灌注桩后压浆技术的工程实践

2014-12-25胡胜华张所邦刘宝斌汤士博

钻探工程 2014年12期

胡胜华，张所邦，韩朝，刘宝斌，汤士博

(1．湖北鄂西地质基础工程有限公司，湖北宜昌443100;2．辽宁省第七地质大队，辽宁丹东118003)

1 钻孔灌注桩后压浆技术及其加固机理

钻孔灌注桩后压浆技术是将注浆技术与灌注桩技术有机结合，以提高桩的承载力、减少沉降的一项新技术。就是通过预埋的压浆管路对钻孔灌注桩桩端或桩侧压注水泥浆液，使桩端的沉渣隐患得到根除，桩身强度得到补强、桩周和桩侧土体得到密实、桩与桩周土的粘结力得到提高，从而提高钻孔灌注桩竖向承载力的一种先进技术方法。适用于无流动水的卵砾石层、碎石土、中粗砂、稍密和中密粉细砂等土层，以及风化岩层［1］。

钻孔灌注桩施工，一般采用二次清孔工艺，由于施工时采用泥浆作为冲洗介质，同时二次清孔与灌注混凝土之间存在时间间隔，孔底或多或少存在沉渣。孔底沉渣是影响灌注桩承载力的重要因素之一，尤其是对桩端承载力的影响更大。在进行水下混凝土灌注时，无论是采用钢性、中性或柔性隔水栓，首斗灌注时，混凝土部分产生离析。这一部分离析的混凝土，有些随着混凝土灌注而返顶到桩顶以上，开挖后凿除;有些与沉渣混合残留在桩底处，这部分混凝土强度较低，影响桩端承载力。因此在进行桩端后压浆时，水泥浆液渗透到疏松混凝土和桩端沉渣中，形成强度较高的混合体;随着注浆量的增加，水泥浆液不断向桩端持力层及岩层裂隙中渗透，在桩端形成不规则扩大头，增加桩端的承压面积，提高了端阻力。采用桩侧后压浆，水泥浆液沿桩身向上，渗透进入桩侧岩土(如砾石层、碎石土、强风化基岩等)的空隙中，对桩下端部的土体也得到了加固，提高桩侧岩土的强度和完整性，提高了部分桩下端土体的摩擦力，从而提高单桩承载力［2］。

2 工程概况

武汉某高层建筑为一栋26层住宅楼及1层地下室组成(住宅楼地下室与室外地下室连为一体)，该建筑物基础设计216根700 mm钻孔灌注桩，桩端持力层为中密～密实的碎石土。选用旋挖钻进成孔，采用桩端后压浆技术，设计单桩竖向抗压承载力特征值3600 kN。

该建筑场地内的地基土自上而下为:

①杂填土(Qml)，由碎石、砖块、生活垃圾及粘性土组成，结构松散，堆填时间≯5年，该层全场区均有分布，厚度2.0～3.4 m;

②粘土(Q4al)，褐黄色，可塑，含氧化铁、铁锰质，切面较光滑，干强度中等，韧性中等，该层场区局部缺失，厚度0.6～1.7 m;

③1粘土(Q4al)，褐黄色，软塑，含氧化铁、铁锰质，干强度一般，韧性差，该层全场区均有分布，厚度2.2～3.8 m;

③2粘土(Q4al)，褐黄色，可塑，含氧化铁、铁锰质，切面较光滑，干强度中等，韧性中等，该层全场区均有分布，厚度0.6～2.5 m;

③3粘土(Q4al)，褐黄色，软塑，含氧化铁、铁锰质，干强度一般，韧性差，局部夹有少量粉土，该层全场区均有分布，厚度0.7～1.8 m;

④1粉砂(Q4al)，灰色，松散，含云母片，局部夹有少量粉土，该层全场区均有分布，厚度2.0～3.9 m;

④2粉细砂(Q4al)，灰色，稍密～中密，含白云母、石英、长石，局部夹有少量腐植物，砂质较纯，该层全场区均有分布，厚度16.6～20.1 m;

④3细砂(Q4al)，灰色，中密～密实，含白云母、石英、长石，局部夹有少量腐植物，砂质较纯，该层全场区均有分布，厚度2.4～5.7 m;

④4细砂(Q4al)，灰色，密实，含白云母、石英、长石，局部夹有少量腐植物和中粗砂，该层全场区均有分布，厚度4.7～8.9 m;

