浅谈钻孔灌注桩后压浆施工工艺

【摘 要】 苏州圆融星座工程地处金鸡湖畔,根据苏州区域地质资料及勘探揭露的地层资料分析,场地下110m深度范围内的地基土为第四纪早更新世Q1及其后期的沉积土层。为了提高单位承载力、减少桩基沉降量,桩基采用了钻孔灌注后压浆施工工艺,本文对该工程的后压浆施工过程进行了简介,并分析了后压浆工艺的原理。

【关键词】 后压浆;注浆量;注浆速度;注浆压力;清水霹雳;注浆花管

【中图分类号】 TU753.3 【文献标识码】 A【文章编号】 1727-5123(2010)02-031-03

1工程概况

本工程为苏州圆融星座工程,建筑主体分为塔楼和裙房两个部分。总建筑用地30257m2,总建筑面积298607.21m2,地下四层,地上部分为三个塔楼及裙房(四层),其中办公塔楼三十四层楼,高约150m,两座公寓塔楼二十八层,最高处高100m。

地形、地貌:本工地场地位于苏州工业园区风景秀丽的金鸡湖畔,地貌形态单一,属长江三角洲冲、湖积平原。根据苏州区域地质资料及勘探揭露的地层资料分析,本工程场地110m深度范围内的地基土为第四纪早更新世Q1及其后期的沉积土层,属第四纪湖沼相、河口～滨海相松散沉积物,主要由粘性土、粉土和砂土组成。按其沉积年代、成因类型及其物理力学性质的差异,进行统一划层,可分为21个层次,其中第1层(①-1素填土、①-2淤泥质粉质粘土)、第5层(⑤-1粉砂(层顶埋深8.8～11.3m)、⑤-2粉土夹粉质粘土)、第15层粉砂层(层顶埋深63.8～65.6m)。本工程选择了第15层粉砂层作为塔楼区域钻孔灌注桩的桩端持力层。

2后压浆设计图纸及规范要求

2.1注浆工艺要求。本工程三座塔楼钻孔灌注采用后压浆工艺,在成桩5～7天后对桩底进行注浆,注浆量每根桩水泥用量约2.0t,水灰比0.55左右,注浆压力2.5MPa左右。

2.2注浆方法。本工程对办公塔楼中间区域的202根钻孔灌注桩采取了桩端、桩侧复式压浆,其它塔楼区域的工程桩采用桩端压浆。

2.3后压浆工艺部分设计参数要求。

2.3.1注浆管采用两根8分焊接钢管,注浆头插入桩端土5cm以上,且定位必须准确,保证注浆头畅通;

2.3.2注浆压力控制在2.5Mpa。

2.3.3注浆筏应能承受1.0Mpa以上的静水压力,注浆阀外部保护层应能抵抗砂石等硬质物的刮撞而不致使注浆阀受损;注浆阀应具有止逆功能。

2.3.4注浆流量不得超过75升/分钟。

2.3.5当注浆压力长时间低于正常值或地面出现冒浆或周围桩孔串浆,应改为间隔注浆,间隔时间为30～60min,或调低浆液水灰比。

2.3.6注浆终止条件:当满足下列条件之一时可终止注浆:① 注浆总量和注浆压力均达到设计要求;②注浆总量已达到设计值的75%,且注浆压力超过设计值。

3后压浆工艺试验

3.1理论计算数据及其它数据。

3.1.1浆液浓度计算:本工程水灰比采用0.55,近似计算浆液浓度=1+2/(1+0.55×3)=1.75。

3.1.2搅拌桶容积:(搅拌桶直径D=1.1m,高度H=0.85m) 3.14×0.55×0.55×0.9=0.85M3

3.1.3每桶用水量:275Kg即每桶浆加水约29cm。

3.1.4每桶水泥放置量:50Kg×10计量方法每包42.5水泥50Kg,每桶浆水泥用量10包。

3.2浆液试配及试压浆记录。

3.2.1水泥浆浓度。按理论配合比配置泥浆,实测362#(成桩3天)桩侧后压浆泥浆比重为1.90;(试压浆液一筒)实测219#(成桩9天)桩端后压浆泥浆比重分别为1.86、1.88、1.90、1.86;(试压浆液四筒)实测591#(成桩6天)桩侧后压浆泥浆为1.86;(试压浆液一筒)。

