钢筋混凝土灌注桩后压浆施工工法改

钢筋混凝土灌注桩后压浆施工工法中铁十二局建筑安装工程有限公司1前言钻孔灌注桩由于具有造价低、工期短、可以做成较大尺寸、钻入较深底层、能提供较大的承载能力、施工时产生震动和噪音较小等优点，因此得到了越来越广泛的应用。但是随着现代建筑技术的飞速发展，对桩基础承载能力和抗变形的要求越来越高，传统钻孔灌注桩难以彻底解决桩周泥皮和沉渣之顽症，其优点得不到充分发挥。钻孔灌注桩“后压浆技术”能更大限度地节约桩基成本，缩短施工工期，有效地增强质量稳定性和提高单桩承载力。根据工程实际情况表明，在不增加桩长和桩径的条件下，后压浆不仅在技术上是可靠的，而且在提高单桩承载力、减少工程沉降量、降低桩基工程造价等方面都具有深远的意义。2工法特点后压浆处理技术是一种有效的措施，可大幅度提高桩基承载力。在进行后压浆时，由于浆液的侵入，不仅使土体内的孔隙压力显著变化，而且也直接影响了其粒间应力。在浆液压力的作用下，孔隙水、气被排挤直至全部或部分置换，孔隙压力增大，有效应力减小，但随着浆液与土体发生固化作用，固结体中孔隙水减少，孔隙压力减小，有效应力增加，从而改善了岩土的应力情况，使土体固结，强度增大，压缩性减小。使承载力增幅由开发初期的2540提高到60以上，建筑物总沉降量可减少3050，并可显著减少不均匀沉降。3适用范围后压浆技术可适用于高层、超高层、大跨度建筑物和重型构筑物，以及地震设防区、其它动荷载、要求较好的抵抗水平向荷载的桩基础。一般适用于桩端持力层在砾石层、砂层、亚粘土、粉质粘土、强风化岩层的桩基础，沉降效果较好，也可以用于中风化岩层，以解决桩底的沉渣和岩层碎带的不利影响，但在淤质粘土中不宜采用。该技术桩的成孔条件几乎不受限制，既能用于在水位以上干作业成孔成桩，也能用于在地下水下成孔成桩、潜水钻成孔、人工挖孔、钻斗钻成孔、螺旋钻成孔、贝诺特法成孔、正循环钻成孔，反循环钻成孔和冲击钻成孔等灌注桩，只要在成桩前先预埋注浆管和排淤管，均可在成桩后进行桩底压力注浆。桩底后压浆的直径可为4002000MM，桩长可为680M。后压浆浆液对桩周、桩底土体的加固效应主要表现为固化效应、充填效应、压密效应。钻孔灌注桩后压浆之所以能够提高钻孔灌注桩单桩承载力，其主要作用机理包括桩端压浆的增强机理和桩侧压浆的增强机理。4工艺原理41影响钻孔灌注桩单桩承载力的因素411孔壁完整性差。412孔壁泥皮阻碍桩身混凝土与桩周围土体的粘结，起到润滑的作用，降低了桩侧的摩擦阻力。413施工中无论怎样二次清孔，孔底残渣仍是不可避免的，孔底残渣是影响单桩承载力和建筑物沉降的重要因素。414混凝土在灌注时由于导管细长、落差大，导致混凝土出现离析现象，在桩底部出现“干渣石”、“虚尖”，影响桩端混凝土强度。415由于桩身混凝土的固结发生体积收缩，使桩身混凝土与孔壁间发生间隙，减小了桩侧摩擦阻力。42桩端压浆的增强机理421桩端压浆，浆液首先充填或渗透到最疏松的桩端的残渣间隙中，与残渣胶结固化，形成了强度较高的胶结体，从而消除了桩底沉渣的影响。422随着桩端压浆压力的增加，水泥浆液充满残渣间隙后，继续充填由于在灌注桩身混凝土时因混凝土离析而形成的“虚尖”、“干渣石”等，增加了桩端混凝土的强度。423随着压浆量的增加及注浆压力的提高，水泥浆液不断的向由于受泥浆浸泡而松软的桩端持力层中渗透，水泥浆与持力层土体相胶结，在桩端形成胶结梨形体，从而增加了桩端的承压面积，提高了钻孔灌注桩的桩端承载力。