后注浆灌注桩的地基加固机理及施工

第４０卷第２７期　２　０　１　４年９月　山　西　建　筑　ＳＨＡＮＸＩ　ＡＲＣＨＩＴＥＣＴＵＲＥ　Ｖｏ１．４０　Ｎｏ．２７　Ｓｅｐ．　２０１４　・８３・　文章编号：１００９—６８２５（２０１４）２７—００８３—０３　后注浆灌注桩的地基加固机理及施工　胡雷婷　（山西省公路局晋中分局，山西晋中０３０６００）　摘要：介绍了灌注桩后注浆的地基加固机理及其技术特性，概述了桩底后注浆技术的施工工艺，并通过工程实践证明：该技术实　用性强，施工质量易控制，具有显著的经济和社会效益，且在我国有极大的应用与推广前景。　关键词：灌注桩，后注浆，地基，加固，施工　中图分类号：ＴＵ４７３．１４　文献标识码：Ａ　受力面积大幅增加，这对提高桩端承载力效果十分显著。　０　引言　随着市政建设的迅猛发展，许多大型建筑在施工时会遇到不　良土质的地基土。由于建筑荷载大，地基土承载力不足，单一工　艺的钻孔灌注桩在很多工程中难以满足承载要求。灌注桩后注　浆技术克服了传统灌注桩施工工艺中的固有缺陷，是一种新型　的、科学的、先进的灌注桩辅助工法。该技术通过桩底桩侧后注　浆固化沉渣（虚土）和泥皮，并加固桩底和桩周一定范围的土体，　ａ）未注浆　ｂ）桩端注浆　ｃ　大幅提高桩的承载力，增强桩的质量稳定性，减小桩基沉降。同　时，在施工中避免了产生噪声、振动和土体挤压，是一种绿色的桩　基施工工艺。　注：　一桩项荷载；Ｑ．－桩端阻力；Ｑ　一桩侧摩阻力　图１后注浆工艺机理　提高桩身侧阻力。采用后注浆技术，在桩侧注入的浆液与桩　灌注桩后注浆技术自２０世纪８０年代传人我国，在我国得到　周土体实现紧密结合，以有效提高桩的侧阻力。当桩底注浆作业　蓬勃发展，成为了一种成熟的新型施工技术。２００５年，列入我国　完成后，随着注浆量的持续增加，会使得部分浆液沿桩土界面向　建设部推广应用的新技术之一。２００９年，“上海中心”主楼桩基工　上移动。在高压作用下，浆液会冲破泥皮渗人桩周土体，由于桩　程施工中，为保证桩基安全，保护周边的环境，成功采用了世界先　周土体受到的挤密加强作用，从而使得桩身侧阻力显著提高。同　进的“大直径超深钻孔灌注桩后注浆”工艺。２０１　１年，石武客专郑　时，在桩底注浆可使得桩上抬而产生反向摩阻力，有效提高桩的　州东站工程施工中，为提高承载力，采用了钻孔灌注桩后注浆施　承载性能。　工技术，是在我国黄河中游地区典型的黄土地质的一次成功应　在注浆过程中，由于受到注浆压力的影响，部分桩端压缩变　用。工程实践表明，灌注桩后注浆工艺能够比较显著地提高单桩　形会提前完成，这对减少日后投入使用后的竖向变形意义重大。　承载力，有效地节约工程成本，提高了工程施工的科技含量，有效　２后注浆技术的特性　地确保了工程质量施工安全，是一种经济的，有推广应用价值的　桩基形式。　灌注桩后注浆技术是灌注桩施工的一种辅助工艺，技术实用　性很强，具有以下特性：　１　灌注桩后注浆工艺的机理　１）克服了传统钻孔灌注桩的缺陷（见图２）。单　工艺的灌　灌注桩后注浆技术，就是待成桩且桩身达到一定强度后，通　注桩得到了广泛应用，但由于成孔工艺的固有缺陷，也存在着一　过预先埋设好的注浆管道，利用高压将浆液注入桩底及桩体四　些问题，主要包括：桩侧泥皮及应力松弛，桩端沉渣及持力层扰　周，通过浆液的渗入、劈裂、填充、挤密等作用，可使得浆液与桩周　动，桩身灌注混凝土质量及同一场地钻孔灌注桩竖向承载力离散　土体实现紧密结合，从而达到固化桩底沉渣和桩侧泥皮的效果，　性等问题，容易导致桩底沉渣和桩周泥膜等质量安全隐患。后注　能有效的提高桩体承载力并减少沉降。