3.2.2压浆量及压浆流量。桩侧压浆:591#桩试压一筒浆用时13分,流量33.8L/min;362#桩试压一筒浆用时12分,流量36.7L/min;桩端压浆:219#桩试压四筒浆,第一桶浆用时10分,流量44.0L/min;第二桶浆用时9分,流量48.9L/min;第三桶浆用时14分,流量31.4L/min;第四桶浆用时12分,流量36.7L/min。

3.2.3终止压力。桩侧压浆:591#桩终压2.0MPa;(试桩未压完,预计终止压力达到2.5MPa以上)362#桩终压1.5MPa;(试桩未压完,预计终止压力达到2.5MPa以上)桩端压浆:219#桩终压2.8MPa。

3.3因8分焊接钢管市场销量较少,经与设计联系,同意采用1英寸自来水钢管。

3.4结论。根据以上数据,基本能够达到了原设计的要求,即桩端、桩侧注浆量各2T;注浆终止压力达到2.5MPa左右,压浆平均流量

4后压浆施工原理

4.1渗透填充胶结效应:在桩侧粗土层中注浆时,浆液通过渗透、部分挤密、填充及固化作用,使桩侧土孔隙率降低,密度增加。(易形成注浆桩侧、桩端注浆处“扩大头”的现象,从而提高桩基承载力)

4.2劈裂加筋效应:在桩侧细粒土层中注浆时,注浆压力超过劈裂压力,在土体产生水劈裂的现象。(易使桩周边的浆脉结石体形成像树根须状向桩侧边深处延伸,提高了桩周土的强度,提高了桩侧摩阻力)

4.3桩身扩大头现象:在进行桩侧注浆时,桩侧非注浆点处在桩身侧壁形成一层浆壳,这层浆壳或单独存在而固化,或与泥膜发生物理化学反应而固化,形成该结石体与原桩身混凝土组成的符合桩身,增大剪切滑动面,“扩大”桩身断面,从而增加桩侧摩擦阻力的现象。

5后压浆施工工艺

5.1施工工艺流程:

5.2注浆前期准备工作。在桩身砼浇灌12小时后,必须用清水霹雳,水量不宜大,压力控制在1～3Mpa,贯通后即刻停止灌水;待成桩3~5天以后,即可进行后注浆施工,注浆前必须对注浆设备和注浆管路进行检查,对待注浆桩桩内导管使用清水开环,检查注浆导管是否畅通。

5.3压浆管的布设。

5.3.1桩端注浆:本工程压采用压浆管与钢筋笼绑扎的方法,下放压浆管,压浆管采用1英寸自来水钢管,采用丝扣连接,所有接头部分须缠绕胶带,预防泥浆渗入。各节压浆管之间用丝扣连接至地面以上20cm左右。桩端单向阀是将压浆管底部钻成注浆花管,一般端部用堵头封堵或直接进行注浆管端头焊接密封,(本工程采用锥形端部的成品花管,端部已密封)花管各孔眼用平头螺钉或大图钉在外面封住,然后将花管用内胎皮等包裹。考虑到本工程Φ800钻孔灌注桩,钻头锥尖部分长度约30cm,为确保注浆注浆花管进入持力层20cm,安装时桩端压浆管应伸出钢筋笼底面60cm左右(即注浆花管全部伸出钢筋笼底部)。

5.3.2桩侧注浆:桩侧压浆管端部与一个三通丝扣接口连接,三通丝扣的两端与PVC软管(管径一般为1.2英寸)连接,同时确保密封。环状PVC软管的内径稍大于钢筋笼外径,PVC管与孔壁接触处设置单向阀(在PVC软管外部穿刺平头螺钉或大图钉,沿环向用防水绝缘胶布包好,以免漏水),它与钢筋笼之间绑扎牢固。

5.4后注浆设备。本工程后压浆压浆泵选用BW-150D型(带电机)泥浆泵(泵压值超过10MPa),地表输浆软管选用了耐压值超过10MPa的钢丝编织高压管。

5.5注浆。

5.5.1压浆顺序:首先进行上侧壁压浆,上侧壁压浆完毕0.5天以后,下侧壁实施压浆,以防止下部浆液沿桩侧壁等处串浆,影响上侧壁的注浆效果;在下侧壁压浆完毕0.5天以后,实施桩端压浆。整个工程的注浆顺序宜采用先压周边桩后压中间桩的压浆顺序。注浆完毕应立即关闭安装在压浆管口的球阀,并稳压一段时间,防止管内注浆压力过高造成返浆现象。

