006桩基后牙浆技术

第6章桩基后压浆技术6.1桩基发展现状桩基技术的发展主要体现在设计技术、检测技术、施工技术上。《建筑桩基技术规范》JGJ94-94概率极限状态设计法（上部荷载分别采用荷载分项系数，桩基承载能力采用抗力分项系数）《建筑地基基础设计规范》GB5007-2019新颁布的《建筑桩基技术规范》JGJ94-2019采用综合安全系数代替尚不完善的可靠性分析设计，实际上与交通部规范实现了统一。在设计理论方面复合桩基理论由于考虑了桩-土-上部结构的共同作用得以在工程实践中开始应用，基于变形控制的减沉桩或疏桩理论，超长桩的承载机理、变形计算等均为研究的重点内容。一些新型桩基类型如多支盘挤压桩、中空大直径管桩等的应用也对传统桩基设计理论提出新的要求。施工方面不同的制桩材料并存（混凝土、钢管、预应力）；不同的制桩工艺并存；（预制、灌注与搅拌）大中小直径截面并存；锤击、振动、静压施工方法并存；机械成孔与人工挖孔并存。凡世界各地在桩发展过程中出现的各种代表性桩型，均在中国各地有所应用、改进、推陈出新，构成了独特的亮丽风景。总体而言，桩基施工朝着大直径（目前最大直径5m）、超长（目前国内最长约120m）方向发展。后压浆工艺由于可以改善成桩质量，显著减少桩端沉渣从而提高桩承载能力而得以应用。6.2后压浆技术的应用6.2.1后压浆的作用机理基本原理：通过预先设置于钢筋笼上的压浆管，在桩体达到一定强度后（一般7—10天），向桩侧或桩底压浆，固结孔底沉渣和桩侧泥皮，并使桩端和桩侧一定范围内的土体得到加固，从而达到提高承载力的目的。钻进成孔校深、一次清孔下钢筋笼压浆管下灌浆导管二次清孔浇灌混凝土压浆开塞制作钢筋笼制作压浆管压浆管检验测量沉渣浆液制备压浆施工养护图6-1后压浆桩施工工艺流程后压浆的类型很多，可分别按压浆工艺、压浆部位、压浆管埋设方式及浆液循环方式进行分类。按压浆工艺可分为闭式压浆和开式压浆。闭式压浆：将预制的弹性良好的腔体（又称承压包、预承包、压浆胶囊等）或压力注浆室随钢筋笼放至孔底。成桩后通过地面压力系统把浆液注入腔体内。随着注浆量的增加，弹性腔体逐渐膨胀、扩张，对沉渣和桩端土层进行压密，并用浆体取代（置换）部分桩端土层，从而在桩端形成扩大头。开式压浆：连接于压浆管端部的压浆装置随钢筋笼一起放置于孔内某一部位，成桩后压浆装置通过地面压力系统把浆液直接压入桩底和桩侧的岩土体中，浆液与桩底桩侧沉渣、泥皮和周围土体等产生渗透、填充、置换、劈裂等多种效应，在桩底和桩侧形成一定的加固区。2).按压浆部位分类可分为桩侧压浆、桩端压浆和桩侧桩端压浆。3).按压浆管埋设方式桩身预埋管压浆法：压浆管固定在钢筋笼上，压浆装置随钢筋茏一起下放至桩孔某一深度或孔底。钻孔埋管压浆法：钻孔方式有两种，一种在桩身中心钻孔，并深入到桩底持力层一定深度（一般为1倍桩径以上），然后放入压浆管，封孔并间歇一定时间后，进行桩底压浆；另一种是在桩外侧的土层中钻孔，即成桩后，距桩侧0.2～0.3m钻孔至要求的深度，然后放入压浆管，封孔并间歇一定时间后，进行压浆。4).按压浆循环方式按压浆循环方式可分为单向压浆和循环压浆。单向压浆：每一压浆系统由一个进浆口和桩端或桩侧压浆器组成。循环压浆，也称为U管压浆：每一个压浆系统由一根进口管、一根出口管和一个压力注浆装置组成。6.2.2土层注浆机理分析浆液在地层中往往以充填、渗透、挤密和劈裂等多种形式与土体相互作用，具体的作用方式随土层的物理力学性质、浆液的种类和流变性能、压浆工艺及参数等变化，并相互转化或并存。但在一定条件下，浆液总是以某种运动方式为主，在渗透性很大（k＞10-1cm/s）的砂土中，一般以渗透作用为主，在渗透性小（k＜10-5cm/s）的粘性土中，主要以劈裂作用为主。桩端压浆的机理可归纳为渗透固结作用、挤密充填作用和劈裂加筋作用。1)渗透固结作用。在渗透性强、可灌性好的砂土和碎石土中，浆液在较小的压力下渗入桩端土体中一定距离，形成一个结构性强、强度高的结石体，增大桩端的承载面积，从而可提高桩的承载力。