424注浆压力对桩端持力层起压密的作用，提高了桩端土体的承载力，特别是由于桩端土层受到挤密预压，桩端阻力得以提前发挥出来，对应的单桩沉降量大大减小。425当桩底注浆量不断增加、注浆压力不断提高时，浆液会沿桩侧壁向上渗透，充填桩侧与桩周土体间的间隙，同时向松散的土层、孔隙较大的砂砾层、卵石层和裂隙岩层渗透粘结，使土体的强度得到提高。43桩侧压浆的增强机理431桩侧压浆是在钻孔灌注桩桩身（或桩侧土中）通过预先埋置的压浆管水泥浆压入桩侧土中，浆液充填桩侧混凝土与桩周土体间的粘结力，从而提高了桩侧摩擦阻力。432桩侧压浆可以消除孔壁泥皮对桩侧摩擦阻力的影响。由于压浆是在基桩完工后310D内进行的，此时泥皮性能不稳定，在压力的拢动下，不稳定的泥皮被破坏，和浆液一起形成水泥粘土浆，而后重新胶结成型，形成了抗剪强度较高、与桩身牢靠粘结的环形固体。433桩侧压浆，浆液充填了桩周土层中的孔隙，挤压密实了由于成孔时受泥浆浸泡而松软的桩周土，提高了土的抗剪强度。浆液和桩周土混合，形成了一层复合型桩身，模糊了原桩身与桩周土的界线，相当于增大了桩径，增大了桩侧摩阻力的作用面，从而提高了总摩擦阻力。434随着注浆压力的增大，浆液横向较弱的桩周土体中渗透，起渗透劈裂作用，浆脉则像树根一样横向渗入土体，从而改善了桩土的受力状态。435桩侧压浆起挤密桩侧土体作用，使桩周土侧压力增大，这对于摩擦角较大的砂类土，抗剪强度会增大。5施工工序流程及操作要点51钢筋混凝土灌注桩后压浆工艺流程成孔清孔下钢筋笼、并预埋压浆管二次清孔灌注桩身混凝土养护37天压注水泥浆液养护至龄期检测52施工要点521按照一般钻孔灌注桩施工程序进行钻机就位、对点、埋设护筒。522在钻孔过程中要求慢速运转，掌握地层对钻机的影响情况，以确定在该地层条件下的钻进参数。在钻进过程中不可进尺过快。523钻孔中采用钻孔液护壁，钻孔液主要成分为聚丙烯酰胺，呈白色粉末状固体，在水中加入20的钻孔液进行配置。在钻进过程中，一定要保持液面，不得低于护筒顶40CM。在提钻时，需及时向孔内补浆，以保证液面高度。524在钻进到设计深度时，经对孔径、孔深、孔位、垂直度等指标进行检测确认合格后应及时清孔，清孔时应保持孔内水位；在清孔后，孔底沉渣应满足设计要求，严禁采用加深钻孔深度方法代替清孔，将孔口处杂物清理干净，方可进行下一步工序。525压浆管埋设压浆管采用25MM管壁厚度25MM的钢管，压浆管随同钢筋笼一起沉入钻孔中，边下放钢筋笼边接长压浆管，压浆管紧贴钢筋笼内侧，并用铁丝在适当位置固定牢固，压浆管应沿钢筋笼圆周对称设置，注浆管的根数根据设计要求及桩径大小确定。注浆管压浆后可取代等强度截面钢筋。注浆管根数根据桩径大小设置，一般注浆管设置情况下表5251。表5251注浆管根数与桩径大小的关系桩径D1000MM1000D2000MMD2000MM根数234桩底压浆时，管阀底端进入桩端土层的深度应根据桩端土层的类别确定，持力层过硬时可适当减小，持力层较软弱及孔底沉渣较厚时可适当加深。一般管阀进入桩端土层的深度见表5252。表5252不同土质管阀进入土层的深度桩端土层类别粘性土、粘土、砂土碎石土、风华化岩管阀进入土层深度200MM100MM桩侧压浆时，管阀设置应综合地层情况、桩长、承载力增幅要求等因素确定，一般离桩底515M以上每810M设置一道。为保证管阀顺利地进入桩底持力层中，管阀应超出引导压浆管钢筋笼底端一定长度，超出长度根据土层类别确定，保证管阀进入土层长度符合要求。安装过程中防止钢管在安装过程中发生扭曲，压浆管与钢筋笼加劲箍和螺旋箍筋焊接或绑扎固定。