工程实践表明，后注浆技　浆技术可固化桩沉渣、泥皮，改变了虚土沉渣的物理化学力学性　术能够有效减少桩基沉降３０％左右。　注浆后单桩垂直承载力的提高与桩底和桩侧土层性质关系　能及桩与岩层土体的边界条件（见表１）。　桩侧泥皮及应力松弛问题　桩端沉渣及持力层扰动问题　普通灌注桩　的问题　桩身灌注混凝土质量问题　后注浆　灌注桩　优越性　极大。灌注桩后注浆技术提高桩承载力，减少桩沉降量的作用机　理见图１。　提高桩端阻力。采用后注浆技术，将浆液注入桩底，会使得　桩底沉渣的力学性能和桩尖及土体的边界条件发生极大改善。　当桩周土体为粗粒土时，由于浆液的渗入作用会使得土体强度大　同一场地钻孔灌注桩　竖向承载力离散性问题　大提高，浆液的固化作用会将粗粒沉渣形成为中低强度的混凝　图２后注浆克服了传统灌注桩的固有缺陷　土。当桩周土体为细粒土时，由于浆液的劈裂作用会使得土体和　２）大幅提高桩的承载力，有效减少沉降。以某工程桩端进入　浆液共同形成为网状加筋复合土体。当桩端处于非渗透性的基　砂层区为例，比较注浆与未注浆对桩的承载性能的影响。由表１　岩时，由于浆液的劈裂和挤密作用会使得桩端阻力得到极大提　可以看出：　高。同时，后注浆技术会将原桩底形成为一个扩大头，使得桩端　ａ．当采取桩底注浆法时，注浆后的单桩承载性能比不注浆大　收稿日期：２０１４－０７—１２　作者简介：胡雪婷（１９８０．），女，工程师　・８４・　第４０卷第２７期　２　０　１　４年９月　山　西　建　筑　将注浆管内注满水并密封，连同钢　幅提升，提高幅度约为３０％～６０％；当采取的是桩侧、底注浆法　浆管之间良好对接的情况下，时，比仅在桩底注浆提高桩的承载性能还要提高１０％以上，比不　笼一起放入钻孔内。为防止施工中发生磕碰注浆管等情况，注浆　注浆提高的承载性能最高可达８５％。　管顶应比地面低２０　ｃｍ左右。　盐　ｂ．桩底进入砂层越深，采用后注浆技术提高的单桩承载性能　幅度越大。因此，在施工中，使桩端进入砂层一定深度后，再采取　薹　后注浆技术会使得桩承载性能提高的效果更佳。　表１　后注浆与未注浆的承载性能对比　工　桩　程　口　＿芎　桩尺寸　桩端土层状况　注浆情况　极限　比较　承载力／ｋＮ　％　ｌ　，５８００×５　５００　进入中砂层５　ｍ　未注　６　４ｏｏ　ｌ０ｏ　Ａ　２　，５８ｏｏ×５　５００　进入中砂层５　ｍ　桩底注　＞８　３２０　＞ｌ３Ｏ　３　，５８００×５　５００　进入中砂层５　１１１　桩底注　＞８　７００　＞１３６　ｌ　，５８００×７　０００　进入密实细砂层２０　ｌｒｌ　未注　８　４０ｏ　ｌ０ｏ　Ｂ　２　士８００×７　０００　进人密实细砂层２０　ｍ　桩底注　＞１３　４ｏｏ　＞ｌ６ｏ　３　１５８００×７　０００　进入密实细砂层２０　ｍ　桩侧、底注　＞ｌ５　５０ｏ　＞１８５　Ｃ　ｌ　，５１　００Ｏ×６　５００　进入中砂层　未注　＞９　ｏ（）０　ｌｏｏ　２　士１　０００×６　５００　进入中砂层　桩底注　＞１３　５ｏ０　＞ｌ５０　３）有效的节省工程造价，特别是对大直径、超长桩的综合效　益特别显著。与普通的灌注桩相比，采用后注浆技术能有效减少　桩长和桩径，避免对难以穿越土层的穿透，从而使得施工难度大　大降低，施工速度加快。后注浆技术具有很强的适应性，能适应　各种地质土层及强、中风化岩层。同时，预先埋设的注浆管能够　实现一管三用，除用于注浆作业外，还可用于在声波透射法下检　测桩身的完整性，同时能够代替等强度的钢筋。　４）后注浆作业工艺简单，机具操作方便，技术优势显著，推广　普及前景广阔。　３施工工艺　灌注桩后注浆技术适用于泥浆护壁钻、挖孔灌注桩及干作业　钻、挖孔灌注桩，包括了桩底后注浆、桩侧后注浆和桩底、桩侧复　式后注浆。