后灌浆桩工艺在粉砂地基工程中的应用

摘要：在地基承载力与设计荷载值相差不大的粉砂地基工程中；采用后灌浆住施工工艺加固地基，以提高地基的抗震能力（解决地基液化问题），并同时提高地基承载力，减少地基变形。本文把后灌浆桩施工工艺在实际工程中的成功应用和取得良好社会及经济效益作以介绍。

关键词：后灌浆桩；压密注浆；桩侧灌浆；地基液化；粉细砂夹粉土；剪切波速；灌浆花管；注浆花管；注浆压力；水灰比

中图分类号：TU4 文献标识码：A 文章编号：

工程简况

蓝天科技城工程地下2层，地上11层。地下室为筏式箱型结构，地上11层为框架结构。总建筑面积21000m2 ，地下室筏板基础面积2800m2 ,底板厚度700mm。基础板底标高-8.3m。作用于上的整个建筑物荷载为37087t,设计荷载为137kPa。

采用后灌浆桩施工工艺的蓝天科技城工程位于南京珠江路（电子商业街）333号，是一座专营电脑和软件设计的营业、办公大楼。该工程由南京华艺建筑设计顾问有限公司设计，苏宁监理公司监理，南京大地建设（集团）五分公司施工。

地质勘查情况

经勘查查明，该工程场地基岩埋藏深度为37.0-38.7m，岩性为白垩系砾岩、泥岩，属极软岩~软质岩；上覆土层于人工填土以下，为古河道沉积的砂性土及软粘土。

筏基下的土层分布：

②~2粉细砂夹粉土：灰黄色~灰色，稍密~松散，夹有薄层状粉质粘土与粉砂互层。埋深2.3~4.0m，层厚7.4~11.6m。

②~3粉砂夹细砂：灰色，稍密，埋深13.7~14.6m，厚层1.8~3.0m。

③~1粉质粘土：灰色~褐黄色，可塑~硬塑，埋深16.0~17.2m，厚层3.3~4.2m。

三种土层主要力学性质指标：

地基评价

基础底板下的持力层为②~2 粉细砂夹粉土，埋深2.3~4.0m，厚层7.4~11.6m；其承载力标准值为125Kpa，同设计荷载值137Kpa相差不多；若考虑深度校正值及地下水浮托力后，基本满足设计承载要求。

南京地区防震裂度为7度。本工程场地位于古河道之上，在16.0~17.2m以上部分主要为粉砂性土，判别该场地属于对抗震不利地段；基础底板下②~2层粉细砂夹粉土及②~3层粉砂夹细砂层，经现场标准贯入试验判别，②~2层ⅠLe =0.331~0.804,为轻微液化土层；②~3层为不液化土层；经测试②~2层平均剪切波速为Vs =99m/s，②~3层为Vs=117m/s。

后灌浆桩施工工艺的选择

根据场地地址情况，该工程地基承载力基本满足设计要求；地基处理所需要解决的主要是持力层抗震即地震时防止筏基下②~2粉细砂夹粉土持力层土体液花的问题，若按通常作法可选用静压预制桩或钻孔灌注桩。考虑到该工程工期很紧（要求2001年3月20日开工~2001年10月16日竣工，工期210天），业主（台湾蓝天电脑公司）为迎接第六届世界华商大会在南京的召开，借此机会扩大影响、抓住商机、要求该大楼在2001年9月17日钱1~4层商场开业，大楼外装饰完成，外脚手架全部拆除。此工期要求若按常规进行施工，困难很大。设计单位会同有关专家本着优化设计、满足业主要求的原则，经研究论证后，决定采用一种新的地基加固施工工艺——“后灌浆桩工艺”来提高地基土的抗震能力（着重解决地基液化问题），并同时达到提高地基土持力层承载力，减少地基变形的效果。

设计及施工要求

5.1根据“岩土工程勘察规范”（GB50021—94），基底持力层的液化临界剪切波速平均值为125m/s。设计要求通过地基加固处理，使地基土的剪切波速平均值达到125 m/s以上，提高地基的抗震能力（解决地基液化问题），相应的提高地基承载力，减少地基变形。

5.2本工程采用后灌浆桩加固地基，处理原理为：a.对液化土层进行置换（用刚性水泥桩体置换天然土体）；b.加固（用高强度水泥浆固化天然土；c.压密（用灌浆压力提高土的密度）。

