钢筋混凝土灌注桩后压浆技术在工程中的应用

张希宏

钻孔灌注桩以其适应性广、承载力大、技术经济效益好等优势,已成为我国高层建筑、公路、桥梁的主导基础形式,但是钻孔桩在成孔过程中,孔壁残留泥皮和孔底难以清理干净的沉渣,减弱了桩侧摩阻力和桩端阻力,从而导致桩基沉降较大,灌注桩后压浆技术正是针对这一问题而成为近年来新兴的一种补偿性工艺,而且由于其良好的应用效果,使得后压浆技术已被纳入桩基设计的技术参数。

1 后压浆对桩基承载力的增强机理

桩端(侧)后压浆是用注浆泵将浆液(常为水泥类浆液)通过注浆管(可以是预埋在桩端,也可以成桩后打孔安装注浆管)压入到桩端持力层来提高桩端和桩侧土体强度的一种注浆技术。实质上桩底注浆的浆液使能固化的浆液(常为水泥浆)注入各种桩底土与桩侧土介质中,充填和扩展各种孔隙,并通过压缩挤密和胶结以达到改善和提高土的物理力学性能的强制性注浆工艺。

2 工程概况

西山煤电某煤矿拟建的三幢高层住宅楼为地上28层,地下1层,拟采用框剪结构,筏板基础。基底埋深约5.7 m,地基处理采用混凝土灌注桩。7号、9号楼试桩采用C45混凝土,工程桩采用C30混凝土,桩径 800 mm,1 000 mm,有效桩长均为21 m,图纸设计要求超灌0.8 m,其中桩径800 mm的58根,桩径1 000 mm的10根,7号、9号楼各三组试桩,锚桩12根;8号楼试桩采用C55混凝土,工程桩采用 C35混凝土,桩径600 mm,800 mm,有效桩长均为21 m,图纸设计要求超灌0.8 m,其中桩径600 mm的 58根,桩径800 mm的61根,8号楼三组试桩,锚桩15根。7号～9号楼均采用冲击钻机成孔,用导管水下灌注混凝土灌注成桩,7号、9号楼试桩要求单桩承载力极限值桩径800 mm的为7 200 kN、桩径1 000 mm的为10 800 kN;7号、9号楼工程桩要求单桩承载力特征值桩径800 mm的为3 600 kN、桩径1 000 mm的为7 200 kN;8号楼试桩要求单桩承载力极限值桩径600 mm的为5 000 kN,桩径800 mm的为8 600 kN。8号楼工程桩要求单桩承载力特征值桩径800 mm的为3 600 kN,桩径600 mm的为2 500 kN。

3 地质概况

根据建设单位提供的该场地岩土情况,可重点利用以下4层:

第①1层杂填土,第①2层素填土;第②层中粗砂;第③层粉质黏土;第④层卵石

4 灌注桩施工工艺及要求

4.1 工艺流程

机械就位安装→十字线定桩位→埋设护筒→钻孔→清孔→打桩机械移位→安放钢筋笼→安装导管、漏斗、料斗→灌注水下混凝土→拆除导管和漏斗、料斗→拔出护筒→打桩机移位进行下一根桩施工。

