钻孔扩底灌注桩桩侧桩端后压浆技术在福田科技广场的应用

摘要:本文结合福田科技广场项目钻孔扩底灌注桩桩侧桩端后压浆施工的工程实例,对后压浆的作用机理、施工工艺、质量保证措施等进行了研究,并针对钻孔扩底灌注桩在后压浆施工中出现的异常情况进行了分析并提出了处理措施。

1.工程概况

福田科技广场项目位于深圳市福田CBD区。建筑主要由2栋超高层办公楼,1栋高层办公及配套酒店组成,地下室三层。工程桩类型为钻孔扩底灌注桩,总桩数为521根,桩径从0.8～2.4米,扩大头尺寸为1.6～4.8米,持力层为强风化颗粒花岗岩I(承载力取值1600KPa)或强风化颗粒花岗岩III(承载力取值为2800KN)。其中对于超高层及高层塔楼部位的单柱单桩,因为承载力较高且对桩端沉降量要求较严,所以设计要求持力层必须位于强风化颗粒花岗岩III底且中风化花岗岩面,并且要求进行桩侧桩端后压浆。

2.桩侧桩端后压浆作用机理

所谓后注浆,就是在成桩后在桩身砼达到一定强度时,通过预埋管道用高压泵向桩的某些部位灌注水泥浆,提高局部位置的土体强度。钻孔灌注桩后压浆技术之所以能提高钻孔灌注桩单桩承载力,经分析,其主要机理如下:

2.1 桩端注浆提高单桩承载力的机理分析

(1)在桩端压注水泥浆液,浆液首先渗透到最疏松的桩端沉渣间隙中,与沉渣相结合,形成水泥凝结块,消除孔底沉渣的不良影响。

(2) 水泥浆液在压浆泵的高压作用下,充填由于离析而形成“虚尖”、“干渣石”等,提高了桩尖混凝土强度。

(3)水泥浆液进一步向桩端持力层中渗透,在桩端形成“梨形体”,“梨形体”不断增大时,既对桩端持力层起压密作用,又提高了桩端的承压面积,从而提高了钻孔灌注桩的桩端承载力。

(4)在桩底进行高压注浆,能使桩微向上抬起,形成向上的反向预应力,当钻孔灌注桩承受向下的垂直荷载时,此反向预应力将分担部分荷载,从而提高钻孔灌注桩单桩承载力。

(5)对于持力卵砾石层,高压注浆时浆液通过渗透、扩散,充填于圆砾和砂颗粒之间,浆液凝结后,使持力层的强度得到提高,高压浆液在桩底形成一个扩大头,增加了桩底的受力面积,从而使桩的端承力得到很大提高。

2.2 桩侧压浆提高单桩承载力机理分析

(1)在桩侧粗粒土层中注浆时,浆液通过渗透、部分挤密、填充及固结作用,使桩侧土孔隙率降低,密度增加,呈现渗透填充胶结效应;在桩侧细粒土层中注浆时,注浆压力超过劈裂压力,则土体产生水力劈裂,呈现劈裂加筋效应。由于上述两种效应,不仅使桩周土恢复原状,而且提高了桩周土的强度;另外,浆脉结石体像树的根须一样向桩侧土深处延伸,从而提高桩周土的强度,其结果提高桩侧摩阻力。

(2)水泥浆液楔入到桩身和孔壁的环状间隙中,使疏松的泥皮挤压密实固结,消除了桩周因泥皮对侧阻力的影响,从而改善了桩土的关系。

(3)在桩侧注浆点处,由于浆液的挤压作用,形成凸出的浆液包结砼体。

(4)浆液充填桩身混凝土与桩周土体的间隙,提高桩土间的粘结力,从而提高桩侧摩阻力。

3.桩侧桩端后压浆的施工工艺

3.1 压浆管的制作及安装

3.1.1 桩底压浆管

桩底压浆管,可沿桩周方向均匀布置3 根灌浆管。压浆管规格外径50mm,壁厚3.5mm的黑铁管,压浆管底部超出钢筋笼底端100 mm ,在这100mm区段范围内钻6～8个直径6mm的灌浆孔眼。为防止灌注桩身混凝土时浆液堵塞压浆管的灌浆孔,在下放压浆管之前,先用橡胶套紧密包住孔眼。压浆管连接好后,绑扎在钢筋笼螺旋箍筋上,随钢筋笼下放。压浆管与压浆管之间采用丝扣连接,连接时丝扣处需用防水胶带缠绕。

3.1.2 桩侧压浆管

桩侧压浆管数量为3跟白铁管,底部位置设于离桩端以上10m处,对称均匀设置,三根压浆管底部与环形PVC软管连通,环形PVC软管间隔300mm区段范围内钻2个直径6mm的出浆孔,然后用橡胶套紧闭包裹出浆孔。环形软管与注浆铁管接头处需连接牢固。压浆管与压浆管之间采用丝扣连接,连接时丝扣处需用防水胶带缠绕。

