苏通某大桥桩底压浆技术与工艺研究_ppt

1、xx大桥桩底压浆技术与工艺研究 xx大学xx大桥科研项目前言第一篇 调研报告 1 后压浆概述 2 桩端后压浆提高承载力的机理 3 后压浆的计算与设计 4 后压浆施工 5 存在问题及研究方向第二篇 试验研究 1 试验概况 2 检测结果及评价 3 后压浆桩的承载特性分析 4 后压浆经济效益分析 5 存在问题第三篇 后压浆技术方案 1 总则 2 桩端后压浆设计 3 桩端后压浆施工 4 工程质量检验与验收 目 录 项目概况 苏通大桥主墩采用桩长125m，桩径2.5m的钻孔灌注桩。在如此大直径超长桩上应用桩底后压浆技术，国内外还无先例，受苏通大桥指挥部委托，东南大学承担后压浆技术课题。 苏通大桥桩底压浆

2、技术与工艺研究项目通过一、二期试桩的试验和检测，取得超长大直径钻孔灌注桩桩底压浆作用机理、承载力特性及施工技术方案等成果，达到提高工程施工质量及可靠性的目的，将促进我国桥梁桩基技术迈向一个新台阶。 研究背景 苏通大桥主桥墩覆盖层厚，为满足设计要求，必须加大直径和桩长。而桩长的增加，将钻孔桩的工艺缺陷更加突出。为消除不利因素的影响并达到提高钻孔灌注桩承载力的目的，苏通大桥采用桩端压浆工艺，对两期试桩进行试验研究，形成了一套施工方法 研究目的研究桩底后压浆技术的作用机理提出一套系统、完善、实用的设计计算理论和施工工艺。 研究工作进展2002.102003.01 一期试桩测试2003.052003.

3、09 二期试桩测试2003.062003.07 文献调研2003.092003.10 技术方案2003.10 试桩结果分析主要研究内容 本项目的主要研究内容包括以下4个方面：（1）后压浆对钻孔灌注桩承载特性的影响 桩端压浆后，超长桩呈端承摩擦桩特性，通过总结苏通大桥一、二期试 桩的静载荷试验及应力-应变测试资料，分析压浆后桩的承载特性及桩侧 摩阻力、端阻力的分布规律（2）后压浆钻孔灌注桩的设计理论和计算方法 对现有计算方法进行评价 结合现行公路桥涵地基基础设计规范及相关行业的规范，提出桥桩 后压浆钻孔灌注桩竖向承载力的计算公式（3）后压浆钻孔灌注桩施工工艺 根据工艺试验和试桩试验，总结U管和直

4、管的工艺特点，分析物探及钻探 取芯数据和结果，评价应用效果 提出桩底后压浆施工参数的选择方法及控制标准 完善桥桩U管压浆的施工工艺（4）桥桩后压浆施工技术指南 桥桩后压浆施工技术指南 群桩压浆施工顺序原则 创新点（1）在国内首次系统地对U型管压浆技术进行实验研 究， 提出了U型管压浆参数的确定方法和控制标准，完善 了压浆工艺 流程；（2）基于交通部 公路桥涵地基与基础设计规范 首次提出了压浆后钻孔桩承载力的计算方法；（3）根据压浆后的试验数据，深入分析了压浆对桩侧摩 阻力及桩端阻力的影响；首次提出超长大直径桩的 承载特性;（4）通过压浆机理研究，初步提出了群桩中进行后压浆 施工顺序和工艺流程。

5、研究成果 （1）国内外文献及应用情况调研。掌握了后压浆技术 在国内外的发展历史、应用现状、最新研究成果；（2）试桩后压浆技术总结和承载力特性分析。总结了苏 通大桥一、二试桩后压浆施工情况，分析施工中存 在问题的原因，提出了改进措施。同时，分析了压 浆前后桩承载力特性；（3）后压浆技术方案。编写了压浆技术方案，包括后压 浆技术的机理、设计、施工和检验标准用于指导 苏 通大桥后压浆施工。第一篇 调研报告国外研究状况 桩端压力注浆自1961年在委内瑞拉修建Maracaibo大桥基桩中首次运用以来，在世界多个国家的桥梁中得到了广泛的应用。 图1.3.1-1为 Parana运河上桥梁桩端压浆所用的装置。

6、1 64mm的钢板；2 压浆孔；3 均匀的砾石；4 吊钩；5 定距块；6 蓝子；7 直径38mm的压浆管；8 30mm的加强管；9 直径25mm钢管;10 橡胶或氯丁橡胶垫；11 直径14mm钢管. 泰国工程师80年代在修建斜拉桥的桩基时采用了图1.2-2所示的压浆装置对桩端进行压浆 Fleming, W.G.K.11介绍了一种U形压浆管（如图1.3.1-5所示），在灌注桩身混凝土前，将U形压浆管随钢筋笼一起放入孔底。 国内研究状况 1983年，北京市建筑工程研究所在国内首先研究开发出预留压浆空腔方式的桩端压力注浆桩。 进入20世纪90年代后，桩端压力注浆技术在国内得到蓬勃发展，具体表现在作为

