钻孔灌注桩桩底注浆技术的应用研究

【摘要】对于较硬的土层或砾石层，钻孔灌注桩是主要的施工管理手段，但是钻孔灌注桩桩端沉渣不易清除的问题却是钻孔灌注桩施工的一个难题，而钻孔灌注桩桩底注浆技术很好的解决了这一难题。

【关键词】钻孔灌注桩；桩底注浆；技术；

中图分类号：U443.15+4文献标识码： A 文章编号：

前言

文章详细介绍了钻孔灌注桩桩底注浆机理和特点，阐述了钻孔灌注桩桩底注浆施工及质量控制的措施，通过分析，并结合自身实践经验和相关理论知识，对影响桩底注浆桩承载力的主要因素进行了探讨。

二、钻孔灌注桩桩底注浆机理

桩底注浆是指钻孔、冲孔和挖孔灌注桩在成桩后,用注浆泵以一定的压力将能固化的浆液(常用水泥浆)通过桩身注浆通道(可预埋管道,也可后造孔)注入桩底。浆液固化后,可改善桩基持力层受力状态和荷载传递性能,大幅提高桩侧摩阻力,修补桩身缺陷等,从而提高桩基承载力或起到对事故桩的加固作用,其主要机理如下:

由于孔底沉渣和首灌混凝土离析产生的虚尖使桩底混凝土强度降低、孔隙较大等缺陷,致使单桩承载力不足和沉降量过大。注浆时,浆液首先渗透到较疏松的桩底沉渣间隙中,与沉渣相结合,形成强度较高的结石体,减轻桩底沉渣的影响,减小桩基沉降。当沉渣间隙被浆液充满后,随着注浆量的增加及注浆压力的增大,浆液不断向桩端持力层中渗透、填充和压密,形成渗透注浆和压密注浆。渗透注浆主要是浆液在较小的压力下进入土体孔隙中,置换土体中的水空间,形成一个密实的、强度高的结石体。压密注浆是用浓浆置换、渗透和挤压土体,在土中形成浆泡、浆脉,同时产生密实效应,使土体压密并提高其应力,浆泡的半径随注浆压力的增大而增大,同时浆液总是挤向不均匀地基中的薄弱区,从而使土体的变形性质均一化。当注浆压力大于桩端土层的最小主应力时,会出现劈裂注浆。

浆体克服土体初始应力和抗拉强度而破坏土体,在正常固结和欠固结的土体中形成垂直的裂缝,在裂缝最前端出现应力集中,使裂缝迅速发展,浆液充填裂隙后呈脉状网络分布。当劈裂浆体达到饱满状态后,浆体的粘滞性会阻止浆体进一步流动,致使注浆压力不断升高。浆液固化后对持力层起加筋作用,增大桩端的承载面积和桩基的有效长度,从而提高桩的承载力。同时,随着注浆压力的增大,浆液克服土体孔隙摩阻力沿桩壁上窜,通过渗透、充填、挤密和胶结作用破坏桩周泥皮的结构,并填充桩与桩周土体之间的孔隙,在桩周形成脉状结石体,从而提高了桩身下部的桩侧摩阻力,提高桩的承载力。

三、钻孔灌注桩桩底注浆施工及质量控制

1.下入钢筋笼及注浆管

钢筋笼下放完毕后,先进行一次清孔,然后开始下放注浆管,该做法优点是能确保下放至桩底最深处。

2.浇灌桩身混凝土

下放浇灌导管时要小心谨慎、轻吊轻放,确保注浆管不受损。浇灌水下混凝土时,钢筋笼有可能在混凝土冲击孔底时上浮,从而引起注浆管的上浮。因此,必须随时观察注浆管的上浮情况,发现上浮应立即处理,以免影响注浆效果。浇灌混凝土前须将注浆管上端口封闭,以免水泥砂浆等异物进入堵塞管路。

3.预压水实验

灌注桩水下混凝土强度达到一定程度后,必须及时对注浆管道实施预压水试验,以劈裂及清除射浆管单向阀周围混凝土保护层,防止封闭射浆管,确保以后注浆能顺利进行。根据混凝土强度增长情况,我们选择在灌注桩成桩后2d~7d内对注浆管实施预压水试验。初始压力约2MPa左右,持续时间3min,后水压力以压通为准。