5.5.2注浆施工:注浆时间宜在混凝土灌注后3～5天进行。注浆过早,会导致因桩身混凝土强度过低而破坏桩本身;注浆过晚,可能难以使桩底已硬化的混凝土形成注浆通道,从而使桩中心形成低强度区,使浆液流向远处砂砾石层或其它粗粒层处。

6钻孔灌注桩后压浆施工工艺的优势

6.1钻孔灌注桩工法存在的缺陷。钻孔灌注桩具有噪音小、无挤土效应,对周边环境影响小等优点。但钻孔灌注桩工法,存在着许多降低单桩承载力因素,主要表现在以下几个方面:

6.1.1一般大直径钻孔灌注桩在第四纪松软土层中钻进,孔壁的完整性较差,这是因为:①钻具的导向性差而引起的摆动;②土层的结构疏松;③钻具的上下提动的抽吸作用对土层的扰动。

6.1.2成孔泥浆颗粒吸附于孔壁形成泥皮,泥皮对孔壁起稳定保护作用,但是由于泥皮的存在,阻碍着桩身砼与桩周土的粘结,相当于桩侧涂了一层剂,大大降低了桩侧摩阻力。

6.1.3由于桩端存在锥尖部分,桩底沉渣不可避免地存在,首灌时部分砼与泥浆及沉碴的的混合、离析,在桩底处会产生“虚尖”,使桩端混凝土强度降低;同时由于首灌时砼落差较大,砼易产生离析现象,易在桩端处形成“虚尖”,都会影响桩端的承载力。

6.2后压浆施工优势。通过对后压浆技术的分析,钻孔灌注桩后注浆技术能针对常规钻孔灌注桩的工艺缺陷,消除承载力降低的种种弊端,同时更进一步提高承载力,主要表现在以下几个方面:

6.2.1消除桩端虚土,增大承压面积。钻孔灌注桩后注浆桩端注浆时,水泥浆液通过端部注浆管渗入桩底“虚尖”的间隙中,同桩底虚土结合起来,增大了桩尖强度,改良了桩端虚土,在桩端虚土被水泥浆液充满、固化后,水泥浆液继续向受泥浆浸泡而松软和本身有一定渗透性的桩端持力层中渗透,在桩端形成“扩大头”,增大了桩端承压面积。

6.2.2压密桩底,增加反向预应力。随着压浆量及注浆压力的增加,因渗透压力受周围致密土层限制,不断升高,压力升高对桩端持力层有一定压密作用,提高了桩端土体承载力,同时给桩底面施加反向预应力,能使桩身微抬,当钻孔灌注桩承受自上向下的垂直荷载时,此反向应力将承担部份荷载,从而提高单桩承载力。

6.2.3充填桩侧,消除泥皮。随着注浆压力的向上释放,桩底注浆时部份浆液将沿桩周上返,充填桩侧与桩周土体间空隙,同时可以破坏、固化泥皮,提高桩侧砼与桩周土体的粘结力,从而提高桩侧摩阻力,另一方面同时也挤密了桩侧土体。

6.2.4提高桩侧土体强度,相当于增大桩径。当水泥浆液在桩侧桩周上下流动时,同时也沿径向渗透,由于浆液渗透深度度不断增加,浆液体内压力不断增高,当浆液体的压力大于桩周土体孔隙水渗透压力时,浆液沿径向向桩周土体中渗透,它一方面可以密实由于成孔时受泥浆浸泡而松软的桩壁土;另一方面浆液与桩侧土体结合,提高了桩侧土体强度,模糊了桩壁与桩周土的界限,相当于增大了桩径,提高了侧摩阻力,从而提高了桩承载力。

6.2.5减少后期沉降。在注浆压力作用下,使一部分桩端压缩变形在施工期内提前完成,使同等沉降条件下桩承载力得到提高,也减小了后期使用沉降。

6.3施工监理控制。首先需要根据不同的地质情况配置泥浆、预先设定后压浆施工的相关参数,通过工艺试验确定后压浆施工中主要控制参数:注浆压力、注浆速度(即注浆流量)、注浆量,而压力、注浆速度、注浆量三者之中又以注浆量的控制为要点。经多项静荷载试验表明,通过控制合理配方的浆液注入量,可以达到后压浆的注浆效果。