7、桩端压力注浆施工工艺的核心部件桩端压力注浆装置形式众多，目前已有16种桩端压力注浆装置。 图1.3.1-8为工程中常用的桩端压浆装置 图1.3.1-9为经过改良的桩端压浆装置 桩端后压浆提高承载力的机理（1）桩端沉渣与注入的浆液混合固化 ，凝结成一 个强度高、化学性能稳定的结石体 ，从而提 高桩端阻力。如图2.3-1所示。（2）细粒土中进行桩端压浆时，水泥浆液以网状 形式存在于土体中，固化后，形成水泥土复 合体，它能有效地提高土体强度和变形摸量 ， 从而提高桩端阻力。（3）粗粒土中进行桩端压浆时 ，浆液主要通过渗 透、挤密、填充及固结作用 ，大幅度地提高 持力层的强度和变形模量 ，并形成扩大头

8、 ， 增大桩端受力面积 ，从而提高桩端阻力。（4）据有关试验结果，在桩端以上2.5D范围内压 浆桩的桩侧摩阻力可以提高2.5倍。图2.3-241 为桩端压浆后开挖出桩身形状。存在的问题（1）压浆理论研究不完善 目前研究主要集中在工艺的介绍、机理 的定性分析、工程实例的比较，没有提出合 理的理论计算模型，其理论研究有待进一步 完善。（2）施工工艺有待进一步优化 （3）无统一的计算公式。 目前后压浆承载力的计 算公式众多，有 的公式停留在经验水平上。存在问题及研究方向研究方向（1）进一步优化后压浆施工工艺（2）采用数值算法模拟桩端压浆机理（3）分析后压浆桩端群桩效应 第二篇 试验研究一期为4根直管

9、后压浆桩试验，取芯结果显示，浆液在土层呈薄层状分部，充填不均匀。二期6根试桩进行了后压浆试验，分别采用U型管和直管两种方案。试桩压浆 一期试桩压浆 二期工艺试桩压浆 GYZ1和GYZ3桩采用六回路U型压浆管方案， GYZ2桩采用四根直管方案。 二期载荷试桩压浆 SZ2桩和SZ3桩采用六回路U型压浆管方案。SZ4试桩采用4回路U型管加4直管方案。 压浆效果检测方法 自平衡测试法CT检测取芯检测 CT检测 电磁波CT层析成像技术 超声波CT层析成像技术 检测结果及评价 承载力测试结果 一期试桩测试结果 S1桩压浆前后测试曲线 S2桩压浆后测试曲线 S3桩压浆前后测试曲线 N3桩压浆前后测试曲线 S

10、1桩压浆前后转换曲线 S2桩压浆后转换曲线 S3桩压浆前后转换曲线 N3桩压浆前后转换曲线 二期试桩测试结果 SZ2桩压浆后测试曲线 SZ3桩压浆后测试曲线 SZ2桩压浆后转换曲线 SZ3桩压浆后转换曲线 SZ4桩压浆前后转换曲线 CT检测结果及评价（1）SZ2桩 明显形成了一个向上弧形扩大头型水泥浆影响区，局部存在固结现象，水泥浆局部上串。 （2）GYZ2桩 采用直管压浆后，未发现扩大头；水泥浆分布随桩底附近地层的密实程度不同，无规律分布；桩底存留水泥浆不多； （3）SZ3桩原设计U管压浆，后因故改直管压浆。水泥压浆后，向1#、2#、4#孔方向桩侧局部形成扩大头，但向3#孔方向桩侧压浆效果不

11、明显, 压浆上窜高度达10m以上。桩底1m有零星随机分布压浆存在。 （4）GYZ3桩明显形成一个向上弧形扩大头型水泥浆影响区，局部存在固结现象，水泥浆局部可上串，与SZ2桩结果类似。 结论在中粗砂或含砾中粗砂中容易压浆并固结，而在粉质细砂土及亚粘土层中难以压浆固结。 取芯检测结果及评价 一期S1、S2试桩水泥浆多以薄层状分布，水泥浆层厚一般为0.10.5cm，极个别为810cm，充填不均匀。部分未胶结。 S2-1孔标贯对比 S2-2孔标贯对比 S2-3孔标贯对比 二期试桩 本次共检测6根桩，每根桩原则上布置5个检测孔。 检测结论 根据检测结果及现场取芯分析，得出如下结论。（1）施工的23个钻孔

12、均有未固结的水泥灰浆 及其与砂层所形成的混合物。（2）所有压浆体均未凝固，或只能达到半凝 固状态。从地下取芯后1224小时形成固 结的水泥灰浆。 （3）颗粒越粗的压浆体水泥灰浆就越容易浸 入。（4）从SZ2桩所做的标贯击数看，其土层强度 明显强于其压浆前的土层强度。 后压浆桩荷载传递特性一期试桩试桩侧阻力、端阻力及其比例 二期试桩桩的极限承载力及组成比例 SZ2桩顶荷载-位移关系及构成 SZ3桩顶荷载-位移关系及构成 SZ4压浆前后下段桩平均摩阻力-位移曲线SZ4压浆前后桩端阻力-位移曲线 SZ4压浆前桩顶荷载-位移关系及构成 SZ4压浆后桩顶荷载-位移关系及构成 二期试桩桩端阻力-位移对比曲