压浆管采用钢套管连接，连接应牢固和密封，不漏水，上端用丝堵封口，避免杂物落入管内造成堵管。在吊放钢筋笼过程中，严禁撞笼、扭笼、墩笼，钢筋笼应竖直缓慢下放，快到桩底时，钢筋笼不得扭动，以免管阀在进入土层时受到损坏。526在进行混凝土水下灌注时导管下入长度和实际孔深必须做严格丈量，使导管底口与孔底的距离能保持在0305M左右，在承料斗内先置一球胆于导管口，球胆直径大小要能自由通过导管，然后用锥形塞堵住承料斗口，混凝土灌满承料斗，在上提锥形塞的同时，向承料斗内补混凝土，使料斗内混凝土始终保持装满条件下连续浇灌。提管时，要准确测量混凝土灌注深度和计算导管埋深后，方可提管，导管应徐徐上提，不可一次提的过高，造成导管底部超出混凝土面，形成断桩。导管在混凝土内埋深不得大于6M，也不得小于2M。混凝土超灌不得小于800MM。527开塞每根桩在混凝土浇注完毕后的24小时内必须用清水将喷口冲开，开塞时采用逐步升压法，当压力骤降，流量突增时，表明通道已经开通，立即停机，防止大量水涌入地下。528浆液的配置浆液采取水泥浆液。水泥浆的结石强度是随着水灰比的降低而提高的，但是如果水灰比过小，将液的流动性差，既难于泵松，又不易渗透到较致密的砂层中。因此，将液的水灰比需要根据底层条件的不同而改变。总结将液配方试验得到结论如下对渗透性较强的地层（如松散的砂土及软粘土等），桩端压浆的水灰比为0405，桩侧压浆为0507。对渗透性较弱的地层（如较密实的砂土、卵石等），桩端压浆的水灰比为0507，桩侧压浆为0608。529灌浆压力、压浆量的设计后压浆桩的灌浆压力控制是关键技术之一，决定灌浆压力的因素很多，且非常复杂。实际工程中，往往根据灌浆前的注水试验的数据和以往的施工经验确定。对渗透性较强的砂土、软粘土，稳定灌浆压力一般控制在0412MPA，高时达20MPA，稳压时间不少于5MIN。对渗透性较弱的密实砂土、卵石等，灌浆压力在0518MPA，最大压力控制在30MPA左右。对深层灌浆，最大压力不超过40MPA，稳定时间不小于5MIN。对较长的嵌岩桩，可采用高压桩底压浆，压力控制在4060MPA，当灌浆量不能满足设计要求时，压力可提高至8MPA，稳定时间为58MIN。5210灌浆压力采用由小到大逐级增加的原则，对于上层桩侧压浆，压力取较小值，压浆节奏较慢，对于桩底压浆，压力可稍加大。在理想状态下，桩底压浆形成有效混凝土团快的大小不需过大，桩底压浆应根据桩端的持力层的岩土性状、沉渣等因素，预先设计所需要注入量。压浆过程采用“双控”的方法进行控制，压浆终止条件，当满足下列条件之一可终止压浆1、压浆总量和注浆压力均达到设计要求；2、压浆总量已经达到设计值的70，且注浆压力达到设计注浆压力的150并维持5MIN以上；3、压浆总量已经达到设计值的70，且桩顶或地面出现明显上抬。桩体上抬不得超过2MM。压浆作业过程记录应完整，并经常对后压浆的各项工艺参数进行检查，发现异常情况时，应立即查明原因，采取措施后继续压浆。5211后压浆压浆顺序压浆顺序可采用先周边后中间的顺序。中间成片的桩压浆时可采用呈梅花状间隔压浆的顺序。这种压浆方法，能使桩底由小压浆量比较均匀，在工程范围内形成一个整体。不但能降低装的沉降量，同时也能进一步改善持力层的工程地质特性，使沉降保持均匀。53劳动力组织见表53。