 工程规模

本工程坐落于北方某城市，建筑功能为一大型综合美术馆。抗震设防烈度为7度，设计基本地震加速度值为0.15g，地震分组第一组，基本风压0.65，基本雪压0.50，建筑物抗震设防类别为乙类，场地类别Ⅱ类，设计基准期50 a，使用年限70 a，建筑结构安全等级二级，地基基础安全等级二级，地基基础等甲级。占地面积1.2×104 m2，总建筑面积5.6×104 m2，建筑层数4层，局部五层，地下室一层，地上楼层从下至上高度依次为4.5 m、4.2 m、4.2 m、4.2 m、3.6 m、建筑高度24.2 m，结构高度21.3 m。该建筑物采用框架结构体系，为了保证建筑功能，柱与柱间距14 m。柱截面形式采用圆形，一方面为了建筑美观需求，另一方面圆形截面较矩形在受力和延性方面发挥更好。柱截面尺寸底部一层采用1 000 mm×1 000 mm，二、三层采用850 mm×850 mm、四层和局部五层采用700 mm×700 mm。四周框架梁截面为400 mm×1 200 mm，内部框架梁截面为350 mm×1 000 mm，非框架梁截面尺寸300 mm×800 mm。框架结构抗震等级为二级，抗震措施对应的抗震等级也为二级。本工程采用后压浆钻孔灌注桩。桩的有关参数：桩长18.2 m，有效桩长17.3 m，桩径为0.5 m，桩周长1.57 m，桩底面积0.196 m2。

1.2 工程地质情况介绍

各土层相关信息见表1。

整体土层分布不均匀，厚度变化较大，为了便于分析计算，将土层厚度结合地质勘察报告进行了简化处理。杂填土承载力较低，分布厚度差异性较大，在计算过程中不考虑该项的承担力。桩身混凝土等级采用C30，保护层厚度35 mm，正截面配筋率为0.8 %，纵向钢筋直径14 mm;箍筋采用直径8 mm，间距200 mm。承台厚度分别取值500 mm、600 mm，采用矩形布置，桩的最外边缘至承台边缘取值200 mm，承台混凝土等级C30，承台梁截面尺寸350 mm×900 mm，满足承台连系梁宽度不宜小于250 mm，高度为承台间距的1/10至1/15。桩基布置采用三桩、五桩、九桩，各个桩距均相等。

1.3 设计要求

主要采用人工膨润土造浆，正循环回转钻进成孔，吊车下放钢筋笼，井口绑扎连接，用商品混凝土灌注成桩，桩端、桩侧压力注浆的成桩施工工艺。通过静荷载试验，设计试桩数量为3根，直径500 mm，桩长分别为17.5 m、18.0 m、18.3 m。采用后压浆工艺，要求单桩极限承载力分别达到3 200 kN 、3 350 kN、3 420 kN（分2次施工，第1根先保证达到3 700 kN，再施工第2根试桩、第3根试桩）。整体施工工艺顺序依次为施工准备、地基土方开挖至设计标高、测量放线定位、工程试桩施工、桩后压浆施工、开挖桩头、桩基检测、后续施工，每道工序严格把关。施工过程中垫层必须保持水平，误差控制在20 mm之内，现场砂浆相对密度为1.07～1.12，及时清孔确保孔底及四周的洁净度，保证孔深度达到设计要求，沉渣厚度控制在100 mm以内。

1.4 后压浆施工

在施工过程中，加强钻机施工工艺管理，确保施工质量。具体为：结合后压浆施工的现场要求，确定其注浆部位及注浆顺序;按工艺流程进行注浆，满足后压浆施工要求;在注浆管及专用注浆阀预埋过程中，处理好构件之间的细节问题，保证后压浆施工达到设计要求，施工人员应规范操作，避免施工中各种问题的发生。

1.5 桩基竖向抗压静荷载试验要求

工程桩施工完成28 d后开始试验，设备试验场地10 m×10 m，场地面干净平整，起重机起吊重量不小于30 t。试验采用声波透射法、低应变法进行检测。

2 桩基计算分析

2.1 预制桩和灌注桩承载力计算

根据土的物理指标与承载力之间的经验关系，确定单桩竖向极限承载力，没有考虑后压浆处理，计算结果为2 736 kN，不满足桩基承载力。

2.2 后注浆桩基承载力

Qsk为后注浆非竖向增强段的总极限侧阻力标准值;Qgsk为后注浆竖向增强段的总极限侧阻力标准值;Qgpk为后注浆总极限端阻力标准值;u为桩身周长;lj为后注浆非竖向增强段第层土厚度;lgi为后注浆竖向增强段内第层土厚度;qsik、qsjk、qpk分别为后注浆竖向增强段第土层初始极限侧阻力标准值、非竖向增强段第土层初始极限侧阻力标准值、初始极限端阻力标准值;取地质勘察报告提供的参考值;βsi、βp分别为后注浆侧阻力、端阻力增强系数，按照JGJ 94-2008《建筑桩基技术规范》以及结合地质勘察结果数据表1进行确定。试桩穿过的土层情况见表1，其中第6层砾石为持力层。后压浆深度分别取1.5 m、2.0 m、2.5 m经计算，注浆后试桩单桩极限端阻力值后注浆的桩基极限承载力分别为2 960 kN、3 170 kN、3 360 kN，为了满足工程需要同时结合经济效果、施工复杂难度，最后深度确定为2.0 m，极限承载力为3 170 kN。

2.3 基于侧阻、端阻分项增强系数法的后压浆桩基极限承载力

采用式（3），后压浆深度分别取1.5 m、2.0 m、2.5 m经计算，后注浆桩基极限承载力3 140 kN、3 280 kN、3 410 kN，较之前式（2）数据有所增大，变化差异主要是侧阻全部为增强体导致。

2.4 基于极限承载力增强系数法的后注浆桩基极限承载力

注浆后单桩竖向抗压极限承载力也可以为总极限承载力乘以增强系数的方法计算。

βu为后注浆承载力增强系数，对于本工程地质情况，取1.15;qsik、qpk分别为钻孔灌注桩的单位侧阻和单位端阻，后注浆的桩基极限承载力3 320 kN。

通过分析比较，采用后三种方法确定桩基极限承载力比较接近现场实验数据，最后采用桩基技术规范后注浆桩基承载力作为设计依据，进行布桩设计。

3 结束语

（1）桩端后压浆有效提高了桩端承载力和桩侧摩阻力，使桩基承载力得到了提高。

（2）在外部相同的荷载作用下，桩端压浆后随时间的延长其桩基沉降减小并慢慢趋于稳定值。

（3）后压浆灌注桩的稳定承载性能，满足安全性、适用性、经济性效果。

后压浆桩、单桩极限承载、桩侧阻力、桩端承载力均得到了提高，有效地减少了桩的长度，节约成本。

参考文献