13、线 压浆后桩的承载特性分析 （1） 一期试桩 未压浆试桩下段Q-s曲线在很小的荷载下出 现陡降段，桩端阻力所占比例小、差别很大，变化范围为1.88%-11.68%，说明桩底存在沉渣，且施工质量不稳定。 二期试桩 由于施工质量相对要好，沉渣较少，未压浆桩端阻所占比例为14.23%，明显高于一期试桩。（2） 一期试桩，压浆后桩极限承载力得到大幅度的提高，提高幅度为50%-100%，其中整桩侧阻提高12.39%-52.87%，桩端总阻力提高4.91-25.67倍； 二期试桩，压浆后，桩极限承载力提高幅度为68.6%，侧阻力，提高34%，端阻力提高2.93倍。（3）各试桩的Q-s曲线由陡降型转变为缓变

14、型，桩端刚度得到大幅度提高，桩的承载型态亦发生改变。压浆前，端阻占总承载力的比例为1.88%-14.23%，基本属摩擦型桩，压浆后提高到22.14%-33.2%，属端承摩擦桩。后压浆经济效益对比表 存在问题及改进措施 （1）压水开塞过程，有个别管路堵塞。（2）压浆过程存在堵管现象。（3）浆液配制随意性大。（4）压浆设备不满足要求。（5）压力表反映的压浆压力受多因素影响。（6）压浆后取芯时间短。U管与直管比较 直管方案（1）优点 a 投资少 b 管路连接耗时短 c 无需在桩端投碎石 d 压浆工作量小（2）缺点 a 浆液扩散不均匀 b可控性差U型管方案（1）优点 a 可控性好 b 浆液扩散均匀（2

15、）缺点 a 管路连接耗时长 b 压浆工作量大 c 易损坏 改进措施及建议根据调研报告中国内外经验及专家意见，总结一、二期压浆经验，针对苏通大桥南北塔大直径群桩基础，桩端由弯管相连改为直管相连。考虑到主塔承台下桥桩受力不均匀，根据三维有限元分析结果，对受力大的角桩采用6回路U管压浆工艺，其余受力较小的桩采用4回路U管压浆工艺。苏通大桥引桥中小直径桩，如需压浆，建议采用直管压浆工艺，压浆管路由声测管兼用。第三篇 后压浆技术方案桩端后压浆设计合理压浆量 Gcp=(htd+n0d3)后压浆单桩极限承载力（Quk） Quk=UpLi +(siUpLi+p AR)g 压浆工作压力按下式确定 pg=pw+r

16、riLi压浆控制压力按下式确定PgA=G+UpiLi针对苏通大桥主塔桩基：桩长L125m， 桩径d2.52.8m。合理压浆量 Gcp=8.45t，考虑施工时损耗，实际 每根桩压浆量为10.5t。后压浆单桩极限承载力 Quk=79337.99(KN)压浆工作压力 Pg=3.01Mpa压浆控制压力 Pg=8.0Mpa桩端后压浆施工压浆前主要准备工作（1）在桩混凝土浇筑完成后24-48小时冲开单向阀（2）压水试验和压浆前，进行压浆管路系统及接 头耐压试验。水泥浆性能要求： 初凝时间：3-4小时，稠度17-18秒； 7天强度：10Mpa。 外加剂：U型微膨胀剂（5%），膨润土 （5%）浆液配制程序：先

17、放水，再加外加剂，搅拌均匀后加水 泥。浆液进入储浆桶时必须用16目纱网进行次过滤，防止杂物堵塞压浆孔及管路。浆液最终配方必须通过现场试配确定，确认达到性能指标后，再付诸使用。压浆管路布置及桩端压浆管制作 压浆管布置原则：保证压浆的均匀性 便于安装和保护注意事项： 压浆管于安装前应进行清洗，以清除管内 杂物； 制作前，钢管密封部位应用细砂纸打磨； 必须使用新的橡胶带，密封完好、有弹性； 应进行地面试压试验。主塔群桩压浆施工顺序原则 总原则：先外侧，后内侧 每根桩压浆时，与其相临的桩必须 未开钻或灌注混 凝土完毕 后压浆施工控制 压浆总体控制原则：实行压浆量与压力双控。 压浆次序与压浆量分配： 压浆分三次循环； 压浆量分配： 第一循环：40%； 第二循环：40%； 第三循环：20%。 压浆时间及压力控制： 第一循环：每根压浆管压完后，间隔时间不小于 2.5小时，不超过3小时进行第二循环； 第二循环：每根压浆管压完后，间隔不小于3.5小 时，不超过6小时进行第三循环。 后压浆施工控制标准： 第一循环与第二循环主要考虑压浆量。 第三循环以压力控制为主。若注浆压力达到 控制压力，并持荷5分钟，注浆量达到80， 也满足要求。 工程质量检验与验收对于六回路U型管路 畅通管路不少于5个，