表53劳动力组织表序号工种工作内容人数1技术工技术指导、质量检查、施工记录3人2钢筋工钢筋笼制作、压浆管制作安装5人3混凝土工灌注混凝土及后压浆6人4机械工灌注桩成孔、钢筋笼吊装3人5电焊工钢筋笼对接2人6普工5人6材料与设备61本工法压浆管采用25MM管壁厚度25MM的无缝钢管62采用的主要机械设备见表62。表62主要施工机械设备表序号机械或设备名称型号规格数量用于施工部位1反铲挖掘机日立15方1场地平整2铲车ZL301场地平整3旋挖钻机SD1501工程桩4全站仪3002LN1测量放线5水准仪DSZ21测量放线6潜水泵QX152工程桩7电焊机BX3005工程桩8切断机CZE301工程桩9吊车12T2工程桩10高压注浆泵3SNSA1后压浆11压浆泵监控压力表25级16MPA1后压浆12液浆搅拌机YJ3401后压浆7质量控制71钢筋混凝土灌注桩允许偏差桩身垂直度1桩径50MM桩位偏差100MM沉渣厚度100MM72成桩质量严格按照“建筑桩基技术规范（JGJ942008）”检验73严格过程控制并做好压浆质量记录，每一道工序都要检查到位，不放过任何细节。74严把质量关，做好技术、质量交底，班中检查，班后讨论及解决施工中遇到的问题。8安全措施81建立安全保证体系，配置安全员，负责现场安全施工，施工前对施工人员进行安全交底，施工中应进行定期7天一次的例行安全检查。82对电器系统要有专人负责，所有电器配备漏电保护器。83压浆作业过程中，应采取措施防止爆管、甩管、防漏电等安全措施。84施工人员进入现场必须佩戴安全帽，严禁酒后上岗作业。85压浆泵压力表应定期检定。86施工过程中，应采取措施防止粉尘污染环境。87对设备进行定期检查、维修，严禁机械带病作业，钻机必须由专职机手严格按操作规程操作。9环保措施91成立专职的环保组织机构，建立以项目经理为组长的环境保护领导小组，具体负责开展环保工作。各施工队配环保监察员，负责施工过程中的环保工作。92坚持管生产必须管环保的原则，建立健全岗位责任制。结合施工组织设计，制定实施性的环境保护措施，从思想、宣传、组织、制度、措施、经济等方面入手，形成严密的控制格局，确实保证环境保护工作落到实处。10效益分析101钻孔灌注桩后压浆技术是目前基础工程施工中最常用的地基处理方法之一。钻孔灌注桩后压浆技术将注浆技术与桩基技术有效的结合在一起，综合了这两种方法的优点，有效地解决了钻孔灌注桩桩底沉渣与桩周泥皮对单桩承载力的负面影响，大幅度提高了单桩的承载力。由于钻孔灌注桩后压浆的施工工艺简单、可靠性好、单庄承载力增幅大，值得大力推广。后压浆时浆液强行挤入桩底渣土及桩底土，使桩端持力层土体压密加固，并形成桩底扩大端，大大提高桩端承载力，沉降量的不均匀性得到改善102钻孔灌注桩采用后压浆工艺后操作简单、质量容易控制，较普通的工程桩减少了工程量、降低了成本缩短了工期。103钻孔灌注桩后压浆时，不影响其它工程桩施工，因此，桩数较少时，可加快工程进度、节省基础工程造价11应用实例郑西客运专线西安北站房工程基础桩基采用钢筋混凝土灌注桩后压浆施工工艺，桩径1000MM，桩长36M,持力层为中粗沙层，且桩端进入持力层不少于12M。要求单桩竖向承载力不小于4900KN。采用后压浆施工工艺后所施工的工程桩经检测全部达到了设计标准，受到了建设单位、监理单位、设计单位及质检站的一致好评，为工程创优打下了坚实的基础。地质结构及参数见表11。表11地层结构及参数钻孔灌注桩土层名称土层厚度（M）土层颜色地基土承载特征FAKKPA压缩模量ESMPA桩侧阻力特征值QSIAKPA桩端阻力特征值QPAKPA（11）素填土030310褐黄黄褐色（12）杂填土020190杂色（2）粉质