在施工设计中，应综合地层土质情况，结合考虑桩长、　承载力等多种因素，合理选择适用的注浆工艺。在我国施工中，　桩底后注浆技术是使用最为广泛的后注浆技术之一。　钻孑Ｌ灌注桩后注浆技术主要包括两个步骤：一是钻孔灌注桩　施工；二是后注浆施工（见图３）。本文以桩底后注浆技术为例介　绍后注浆施工工艺。　函丽　ｌ竺二　！　Ｉ　菌　面　陌蕊赢　丽　燮　—惶　到　Ｉｌ—］二＝　２琨１凝土　ｈ，Ｅ，，刊凝　．１￣ｚＫ　Ｉ匪　１Ｉ　．二＿　ｌ　图３后注浆施ＴＴ艺　１）制作注浆管。正确制作注浆头是确保施工质量的关键，要　确保成桩后能顺利开塞，注浆作业中不会发生堵塞。注浆管一般　采用　５　ｍｌＴｌ或４，３０　ｍｍ的钢管制作。由于管内摩阻力会对注浆　压力造成影响，在对超长桩进行注浆时，建议采用内径较大的钢　管，如４，３０　ｉＴｌｍ或４，３８　ｍｍ的钢管。制作注浆管时，注浆管分为端　部花管、中部直管及上部接头三部分。在注浆管端部花管的侧壁　上设置孔径为６　ｍｍ一７　ｍｉｌｌ的出浆孔（见图４），并使用胶带、塑料　膜或橡胶膜等包裹好，用铁丝等缠绕扎紧，防止渗漏。　２）安装下放注浆管。将两根注浆管点焊在钢笼内圈上，花管　端部应与钢笼底端齐平，焊缝应饱满、连续、密封性好。在确保注　乇　一　、外套弹性保护材料　图４底注浆喷头设计　３）进行压水试验。压水试验是注浆作业中的一个重要环节，　目的在于疏通注浆通道，确保注浆管道的可灌性和联通性。在成桩　３　ｄ一７　ｄ后，采用高压水将注浆通道疏通，注浆口顺利开塞是确保　注浆成功的基础。在压水试验中，一般将压水量控制在０．２　ｍ３～　０．６　ｍ　，压水压力控制在０．５　ＭＰａ～１．０　ＭＰａ为宜，压水时间控制　在３　ｍｉｎ～５　ｍｉｎ左右。　４）注浆施工作业，这是后注浆技术的最后环节，也是确保施　工质量的关键。为确保施工质量，在注浆中对注浆压力、浆液中　的水灰比和水泥量进行控制极为重要。在注浆作业中，注浆起始　压力通常采用的是压水压力，终压压力一般是起始压力的２倍～　３倍。在进行水灰比控制时，遵循先稀浆，再中等浓浆，最后浓浆　的控制原则。在地下水位以下时，水灰比按照（０．４—０．７）：１的比　例进行控制。在地下水位以上时，水灰比按照（０．７～０．９）：１的比　例进行控制。在施工设计中，上述三个指标应综合施工现场土　质、地下水位、桩长、施工机具等因素，结合压水实验数据合理确　定，并不是固定不变的。　在施工设计中，在计算需注入的浆液体积时，应综合考虑桩　端持力层特性和沉渣等多种因素合理确定。要结束注浆时，应确　保注浆压力达到终压压力标准并稳定一段时间，一般为１０　ｍｉｎ左　右。同时，注入的浆液体积应达到或超过设计要求。　在注浆过程中，当达到下列情况之一时，即可终止注浆作业：　ａ．浆液的注入总量和终压压力均达到了设计要求。ｂ．注浆总量　达到或超过设计要求的７５％，且注浆压力值超过设计要求。　在注浆过程中，当出现下列情况之一时，应立即改为间歇注　浆或是将浆液的水灰比调低：ａ．注浆压力长时间达不到设计要　求。ｂ．地面出现冒浆或周围桩孔出现串浆现象时。当改为间歇　注浆时，时间一般为３０　ｍｉｎ一６０　ｍｉｎ为宜。　４结语　灌注桩后注浆技术能够实现对桩底沉渣和桩侧泥皮的有效　加固，同时通过对桩周土体的渗入（粗粒土）、劈裂（细粒土）和压　密（非饱和松散土）等作用，实现提高地基承载力，减少桩基沉降　的效果。同时，在施工中，后注浆具有低噪声、低振动的优势，能　够在各种复杂的地质条件下使用。该技术实用性强，施工质量易　控制，具有明显的经济和社会效益，在我国具有极大的应用和推　广前景。　