3.2 压浆的工艺流程

3.2.1 压浆设备

(1)注浆泵:BW-150型往复式三柱塞注浆泵(电机功率7.5KW),排量32～150L/min,最大压力7MPa

(2)水泥搅拌机:YJ-1200型,容量1200L。

3.2.2 压浆顺序

(1)压浆作业与成孔作业点的距离不宜小于8～10m。

(2)在需压浆的钻孔桩施工范围内压浆应先压桩、后中间桩。先桩侧压浆后桩端压浆。

3.2.3 压浆前的准备

(1)压浆前检查确认制浆机,注浆泵,浆液分配器,环形阀,储浆箱,水泵等设备工作状态良好。水泥、缓凝剂等准备充足,运抵现场。

(2)压浆前再次用自来水将地面上所有的压浆管路清洗疏通。

(3)压力表要校订,溢流安全阀要安全可靠,压力大于4MPa时能泄浆。

3.2.4 浆液制备

浆液要求流动性好,压力泌水小,初凝时间约2～3小时。浆液水灰比为0.6,减水剂用量0.5%。

3.2.5 压浆

(1)钻孔灌注桩浇注完成砼后24～36小时,用高压水压通出浆口,当水压降低时应立即停水。

(2)压浆作业宜于成桩2天后开始,不宜迟于成桩30天后。

(3)水泥浆搅拌后应放足15分钟后才能进行压浆,以消除浆液中空气。

(4)每根压浆管压入水泥量按设计要求平均分配(分6根管)。

(5)压浆前压浆管上口要安装闸阀,每次压浆完成后要在停泵前关闭上端闸阀,以防浆液回流。

(6)每次压浆后用清水冲洗管路,以免堵塞而影响下次注浆。

(7)注浆泵由专人操作,控制注浆量,观测压力表,专人观测桩身上浮。

(8)记录员要设专人,记录每次注浆的起止时间,注浆量,注浆压力。

3.2.6 压浆终止条件

压浆满足以下两条中任意一条,可停止注浆:

(1)注浆总量和注浆压力均达到设计要求。本项目设计要求单桩注浆量(以水泥质量计)≥9t。注浆压力为3MPa.

(2)注浆重量达到设计值的75%,且注浆压力超过设计值。

4.压浆质量保证措施

(1)成孔时要保证钻孔垂直度,尽量避免缩径,以保证钢筋笼和压浆管的顺利下入,否则钢筋笼上下提动多次会损坏压浆管。

(2) 桩端的压浆管超出钢筋笼端部300 mm 以上,钢筋笼下到孔底时,压浆管靠钢筋笼和重力压入桩端土或孔底沉渣内。

(3)压浆管接头要牢固、密封,接牢后注清水检查是否有渗漏现象(注清水还有平衡管内外压力的作用) 。压浆管高出地面30cm ,并用堵头堵严,以防泥浆进入。

(4)压浆前要检查设备是否能正常运转,要用测锤在空心压浆管内探测有无堵塞现象。压浆完毕要及时清洗地面管路及灰浆泵。

(5)每根桩后注浆应先桩侧注浆,间隔2小时后再进行桩端注浆。

(6)水泥浆搅拌时间应大于10 min ,且不超过4h ,超过4 h 没有灌注的水泥浆作废浆处理。

(7)注浆量、注浆压力要保证符合设计及实验要求。如果某根桩没达到设计注浆量但压力很高,则相邻桩应增加注浆量。

5.后压浆施工时出现异常的处理

(1)注浆过程中因停电、机械损坏、或故意间歇注浆而中断注浆,应采取有效措施排除故障,尽快恢复注浆。恢复注浆时宜从稀浆开始注浆,注浆量增大后逐渐加大浆液浓度。

(2)压浆压力不大,吃浆不止时,应限制泵流量,增稠浆液,加入速凝剂,或故意间歇式注浆,避免浆液无效流失。

(3)注浆管若为单根堵塞可在另一根注浆管注浆时增加注浆量。若在群桩中的单根桩所有注浆管堵塞,可以加大其相邻两根桩的注浆量以弥补。对于其他情况的单桩所有注浆管堵塞则利用抽芯孔补埋注浆管注浆。

(4)桩后注浆时要观察地面隆起和桩体上抬情况发现有此现象应停止注浆,或减小注浆压力。

6.总结

根据福田科技广场项目钻孔灌注桩桩侧桩端后压浆结果的分析,得出以下结论:

(1)钻孔灌注桩后压浆技术可提高单桩承载力、增大桩端刚度和稳定性,减少桩的不均匀沉降量,提高钻孔灌注桩施工质量,同时可降低材料消耗,缩短施工工期,节约成本,有显著的社会效益和经济效益。与此同时,后压浆工艺简单、易行,可配合原有的桩机设备施工,新投入的设备资金少,是一项值得推广的技术。

(2)在施工过程中必须要严格按照后压浆的工艺流程和质量控制措施去控制,对其常见的质量通病进行分析和预防,才能有效的保证后压浆施工的质量。