⑤碎石土(Q4al+pl)，灰色，中密～密实，主要由碎石充填细砂、中粗砂及砾石组成，成分主要是砂岩，含量50%左右，多呈次棱角状，粒径2～5 cm，最大粒径＞10 cm，该层全场区均有分布，厚度2.9～3.8 m;

⑥1强风化粉砂质泥岩(K－E)，灰褐～褐红色，坚硬，岩性主要是粉砂质泥岩，岩心风化成土状，手捏可碎，局部为碎屑碎块状，厚度0.6～1.5 m。

3 灌注桩后压浆施工工艺

3．1 施工工艺流程(见图1)［3］

图1 钻孔灌注桩后压浆施工工艺流程

3．2 后压浆施工要点

3．2．1 施工设备

选用BW－150型压浆泵，配备适宜的防震压力表，额定压力≮15 MPa的高压流体泵送软管，自制水泥浆搅拌桶。

3．2．2 材料及要求

后压浆采用P．O．42．5普通硅酸盐水泥，注浆水灰比0.4～0.6，水泥压入量2000 kg/桩，桩端终止压力为2.0～2.5 MPa。注浆管2根，为DN32(壁厚＞3 mm)镀锌钢管。

3．2．3 管路设置

(1)在桩内对称设置2根注浆导管，管底置有单向管阀。

(2)压浆导管上端均设管螺纹/管箍及丝堵。(3)压浆管的连接均采用丝扣连接并缠紧胶带，用电焊点焊固定，防止脱扣。

(4)压浆导管的上端与钢筋笼固定采用12号铅丝十字绑扎固定方法，绑扎应牢固，绑扎点应均匀，桩端压浆管绑扎于加劲箍外侧，绑扎固定点位于每一道加劲箍处。

(5)压浆导管的上端宜低于桩施工工作地坪200 mm(具体情况可略作调整);压浆导管的下端与桩底标高平齐。

3．3 施工控制措施

(2)将桩端压浆器采用丝扣连接的方法接在桩端浆管上，并对称地绑扎在钢筋笼的外侧。下入之前应仔细检查压浆器喷嘴密封情况，防止喷嘴外漏水进砂堵塞压浆管。

(3)压浆管下入应随钢筋笼下置同时进行，压浆管连接时，丝扣应缠生胶带，并用管钳牢靠地拧紧丝扣密封。每下完一节钢筋笼后，必须在压浆管内注入清水，检查其是否密封，当压浆管内注满清水后，水面能够保持稳定且不下降，证明压浆管密封可靠。否则应提起钢筋笼检查漏水原因，待查明原因并处理后，再下钢筋笼并注水检查其密封性，直到满足要求后方可下另一节钢筋笼及压浆管。下笼时要徐徐下入孔内，严禁用力墩下，以免损坏压浆器造成管路堵塞。

(4)为确保每根桩压浆通畅，要求桩身混凝土灌注完后，在12～24 h内必须用清水将喷嘴口冲开。

(5)后压浆施工在桩身混凝土养护5天后进行。先压稀浆再逐渐加浓。压浆过程中应时常观察压力表变化情况。

(6)施工中浆液配比一定要按要求进行，水量控制应设专人负责，应在贮水桶上划定标志控制加水量。水泥浆搅拌完毕倒入贮浆桶中应用钢丝网过滤一道，防止施工时水泥中粗颗粒堵塞花管喷嘴。

(7)为防止水泥压注完毕因管内压力过大造成返浆现象，要求在压浆管口处安装相应规格的水管球阀，在压浆完毕后关闭球阀，待管内浆液压力释放完毕后方可拆除。

(8)采用桩端复式注浆，水灰比0.4～0.6，先采用低挡压入水灰比0.6的水泥浆，然后逐步加压和采用水灰比0.4～0.5的水泥浆。注浆设计要求:桩端注浆量(水泥质量)2.0 t，终止压力≮2 MPa，当压力值和压浆量均达到了设计值或压力＞6 MPa，压浆量不小于设计值的75%时可以终止注浆。以注浆量控制为主，以压力控制为辅。

3．4 施工遇到的主要问题及应对方法

灌注桩后压浆工艺日趋成熟和完善，为了确保压浆质量达到设计要求，主要的问题是要保证注浆管的成功“开塞”，使注浆能够顺利进行，取得好的效果。根据多年后压浆施工经验分析，影响“开塞”的主要因素是:注浆设备、注浆器制安、开塞时间。