2)挤密充填作用。钻孔灌注桩孔底存在沉渣，由于其强度极低，浆液可以很容易地破坏其结构，相当于形成一个注浆空腔。扩大端几何尺寸图图6-3桩端注浆后桩的形状3)劈裂加筋作用桩端注浆的劈裂机理同桩侧注浆。当注浆压力达到起裂压力或注浆流量过大，均可出现劈裂现象，而且劈裂面往往出现在最薄弱方向，规律性较差。6.2.3苏通大桥应用后压浆技术的现场试验表6-1静载荷试验试桩参数汇总表类型编号直径（m）桩长（m）压浆管路测试方法一期S11.5843直管先测试、后压浆、再测试S21.5693直管先压浆、后测试S31.5693直管先测试、后压浆、再测试N31.8763直管先测试、后压浆、再测试二期SZ22.51256回路U型管先压浆、后测试SZ32.5106直管先压浆、后测试SZ42.51254回路U型管先测试、后压浆、再测试三期Z22.5114直管先压浆、后测试Z62.51264回路U型管先压浆、后测试Z72.5117直管先压浆、后测试四期NII-11.258.9未压浆直接测试NII-21.258.93回路U管先压浆、后测试NII-31.563.63回路U管先压浆、后测试NII-41.563.6未压浆直接测试表6-2一期试桩压浆施工参数表试桩编号S1S2S3N3压浆量(t)3.52.54.02.0压力(MPa)2.52.53.03.0二期试桩桩端压浆情况SZ2桩和SZ3桩采用六回路U型压浆管方案（见图6-4），端部弯管采用Φ25普通钢管，桩身直管由8根φ25钢管和4根φ60声测管（兼用）组成。期载荷试桩压浆施工参数表表6-3试桩编号SZ2SZ3SZ4压浆量(t)8.6119压力(MPa)7—86.55—7三期载荷试桩压浆施工参数表表6-4试桩编号Z2Z6Z7压浆量(t)11.21212压力(MPa)6.542.7四期压浆参数汇总表表6-5试桩编号NⅡ-2NⅡ-3压浆压力(MPa)4.64.6总压浆量(t)2.82.0(1)压浆前后端阻力对比0100020003000400050006000700080000.05.010.015.020.025.030.035.0s(mm)σ(kPa)s1压浆前s1压浆后05001000150020002500300035004000450050000.0005.00010.00015.00020.00025.00030.000s(mm)σ(kPa)s３压浆前s３压浆后a．s1压浆前后的端阻力-位移曲线b.s3压浆前后的端阻力-位移曲线c.N3压浆前后的端阻力-位移曲线05001000150020002500300035004000450050000.05.010.015.020.025.030.035.040.0s(mm)σ(kPa)Ｎ３压浆前Ｎ３压浆后图6-6二期试桩的端阻力-位移曲线010002000300040005000600070008000020406080100120位移（mm）桩端阻力（kPa）sz2sz3sz4(压浆前）sz4(压浆后）图6-7四期试桩的端阻力-位移曲线05001000150020002500300035004000450050000.0010.0020.0030.0040.0050.0060.0070.00位移(mm)端阻力（Kpa)NII-1NII-2(压浆)NII-3（压浆）NII-4压浆前后端阻力对比表6-6桩号压浆前压浆后端阻力比值（kN）（kN）S13443134003.89S3111080007.21N32744116794.26sz48485333753.93NII-1(NII-2)208051212.46NII-4(NII-3)263884483.20(2)压浆前后摩阻力对比050100150200250020406080100120位移（mm）摩阻力（kPa）压浆前sz4下段桩压浆后sz4下段桩二期试桩