5.3基础底板施工时均布预埋壁厚4mm、L=800mm、管径Φ108钢管645个，供后灌浆桩桩体施工时钻孔和进行压密注浆用；钢管定位误差需小于100mm,此管孔在灌浆前用管堵封口，灌浆后用水泥浆封堵。

5.4为不占用总施工工期，钻孔成桩及灌浆工作在地下室内负二层底板上进行。通过预埋钢管在土中钻孔压浆成桩，桩需要伸至②~2层土层底以上500处，桩身为Φ100水泥桩，在Φ100的桩体内预埋注浆管；待水泥灌浆桩达到一定强度后，从桩底沿桩侧注浆（见注浆桩示意图），注浆时其周边浆液渗透范围内的降水井需暂停降水，待注浆桩达到一定强度后再行降水。

5.5灌浆桩成桩时，桩体内预埋全孔桩侧灌浆花管一根，长度为伸至桩底处；基础梁、桩四周（应力集中部位）的灌浆桩则增加预埋压密注浆管一根，长度为伸至700mm厚的基础底板低，供压密注浆用，压密注浆在底板与地基之间进行。支撑和传递上部压力的砼桩四周的桩孔必须进行压密注浆，基础梁四周的桩孔作为备用，在测试达不到设计要求的125m/s波速时，再进行压密注浆，使其达到设计要求的波速值（注浆管的埋设详见后灌浆桩压密注浆示意图）。

5.6注浆浆液及水泥浆桩均此阿勇32.5级普通硅酸盐水泥，水泥浆桩及700mm后砼板低压密注浆浆液水灰比为0.5~0.6，桩侧灌浆浆液水灰比为0.6~0.8.

5.7桩侧灌浆每孔水泥用量不得少于5.0KN，灌浆力以保证吃浆量为准，灌浆时将使浆液由桩底返浆至基础底面。

5.8压密灌浆每孔水泥用量可控制在5.0KN左右，灌浆最大压力为1.0Mpa：在整个钻孔灌浆过程中，要严密监控底板的变化情况，灌浆时如底板上抬量很少时，可适当提高最大灌浆压力。

5.9灌浆量及灌浆压力将通过现场试验确定，必要时可进行二次灌浆。

5.10灌浆和注浆期间加强建筑物的沉降观测，地基处理完后，及时通知检测单位对地基土进行必要的地基剪贴波速测试，以检验加固效果。（在700mm后砼底板内预留6-8组波速测试孔位）。

施工方法

6.1依据设计院设计的地基处理桩位留置图，在基础底板施工时预埋645个长800mm,内径Φ100mm钢管，钢管与底板钢筋焊牢，保证其垂直度。通过该预留钢管孔进行钻孔、成桩、灌浆、压浆施工。（详见预埋钢管示意图）

6.2待主体结构施工至五层，地下室模板拆除具备施工条件后；施工钻机进场就位，钻打成孔，孔径100mm,孔深至底板下6m。

6.3成孔后，通过钻机钻杆由孔底向上灌入水泥浆成桩，灌浆压力以保证浆液顺利填满钻孔为准，采用32.5级普通水泥，水灰比为0.5~0.6。

6.4桩体灌入水泥浆成桩后，随即预埋灌浆花管，所有灌浆桩孔预埋一根6m长灌浆花管；基础梁、桩部位的桩孔另再埋入1.2m长注浆花管一根。

6.5埋入灌浆、注浆花管6小时后，用1:2水泥砂浆封闭孔口并安装好注浆阀门。

6.6埋入灌浆管待水泥浆桩体有一定强度，约3天后，进行全孔桩侧灌浆；灌浆顺序为先从基础中央向基础边缘即由内向外螺旋跳跃间隙式灌浆，注浆压力

6.7桩侧灌浆结束，间隔7天后，进行基础板底压密注浆。注浆顺序与灌浆顺序相同，即先由内向外，在由外向内螺旋跳跃间隙式注浆，注浆压力在达到2Mpa时，停止注浆，水灰比为0.5~0.6。

6.8压密注浆施工完成7天后，进行波速检测工作，在满足设计要求剪切波速平均值达到125m/s以上后，对全部桩孔孔口用钢板焊接封堵。（若不满足设计要求，及时对基础梁部位后备注浆孔进行压密注浆，直至符合要求。）