4.注浆

由于注浆时要施加较高的压力,所以必须要待桩身具有一定强度之后方可注浆,否则会造成桩身混凝土的破坏。根据我们的经验,选择当混凝土强度达到设计强度的80%时方可开始注浆。注浆前,先向桩底注入压力水置换出沉渣和沉淤并清洗和疏通注浆管道,然后再用稀浆液置换出桩底及注浆管道中的沉水。注浆采用2根注浆管并联注浆,注浆管上部装压力表。浆液配合比视桩底持力层的情况而定。通过渗透、挤密、填充及固结作用,以利形成桩底扩大头,提高桩端阻力。注浆压力的控制:在注浆的不同阶段,注浆压力也不相同,注浆开始阶段由于要克服很大的阻力,所需压力较大,平稳注浆过程中,所需压力较小,注浆结束阶段,由于浆液已充满桩底持力层及附近土体,所需压力也较大。注浆初压力是由桩身长度和桩底持力层强度决定的。

根据实践经验初压力一般为2MPa,中间平稳注浆阶段为0.15MPa~1MPa,注浆结束阶段为2MPa。另外随着注浆压力的变化必须适当调节浆液浓度,一般先稀浆,最后浓浆。稀浆便于输送,渗透能力强,中等浓度浆起到填充、挤密作用,浓浆对已注入的浆液有脱水作用。注浆时必须密切观察压力表压力情况,当发现注浆压力突然下降,流量突然增大时,必须立即停止注浆,检查是否冒浆、跑浆。当发生冒浆、跑浆现象时,必须立即停止注浆。115h~2h后采用浓浆注入并降低注浆压力。

5.卸下浆接头,成桩桩底注浆结束后,卸下注浆接头采取机械封堵闭浆。

四、钻孔灌注桩桩底注浆技术的特点

1.桩底注浆技术适用于各种地层条件，尤其是砂土层、砂卵石层，同时可大幅提高基桩承载力（可提高50%～150%），有效缩短基桩的设计长度，节约基桩造价10%-20%；

2.桩底注浆是一种对已完成的基桩承载力不足的有效的补强手段；

3.桩底注浆技术操作简单，效果明显，但工程检测费用高，一旦此瓶颈被打破，桩底注浆技术必将会广泛地应用于工程建设中。

五、影响桩底注浆桩承载力的主要因素

影响压力注浆桩承载力的因素十分复杂,大体可分为两个方面:一是桩自身的因素,包括桩端土性、桩长、桩径和桩身质量等;二是注浆施工因素,包括浆液的类型、注浆量、注浆压力等。

1.桩端土性对注浆桩承载力的影响

一般说来,在其它条件相同的情况下,桩端为卵砾石、砂卵石、砂等粗粒土时比桩端为粉细砂等细粒土时承载力提高的幅度大。当桩端为粗粒土(孔隙率较大的卵石、中粗砂等)地层时,桩端注浆后桩的极限承载力增加的幅度通常在50%~260%之间;当桩端为细粒土(粘性土、粉土、粉细砂等)时,桩端注浆后桩的极限承载力提高的幅度通常在14%~90%,个别情况下可达100%以上。

2.桩长对桩端注浆桩承载力的影响

根据试验结果和计算结果的分析,在其他条件相同的时候,桩端注浆之后,短桩比长桩承载力提高的比例要高。

3.桩径对桩端注浆桩承载力的影响

当桩径较小时,注浆桩承载力提高的幅度大,随着桩径的增加,注浆桩承载力提高的幅度减小。

4.注浆量对桩端注浆桩承载力的影响

在其他条件相同的时候,注浆量越多,桩基承载力提高的幅度就越大。

5.注浆压力对桩端注浆桩承载力的影响

在其他条件相同的时候,注浆压力越大,桩基承载力提高的幅度就越大。

结束语

钻孔灌注桩桩底注浆技术不破坏桩底土、提高桩端承载力的有点使其得到了广泛应用，通过影响桩底注浆桩承载力的主要因素进行分析和优化，钻孔灌注桩桩底注浆技术起到的作用将会更大。

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