参考文献：　［１］　龚洪斌．桩端后注浆灌注桩在某工程中的应用［Ｊ］．山西建　筑，２０１３，３９（２１）：７８－７９．　［２］　李傲，谢春全．论建筑工程桩端后注浆灌注桩施工的要点　［Ｊ］．科学与财富，２０１３（７）：２３－２５．　［３］　徐如柏，杨文斌．后注浆灌注桩技术在高层建筑桩基工程中　的应用［Ｊ］．科技创新与应用，２０１２（１８）：１５．１６．　第４０卷第２７期　２　０　１　４年９月　山　西　建　筑　ＳＨＡＮＸＩ　ＡＲＣＨＩ　Ｉ’ＥＣＴＵＲＥ　Ｖｏ１．４０　Ｎｏ．２７　Ｓｅｐ．　２０１４　・８５・　文章编号：１００９—６８２５（２０１４）２７—００８５—０２　谈大直径挖孔灌注桩施工质量控制　张家辉摘齐震　１１０１６２）　（沈阳军区司令部工程科研设计院，辽宁沈阳要：结合工程实例，针对湿陷性黄土地基的特点，采用大直径挖孔灌注桩进行施工，并对施工质量控制措施进行了阐述及分　析，以期采取有效的控制方法，确保工程坚固、稳定、安全、耐久。　关键词：大直径挖孔桩，施工质量，控制　中图分类号：ＴＵ４７３．１　文献标识码：Ａ　辽宁西部某工程地基土是湿陷性黄土。建筑在湿陷性黄土　核实地质情况，检验所选的设备，施工工艺及技术措施是否适宜，　地基上的建筑物，如果设计、施工都未采取防止湿陷的措施，使用　是否能按要求成孔。若出现塌孔应分别采用简易护筒、混凝土护　过程中受到水（雨水，生产、生活废水）的浸湿，建筑物会下沉　壁、钢沉管护壁法等。　（陷），轻则开裂，重则倾斜、倒塌。究其原因：湿陷性黄土俗称大　ａ．简易扩筒法：适用于深度不大于８　ｍ的桩，孔径不大于　孔土，与其他黄土都属粘性土，但性质上有所不同。湿陷性黄土　１．２　ｍ的桩孔。护筒一般由不小于３　ｍｍ厚钢板焊成。可做分段　在天然状态下，具有肉眼可见的大孔隙，并常有由于生物作用形　组合式，护简垂直度要好，外表应光滑平整，便于下放和提升，如　成的管状孑Ｌ隙，天然剖面呈竖直节理；干燥时呈淡黄色，湿润时呈　图１所示。　褐黄色。土样浸水后，很快就崩解，同时有气泡冒出水面。在干　燥状态下，由于土质具有垂直方向分布的小管道，几乎能保持竖　直的边坡。湿陷性黄土受水浸湿后，结构迅速破坏，产生严重的　沉陷，因此，建筑物也随之下沉而破坏。　鉴于此，此建筑物的基础采用大直径挖孔灌注桩基础。其　特点：　大直径挖孔灌注桩，施工简便，速度快，无振动和噪声影响，　可避免接桩、截桩和缩颈断条等影响，并可以随时检验地质情况；　其承载力高，造价低，沉降量小，可在狭窄场地和冬季施工。大直　径挖孔灌注桩在该地区被普遍采用。然而由于受施工队伍素质　的影响，目前存在着不按标准进行施工，造成桩基达不到设计要　图１简易扩筒法　ｂ．沉管护壁法：在成孔扩大端时，如产生塌落，可采用沉管护　求，桩身混凝土质量差，钢筋笼变形等质量通病。以上问题如不　壁，将桩孔开挖直径与扩大端直径相同。套筒用不小于３　ｍｍ的　能妥善解决，将直接影响建筑物的安全和使用寿命。因此，严格　钢板制成，可采用组合式，套筒应光滑平整，垂直度要好，易于下　控制施工过程中的质量非常重要。本文仅就大直径挖孔灌注桩　放和提升，见图２。　施工中塌孔、孔底虚土多、钢筋保护层厚度偏差超过规定、桩身混　Ｃ．混凝土护壁法：适用于持力层及其以上较松散的土层。混　凝土质量差等工程质量通病及防治方法分述如下。　凝土护壁一般每节以１　ｍ长为宜，为便于浇筑和接槎严密，壁厚　可上厚下薄，平均厚度一般不小于１０　ｃｍ。当孔径大于１．２　ｍ或　１　塌孔　１）现象：成孔后孔壁局部塌落。　２）原因分析。　桩孑Ｌ的附近有荷载时，应视具体情况适当加厚。