施工中需注意一下问题

7.1基础底板施工预埋钢管时，钢管要与底板钢筋垂直焊接牢固；钢管下口贴紧砼垫层，上口用堵头或二层塑料布封扎，防止砼浇注时钢管松动倾斜及砼进入钢管内造成堵塞。

7.2因在地下室内-2F施工，宜选用电驱动施工机械，以免燃油机械，工作室排出的废气不能及时散发，造成环境污染影响施工人员的身心健康。施工照明采用36V低压安全照明，并配置简易通风设备——鼓风机保证空气流通。

7.3为确保后灌浆住施工正常进行，避免无谓的损失。后灌浆桩大面积施工前先选择基础中央位置地段，进行试验性成桩压密注浆施工。试验区范围11m×11m，桩孔6×6共36个，严格按施工工艺要求施工，压密注浆结束7天后，进行波速检测，测试合格后进行大面积施工。

7.4施工期间每天及时清理施工产生的泥浆、水泥浆，场地给水引流至固有集水坑内抽排出场，保持现场整洁文明，按桩位总平面图上的打桩编号做好每天的打桩施工记录，防止漏桩。

7.5施工期间的基坑降水由均匀分布于基坑内的16个降水井降至-16.0m左右处。当压密注浆施工时，靠近其周围的降水井必须停止抽排降水，这样做一是防止水泥浆被吸入降水井造成堵塞，二是避免水泥浆自桩底、桩体向四周渗透、扩展造成无谓的浪费。

7.6基础底板内预埋注浆钢管的防水、堵漏很重要。Φ108钢管预埋时其外侧中部焊接止水环一道，浇注底板砼时钢管四周留设3.5cm深、5cm宽凹槽，灌浆时水泥浆罐至关口下20cm，注浆结束后，钢管上口齐凹槽面截断，关内用微膨胀细石砼填实，3天后用钢板将管口焊死。然后在用微膨胀细石砼将凹槽填平。细石砼渗入水泥用量10%的UEA微膨胀。

8．波速检测及沉降观测情况

8.1后灌浆桩压密注浆施工结束后，江苏省地震工程研究院分别采用跨孔法和单孔检层法对加固处理后的地基土进行了波速检测，二次不同位置检测的剪切波速平均值均达到125m/s以上，满足设计要求。

8.2南京北极测绘研究院对该工程进行了沈降观测。因地基压密注浆期间加大了观测密度，前后累计观测共三十一次。从观测资料来看，大楼累计沉降量较小，沈降差不大。最小沉降量为12.87mm；最大点沉降量为17.80mm,平均沉降15.06mm,平均沉降速率为0.091mm/d。地基处理后的平均沉降量为1.58mm,平均速率为0.017mm/d。由沉降观测曲线图看出，该工程在地基压密注浆施工后，其沉降速度明显趋缓，甚至出现基础抬高情况。地基压密注浆施工结束后，沉降速度明显趋小，现已进入稳定状态。

根据波速检测及沉降观测结果，判定该工程后灌浆桩压密注浆地基加固处理技术在设计与现场施工中的运用的是可行的、成功的。

9.后灌浆桩地基处理的经济效益和社会效益

9.1施工简便易行，施工质量有保证：

本工程采用的后灌浆桩施工工艺，桩径小、桩身短，使用的机械设备不大（其主要机械为：XY—12程钻机三台，泥浆泵二台，BW200/40型注浆泵二台）。注浆简单，成桩容易：施工质量易于控制；且是室内施工作业，不受外界影响，可日夜分班连续施工。并避免了静压桩前期场地预制制作费工费时，后期压桩施工时挤土效应会造成邻近道路和房屋建筑地基变形，及本场地粉土粉砂、粉质粘土厚度大，难以沉到预定深度等施工难题。

9.2不占用总体施工时间，缩短工期

该后灌浆桩施工时间共35天，在主体结构施工至五层时开始插入施工，与主体结构施工并驾齐驱同时进行，并在主体结构封顶前完成施工。不占用总施工时间，大大缩短了工期。（与同等条件下静压顶制桩工艺相比较缩短工期约45天）。

9.3降低成本，节约投资：

该工程若选用静压预制桩基础，4层卵砾石为持力层，选择桩径400×400mm,桩长30m左右，布置桩位约203根；若选用钻孔嵌岩灌注桩，⑤~2中风化泥岩为持力层，桩径600mm,桩长33~47m,布置桩位约169根。与此相比较，后灌浆桩工程量小，施工工艺简单，大大节约了投资，降低了成本。本工程后灌浆桩地基处理费52.6万元，比静压预制桩节约资金约95万元。

三种桩基经济指标对比表