钻孔灌注桩桩端后注浆技术及

秦卫生安徽省地基基础工程有限责任公司一、绪论1.1钻孔灌注桩施工存在的问题1、桩侧泥皮及应力松弛问题——影响桩侧阻力的发挥。2、桩底沉渣和持力层扰动问题——影响桩端阻力的发挥。3、桩身砼质量问题——施工过程中施工和监理规范管理，认真负责可以降低到最低限度并能满足规范要求。但是砼在浇筑成桩时由于砼的收缩会产生与桩侧土间的收缩缝问题。4、同一场地钻孔灌注桩竖向承载力离散性问题——会产生群桩基础的沉降问题。以上问题的存在使钻孔灌注桩的后注浆技术得到应用和发展。1.2灌注桩桩端（侧）后注浆的定义和作用1.2.1灌注桩桩端（侧）后注浆的定义灌注桩后注浆是指钻孔灌注桩在成桩后，由预埋的注浆通道用高压注浆泵将一定压力的水泥浆压入桩端土层和桩侧土层，通过浆液对桩端沉渣和桩端持力层及桩周泥皮起到渗透、填充、压密、劈裂、固结等作用来增强桩侧土和桩端土的强度，从而达到提高桩基极限承载力，减少群桩沉降量的一项技术措施。1.2.2灌注桩桩端（侧）后注浆的作用（1）灌注桩后注浆对桩端持力层进行加固，提高单位面积抗压端承力值qp值。（2）灌注桩后压浆固化了桩端沉渣，提高了端阻的发挥系数ηp。（3）灌注桩后注浆固化了桩侧泥皮，提高了单位侧阻力qs。（4）灌注桩后注浆对桩侧土进行了渗透、压密、加固、提高了侧阻的发挥系数ηs。（5）群桩桩端注浆后浆液扩散连通固化，相当于人为在桩端造了一块坚硬的持力层，从而减少了群桩的沉降量及不均匀沉降，保证了主裙楼一体地下室相连建筑的沉降均匀性。（6）桩端后注浆提供了对总沉降量及差异沉降要求很小及很严格（如高速铁路要求总沉降量控制在10mm左右）的建筑物基础的桩基施工新技术，因为砾石层或基岩在桩端后注浆后其沉降量主要为桩身沉降量。（7）桩端桩侧后注浆由于对端部和桩侧都进行了固化，从而提高了桩基础抗各种动荷载（高速列车荷载、汽车震动荷载、机器循环荷载）作用的能力。（8）桩侧后注浆对桩侧泥皮及桩侧土进行了渗透、压密、加固，从而提高桩基的竖向抗拔力，有利于地下室等基础竖向抗拔承载力的发挥。（9）桩侧桩端后注浆由于对桩端和桩侧都进行了固化，从而提高了单桩和群桩抗水平荷载的能力。（10）桩端桩侧后注浆还可以对工程桩的事故处理和原有桩的加固处理起到很好的作用。1.3灌注桩后注浆技术的分类灌注桩后注浆技术可以按注浆部位、注浆压力扩散方式和注浆目标土层等进行分类：灌注桩后注浆灌注桩后注浆按注浆部位分类桩端后注浆桩侧后注浆桩端桩侧联合注浆按注浆压力扩散方式分类渗透注浆压密注浆劈裂注浆按注浆目标土层分类粘土中注浆砂土中注浆卵砾石中注浆基岩中注浆1.4桩端（侧）后注浆的工程应用1、桩端（侧）后注浆钻孔灌注桩在高层建筑中的应用2、桩端桩侧后注浆应用于桥梁工程。3、桩端（侧）后注浆钻孔灌注桩在高速铁路工程中的应用。4、桩侧桩端后注浆应用于大型地下基础的抗拔桩。5、桩端（侧）后注浆应用于基础托换。6、桩端（侧）后注浆应用于既有桩基础的补强。7、桩端（侧）后注浆用于既有建筑物的纠偏。二、桩端后注浆设计及施工2.1桩端后注浆设计桩端注浆设计的主要依据上部结构的荷载特点，场地地质条件，桩型及桩的使用要求。上部结构荷载及变形要求场地工程地质条件场地环境条件和施工条件周边已建建筑物的桩基础类型确定灌注桩类型确定单桩承载力、桩长、桩径和持力层确定桩端或桩侧注浆方案设计试桩2.2.1注浆设计工程调查在进行注浆设计之前，要进行工程地质和岩土工程性质调查。工程调查主要解决以下三个问题：第一、底层是否具有可注性；第二、地层注浆时，需要何种浆液材料，采用多大压力，注多少浆液，一般通过试注确定。第三、预计进行注浆后地基土强度增加的效果。1、岩土工程勘察报告的阅读通过岩土工程勘察报告的阅读及周边环境的调查，主要了解以下一些内容：(1)拟建场地地层的分层、持力层起伏变化情况及各层的土工参数。（2）注浆区的地质构造、浆液可能流失的通道和空穴。（3）各层地下水的特性，包括上层潜水层、下层承压水层情况及地下水的物理化学性质。