4.2 操作要点

1)机械就位安装:本机械就位采用“自牵法”,要求场地平坦、实在。就位时机械前后轴用2根250 mm×250 mm×4 000 mm的方木顺机向垫高,轮胎悬空,让方木承受整个机体重量,并找平、安稳。2)十字线定桩位、埋设护筒:埋设护筒时孔位桩要挖掉,所以要在护筒外50 cm～80 cm处打入土中4个小栓桩,小栓桩的两条直线的交点对正孔位桩,机械就位后按护筒直径加20 cm以孔桩为圆心就地画圆作为开挖护筒坑范围。坑挖好后用机械将护筒吊入坑内,拉栓桩的两条交点与护筒中心对正、安稳,护筒外围10 cm空隙用黏土分层夯实。此时,校正钻机主绳与十字同心,若不同心,需调整机械到同心为止,并应对四个栓桩加以保护,以便在施工中检查,校正中心之用(也可采用前方木点距离定桩位法)。3)钻孔:开机前护筒内填入适量黏土并加水,使开机就能造出泥浆护壁和护筒连成整体,否则,护筒下口处易出现塌方。刚开始应低冲程,慢进尺,使孔口形成圆滑、密实、直顺状态,这样既可控制孔口塌方,也可起导向作用,当钻头全部进入护筒后再正常钻进。钻孔和抽渣过程中,要勤加压力水,使孔内水位经常保持在护筒口以下0.30 m处,并视地质情况适时调整泥浆比重。一般地层钻孔时泥浆比重控制在1.20～1.25左右,易塌孔的地层或遇有流砂层时可加大到1.30～1.40左右。4)清孔:当钻孔达到设计深度后,停机往孔内填入适量黏土,使孔内悬浮颗粒沉淀后,再开机冲击数分钟,使沉渣与黏土混合后再抽查,这样重复几次,清孔比较彻底。清孔后开灌前泥浆比重一般控制在1.10以内。清孔后应及时验孔。验孔内容包括:孔深、成孔垂直度、沉渣厚度、泥浆比重等内容。具体检测方法如下:a.测孔深:清孔后用测绳测量。b.测垂直度:用测斜仪器测量或吊起验孔器,从孔口下到孔底测量钢丝绳,当验孔器在孔口、孔底时的偏移变化,以求出成孔垂直度的偏差。c.测量沉渣厚度:清孔后测量一次孔深,下钢筋笼之前再测量一次孔深,第一次测量值减去第二次测量值的结果即为沉淀厚度。d.测量泥浆比重:在清孔结束前用泥浆比重计测试孔口排出的置换浆液。5)安放钢筋笼:钢筋笼加工按图纸要求进行,要求焊接顺直,为控制保护层厚度,应在钢筋笼主筋上加焊扶正器,每4个为一组,一组2 m,沿钢筋笼同一截面外围均匀布置,扶正器用φ 8钢筋制作。钢筋笼运输、吊装入孔要采取保护措施,防止扭曲变形。6)安装导管、漏斗、料斗:安装导管的基本要求是直顺,不漏气。导管直径250 mm,每节长度1 m～3 m,两节导管连接时,两法兰螺栓应对头拧紧,严禁一个螺栓拧紧后再拧别的螺栓,这样法兰会张嘴漏气,造成灌注混凝土时导管内进水。导管底口距孔底距离一般在0.40 m～0.60 m为宜,太低混凝土出导管口不畅,过高则影响桩尖混凝土强度。导管安装完毕,将漏斗吊起,嘴子插入导管上口部安稳,以便于吊放和倒混凝土为宜。7)灌注水下混凝土:a.首灌混凝土在导管上口和漏斗嘴之间要设置隔水栓(用砂球、砂包等即可),漏斗的容积要大于首次封底后导管埋深1 m所需混凝土量的体积。b.灌注混凝土过程中,设专人测量、记录混凝土灌入量、孔内混凝土面升高值、导管埋深等数据。8)拆除导管、漏斗、料斗及护筒:混凝土灌注到设计标高以后(一般应考虑浮浆层0.80 m)即停止灌混凝土,拆除孔内导管及上部漏斗,拔出护筒,并清洗干净,以备下次再用。

5 后压浆施工工艺及参数

5.1 施工参数

在钢筋笼上装配压浆管,一根桩侧压浆管,两根桩端压浆管下入孔底,超出笼底300 mm,桩侧压浆管设在距桩顶15 m。桩身混凝土养护7 d后进行压浆,首先注水确定管路通畅后方可注浆。注浆材料选用32.5矿渣硅酸盐水泥,水灰比0.6,注浆压力约1 MPa～4 MPa,可通过实验调整。水泥用量:桩底注水泥量1 500 kg,桩侧注水泥量800 kg。

5.2 施工工艺

套管下料→安管固定→安装底阀→安装侧管→封口注浆开管→放水制浆→注入→记录→完成。

5.3 工程做法

1)加工注浆管:注浆管采用φ 20钢管,根据成孔应高出地面30 cm～50 cm,以便注浆,在下笼过程中禁止强行扭笼、墩笼及其他粗暴动作,上部用管帽封闭加以保护,防止损坏。2)制浆:搅拌池直径为1.45 m,放入定量水后再加定量水泥搅拌,放入下池备用。为防止水泥沉淀,下池待用仍需搅拌。3)注浆:确定高压管连接于桩底(侧)管一侧,即用清水打开,压力表现为慢高突低。一般开阀压力大于5 MPa,小于10 MPa,一般工作压力 1 MPa～3 MPa。确定打开后,放底阀(吸浆管)于待用浆池中,开始注浆、记录、观察。注完侧阀后待6 h即可开底阀,注完后记录。有返浆现象时,采用间歇注浆,直到注完规定水泥浆量,记录完成注浆。注浆速率 32 L/min～60 L/min。4)量化:注侧管时,注入 27 cm或53 cm高的水,投入800 kg或1 500 kg水泥搅拌均匀后过滤放入待用浆池中,即成0.6∶1的水泥浆。5)终止条件:a.注浆总量和注浆压力均达到设计要求;b.注浆总量已达到设计值的75%,且注浆压力超过设计值。

6 技术经济效益

灌注桩后压浆技术是建设部推广的新技术之一,施工中通过优化工艺参数,使单桩承载力提高40%～120%,桩基沉降减少30%左右,有效地降低了工程建设成本。

[1] 郝晓光.浅谈钻孔桩施工工艺[J].山西建筑,2008,34(8):137-138.