3．4．1 注浆设备

由于注浆设备部件老化，维修和清洗不及时，致使出水阀与阀座、活塞与缸体密封不好，压力上不去，压力经常只有3 MPa左右，但有部分压浆管的开塞压力需5～8 MPa才能压开。为了保证注浆设备性能正常稳定，常态工作压力能达到5 MPa，瞬间压力能达到8 MPa以上，能顺利“开塞”，采取以下措施:

(1)安排专人负责管理压浆设备，每次使用设备结束后，及时清洗保养设备;

(2)工地备足易损件，如密封胶圈、活塞环、阀座等易损配件，及时检修更换，保证机械性能满足施工要求。

3．4．2 注浆器制安

注浆器制作过程中，外缠胶带部分层数不足3层，阻泥环保护胶带效果不佳，注浆器下置过程中，胶带与孔壁或孔底沉渣摩擦，导致胶带破损，使混凝土中的水泥砂浆进入注浆器而堵塞出浆阀。为了保证注浆器制作安装好后，可以正常注浆，采取以下措施:

(1)规范注浆器的制安，注浆器由熟练技工完成，注浆器喷头保护环(阻泥环)增加为4道8 mm钢筋环，点焊在注浆管上，确保能够起到保护喷头的作用;

(2)胶带缠绕松紧要适度，层数不少于3层，内置图钉正常放置，起到单向阀的作用;

(3)注浆器制作好后，安排专人检查验收，合格后备用。

3．4．3 开塞时间

桩身混凝土灌注完成后，如未按要求在12～24 h内用清水将压浆喷孔冲开(开塞)，将致使桩身混凝土强度升高，加大注浆器开塞阻力。采取以下措施加以避免:

(1)设置注浆主管，加强管理，在规定时间内及时开塞成功;

(2)在注浆设备区搭设防雨棚，不因天气变化而影响施工;

(3)混凝土灌注完毕用红带绑住注浆管，作为未开塞的标记，清水开塞成功后用堵头密封管顶，防止异物进入堵管。

4 注浆效果

该项目设计灌注桩216根，设计单桩承载力特征值3600 kN，经过3根试验桩静载试验，荷载7200 kN(按设计单桩承载力特征值3600 kN的2倍)时最大沉降均＜30 mm。低应变检测Ⅰ类桩178根，占检测桩数的82.4%，Ⅱ类桩38根，占检测桩数的17.6%，无Ⅲ类桩，满足设计和有关规范要求［4］。

5 几点注意事项

(1)压浆管道是否通畅、注浆器(管阀)的单向阀功能是否可靠，是钻孔灌注桩后压浆施工成败的重要环节。图钉的安放、胶带的缠绕绑扎，松紧要适度，上下各2道保护钢筋圈的施焊，注浆管安放时的注水检查等这些细节技巧，能更好地保护单向注浆阀和管道的畅通。

(2)单桩注浆要求一次性连续完成，尽量避免被迫中断注浆。注浆中断后要立即查明原因，采取有效措施排除故障，尽快恢复注浆。恢复注浆时从稀浆开始，若进浆量与中断前接近，则可尽快恢复到中断前的浆液稠度，否则应逐渐增加浆液稠度。若进浆量减少较多，注浆压力上升幅度较大，注浆困难，说明注浆通道(注浆管、阀、被注介质内的通道等)被堵塞，需采取有效措施处理后再行注浆。

(3)确保注浆设备、管道正常运行。浆液搅拌站、注浆泵与注浆点的距离不能过长，一般在50 m左右，输浆管道尽量采用直接头，避免弯道太多，保持浆液流动通畅。每次注浆完毕要认真清洗干净，对设备进行例行保养，及时更换易损件，确保注浆设备性能正常工作。严格控制搅拌浆液水灰比、稠度，浆液不能太稠，要有可泵性，搅拌的浆液要过筛，避免颗粒物混入浆液。

(5)在进行桩端后注浆的时候，如果成桩时间短，注浆压力过大，有可能造成桩体上抬，如果桩本身比较短，还有可能造成地面隆起。当注浆过程中发现桩体明显上抬或地面隆起时，要立即降低注浆压力，再继续灌注一段时间停止，然后查明原因，采取有效措施。在城市密集区进行后注浆时，要对周围地面和桩顶进行隆起观测，保护临近建(构)筑物和地下管线安全。