（4）调查桩端、桩侧地层的渗透性及注浆的可行性。（5）调查注浆浆液对环境的影响。2、周边已有注浆工程的类比桩端后注浆经验性较强，不同地区、不同土质、不同的注浆压力、不同注浆量等许多因素都会影响注浆的效果。因此在相同的地域，周边已有建筑注浆工程的经验就显得较为重要。在进行桩端后注浆设计时，要充分考虑周边注浆工程得出的结论，参考其地层及注浆参数的选用，从而使设计方案得到优化。3、设计试桩在岩土工程勘察报告的阅读、周边环境的调查及对周边已有资料的收集分析后，就要针对工程上部结构荷载特点及承载力变形的要求，进行试桩的设计，并最终通过对试桩的静载试验确定注浆桩的施工工艺参数及最终承载力。2.2.2注浆方案的设计注浆方案的设计主要是根据岩土工程勘察报告的阅读及周边环境的调查情况，结合周边已有建筑注浆工程的类比，针对工程上部荷载特点及承载力变形的要求，最终确定经济合理、施工方便、节约工期的一套设计优化方案。注浆桩承载力设计注浆管埋设设计注浆量设计注浆压力设计浆液浓度设计注浆顺序设计终止注浆条件设计2.2.3桩端注浆桩的竖向抗压承载力设计桩端后注浆灌注桩的单桩极限承载力，应通过静载试验确定。经过桩端后注浆，不但端阻力有了较大的提高，桩侧摩阻力也有了较大的提高。单桩竖向抗压极限承载力在砂砾层中一般可提高40%，中砂层中可提高30%，粉砂层中可提高25%，粘土层和淤泥质土层中可提高10%～15%，基岩中提高15%来设计，主要与桩底土层性状、桩底注浆的注浆量及注浆工艺有关。2.2.4注浆泵的要求注浆泵要求选择排浆量大（大于5m3/h），最大压力高（能达到10MPa以上），注浆性能稳定，使用方便。2.2.5注浆头设计注浆头设计有很多方法，最早使用的是自行车内胎包扎法、气囊法等，目前广泛使用的是打孔包扎法、单向阀法、U型管法。打孔包扎法由于简单经济且适用于不同的桩径、不同桩长的桩，所以使用最广；U型管法主要适用于公路桥梁的超大直径桩。2.2.6注浆量与注浆压力的设计1、注浆量的设计桩底注浆设计中注浆量是主控因素，注浆压力是辅控因素。在桩底注浆设计时主要依据桩端持力层的厚度、扩散性、渗透性、桩承载力的提高要求、桩径大小、桩端沉渣的控制程度。注浆水泥量的设计经验数据表（单位：水泥量kg）桩直径（mm）渗透性好的砾石层持力层厚渗透性好的砾石层持力层薄渗透性差的砾石层持力层厚渗透性差的砾石层持力层薄桩持力层为基岩桩持力层为粘土8002000～30001000～15001000～1500800～1000约400约60010003000～40001500～25001500～25001000～2000约600约80012004000～50002500～35002500～35002000～3000约800约100015005000350035003000约1000约1200《建筑桩基技术规范》（JGJ94－2008）中对注浆量提出了如下的计算公式：单桩注浆量的设计应根据桩径、桩长、桩端桩侧土层性质，单桩承载力增幅及是否复式注浆等因素确定，可按照下式估算：Gc＝ɑpd+ɑsndɑp、ɑs——分别为桩端。桩侧注浆量经验系数，ɑp＝1.5～1.8，ɑs＝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——基桩设计直径；Gc——注浆量，以水泥质量记；对独立单桩、桩距大于6d的群桩和群桩初始注浆的数根基桩的注浆量应按上述估算值乘以1.2的系数。2.2.7浆液浓度与注浆顺序设计1、浆液浓度设计不同浓度的浆体其行为特性有所不同：稀浆（水灰比约为0.7：1）便于输送，渗透能力强，用于加固预定范围的周边地带；中等浓度的浆液（水灰比约为0.5：1），主要加固预定范围核心部分，在这里中等浓度浆体充填，压实和挤密作用；而浓浆（水灰比约为0.4：1）的灌注则对已经注入的浆体起脱水作用。水泥浆液应过筛，以除去水泥结块。