模板可用２块～　４块弧形钢板拼装而成。护壁用Ｃ１５细石混凝土现场浇筑。其坍　５　ｃｍ，待混凝土强度达到４　０００　ｋＮ／ｍ　以上时方可　ａ．在有砂卵石或流塑质淤泥质土夹层中成孔，这些土层不能　落度不宜小于１拆模。在靠近高大建筑物或重荷载处应在混凝土壁中加早强剂。　直立而塌落。　ｂ．在扩大端开挖时，产生塌落。　３）预防塌孔措施及方法。　护壁外如出现空隙，则应用粗砂、砾砂等填实，必要时应用水泥浆　灌实，见图３。　根据地质报告，施工前应做试成孔，数量不得少于两个，以便　２孔底虚土多　Ｏｎ　ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ　ｃｏｎｓｏｌｉｄａｔｉｏｎ　ｍｅｃｈａｎｉｓｍ　ａｎｄ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ｏｆ　ｐｏｓｔ—ｇｒｏｕｔｉｎｇ　ｂｏｒｅｄ　ｐｉｌｅｓ　ＨＵ　Ｘｕｅ－ｔｉｎｇ　（Ｊｉｎｚｈｏｎｇ　Ｂｒａｎｃｈ，Ｓｈａｎｘｉ　Ｒｏａｄ　Ｂｕｒｅａｕ，Ｊｉｎｚｈｏｎｇ　０３０６００，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　ｐａｐｅｒ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ　ｔｈｅ￣ｕｎｄａｔｉｏｎ　ｃｏｎｓｏｌｉｄａｔｉｏｎ　ｍｅｃｈａｎｉｓｍ　ａｎｄ　ｔｅｃｈｎｉｃａｌ　ｆｅａｔｕｒｅｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｐｏｓｔ—ｇｒｏｕｔｉｎｇ　ｂｏｒｅｄ　ｐｉｌｅｓ，ｓｕｒｖｅｙｓ　ｔｈｅ　ｐｏｓｔ・　ｇｒｏｕｔｉｎｇ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ｃｒａｆｔ，ａｎｄ　ｐｒｏｖｅｓ　ｂｙ　ｔｈｅ　ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　ｐｒａｃｔｉｃｅ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ　ｈａｓ　ｈｉｇｈｅｒ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｉｔｓ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ｑｕａｌｉｔｙ　ｉｓ　ｅａｓｉｌｙ　ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ　ｗｉｔｈ　ｂｅｔｔｅｒ　ｓｏｃｉｌ　ａａｎｄ　ｅｃｏｎｏｍｉｃ　ｂｅｎｅｆｉｔｓ，ＳＯ　ｉｔ　ｈａｓ　ｂｒｏａｄｅｒ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｅｘｔｅｎｓｉｏｎ　ｉｎ　Ｃｈｉｎａ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｂｏｒｅｄ　ｐｉｌｅ，ｐｏｓｔ－ｇｒｏｕｔｉｎｇ，ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ，ｃｏｎｓｏｌｉｄａｔｉｏｎ，ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　收稿日期：２０１４—０７—１３　作者简介：张家辉（１９８０．），男，工程师；　齐震（１９７４－），男，高级工程师