压浆前后下段桩摩阻力与桩土位移关系曲线a.NII-1、NII-2b.NII-3、NII-4图6-9四期试桩压浆前后摩阻力与桩土位移关系曲线05010015020025005101520s(mm)τ(kPa)试桩NII-1（未压浆）试桩NII-2（压浆）050100150200250300350010203040s(mm)τ(kPa)试桩NII-3（压浆）试桩NII-4（未压浆）压浆前后平均摩阻力对比表6-7桩号压浆前（kN）压浆后（kN）总侧阻提高幅度%S1218002450012.39S215700*2180038.9S3157002400052.87N3215503044041.25sz4511536853333.98NII-1(NII-2)119571549229.56NII-4(NII-3)150862063236.76结论桩端压浆对超长桩承载性能的影响主要表现为对端阻力和侧阻力的影响。桩端压浆不仅可提高桩端阻力，还可改善桩周土和桩土接触面的性质，使桩周摩阻力也得到提高，从而提高桩的承载力。在压浆前，试桩端阻力所占比例为6.96～14.23%，而压浆后，试桩端阻力所占比例为22.14～34.67%图6-10二期试桩桩顶荷载～端阻比例关系曲线0.000.050.100.150.200.250.300.350.40020000400006000080000100000120000桩顶荷载（KN）比例sz3sz4(压浆前)sz4(压浆后)压浆后，桩周土的强度、变形模量及桩土间的接触条件均发生了较大变化，导致侧阻力的提高。图6-11为一期S2桩压浆前后桩周土标贯值变化图，在做标贯试验的12m范围内，标贯值最大提高幅度为67%，最小提高幅度为18%。505254565860626466680102030405060标贯值(击)深度(m)压浆前压浆后增量3)小结①苏通大桥试桩经过压浆，桩端阻力和桩侧阻力同时增长，但总侧阻提高幅度为12.39～52.87%,端阻提高幅度为1.46～6.21倍，桩端阻力增长幅度远高于桩侧阻力，使端阻力所占比例有所提高。②桩端压浆不仅可提高桩端阻力，还可改善桩周土和桩土接触面的性质，使桩周摩阻力也得到提高，并成为摩阻力提高的主要原因。苏通大桥压浆前，侧阻力占总极限荷载的85.77～93.04%,压浆后侧阻力比例为77.86～65.33%。侧阻力增量对桩极限承载力的贡献为56%～88%。6．3灌注桩后注浆的规范规定JGJ94-20196.3.1后注浆装置的设置应符合下列规定：1)后注浆导管应采用钢管，且应与钢筋笼加劲筋绑扎固定或焊接；2)桩端后注浆导管及注浆阀数量宜根据桩径大小设置。对于直径不大于1200mm的桩，宜沿钢筋笼圆周对称设置2根；对于直径大于1200mm而不大于2500mm的桩，宜对称设置3根；3)对于桩长超过15m且承载力增幅要求较高者，宜采用桩端桩侧复式注浆。桩侧后注浆管阀设置数量应综合地层情况、桩长和承载力增幅要求等因素确定，可在离桩底5～15m以上、桩顶8m以下，每隔6～12m设置一道桩侧注浆阀，当有粗粒土时，宜将注浆阀设置于粗粒土层下部，对于干作业成孔灌注桩宜设于粗粒土层中部；6.3.2浆液参数浆液配比、终止注浆压力、流量、注浆量等参数设计应符合下列规定：1)浆液的水灰比应根据土的饱和度、渗透性确定，对于饱和土水灰比宜为0.45~0.65，对于非饱和土水灰比宜为0.7~0.9(松散碎石土、砂砾宜为0.5~0.6)；低水灰比浆液宜掺入减水剂；2)桩端注浆终止注浆压力应根据土层性质及注浆点深度确定，对于风化岩、非饱和黏性土及粉土，注浆压力宜为3~10Mpa；对于饱和土层注浆压力宜为1.2~4MPa，软土宜取低值，密实黏性土宜取高值；注浆量计算Gc=apd+asdnap、as——分别为桩端、桩侧注浆量经验系数，ap=1.5~1.8,as=0.5~0.7；对于卵、砾石、中粗砂取较高值；n——桩侧注浆断面数；d