在桩底可灌性的不同阶段，调配不同浓度的注浆浆液，并采用相应的注浆压力，才能做到将有限浆量送达并驻留在桩底有效空间范围内。浆液浓度的一般控制原则为：依据压水试验情况选择初注浓度，通常先用希浆，随后渐浓，最后注浓浆。《建筑桩基技术规范》（JGJ94－2008）中对水泥浆液的水灰比做了如下规定：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、注浆顺序设计从群桩桩位平面上讲，从中心某根单桩开始由内向外注，优点是各桩注浆量能满足设计要求，但扩散半径大，注浆压力低，整个群桩范围周边浆液扩散范围很大，不利于群桩周边边界的围合；从群桩四周先注，群桩周边边界可以闭合，但注到中心桩注浆压力很大，注浆量有可能达不到设计要求。所以，具体工程注浆顺序要针上部结构的整体性、地质条件和设计要求及施工工艺整体确定。总之，确保达到设计要求的注浆量是关键。3、注浆节奏为了使有限的浆液尽可能充填并滞留在桩底有效空间范围内，在注浆过程中还应该掌握注浆节奏，实行间歇注浆。间歇时间的长短需依据压水试验的结果确定，并在注浆过程中依据注浆压力的变化，判断桩底可灌性现状并加以调节。间歇注浆的节奏需掌握的恰当好处，既要使注浆效果明显，又要防止因间歇停注时间过长堵塞通道而使注浆半途而废。对于短桩，桩底注浆时往往会出现浆液沿桩周上冒现象，此时应在注入产生一定冒浆后，暂时停留一定时间，待桩周浆液凝固后，再施行注浆，这样可以达到设计要求的注浆量。2.2.8终止注浆条件1、终止注浆条件设计《建筑桩基技术规范》（JGJ94－2008）中规定，当满足下列条件之一时，可终止注浆：（1）终止注浆条件主要以单桩注入水泥量达到设计要求为主控因素。（2）如果一根桩中单管注浆量能达到设计要求，则第二根管可以不注。（3）如果第一根管达不到设计要求，则打开第二根管注浆，但当第二根管注浆量仍达不到设计要求时，那么实行间歇注浆以达到设计注浆量为止；如果实行多次间歇注浆仍不能达到设计要求的设计注浆量，那么当注浆压力连续达到8MPa且稳定3min以上，该桩终止注浆。同时对相邻桩加大注浆量。（4）如果桩顶冒浆，那么先停注浆一段时间，以便让桩侧水泥浆凝固后再注浆。同时采用多次间歇注浆以达到设计注浆量。2、注浆后的桩保养龄期所谓注浆后的保养龄期，即桩底注浆后可以做抗压静载试验的龄期，通常要求注浆后保养至少25d以上，以便桩底浆液凝固，取得真实的注浆桩基承载力。三、工程实例1、工程概况安徽外经建设（集团）有限公司拟在芜湖市利民路与弋江中路交口西北侧兴建亿万多商业街工程。本次工程由1幢26层高层建筑（高约92m）、1幢20层高层建筑(高约80m)及4层商业辅楼（高约20m）和1幢4层商业楼（高约20m）组成，框架结构。并且整个场地设有二层地下车库。2、工程地质情况拟建场地第四纪地貌型态属长江冲积平原一级阶地地貌单元。拟建场地地基土构成层序自上而下为：①层杂填土(Qml)②1层粉质粘土(Q4al+pl)②2层粘土（粉质粘土）(Q4al+pl)③层粘土(Q4al+pl④层粘土与粉质粘土互层(Q4al+pl)⑤层粉质粘土混卵砾石(Q4al+pl)⑥层强风化泥质砂岩（K）。⑦层中风化泥质砂岩（K）3、桩基础设计方案本工程基础设计采用钻孔灌注桩，有效桩长约26m，桩径800mm桩身砼强度C35，持力层为⑦层中风化泥质砂岩，入岩深度为3m，根据场地土层条件和工程承载力要求对桩基实施桩底注浆，设计要求单桩竖向承载力特征值为4800KN。4、桩端注浆设计方案本工程工程桩采用桩端后注浆。在制作钢筋笼的同时制作压浆管,压浆管直径不小于25mm，且壁厚不小于3mm。压浆管应采用丝扣连接并缠紧胶带，不宜采用焊接。压浆管上部露出自然地面300mm，下部伸出钢筋笼底部以下200mm，压浆管最上面一个接头距自然地面不应小于5m。压浆水泥应选用标号32.5及以上的普通硅酸盐水泥。注浆流量不大于75L/min；水泥浆水灰比为0.5,桩端注浆终止注浆压力为2.5MPa，