钻孔灌注桩后注浆技术在高层建筑中的应用

丰长永

【摘要】天津的某高层建筑项目，主体建筑物属于超高层建筑，基础底面荷载大，且面积小，因此合理选择适用的桩型和试验方法成为了本工程结构设计的首要任务和关键。本文针对本项目的基桩类型的选择、试验桩的设计、试验直至工程桩的设计施工进行了全过程的描述，并提出了这个过程中发现的问题和处理方法。

【关键词】基桩；后注浆；堆载法お

1. 工程概况

本工程项目由主楼和裙房组成，主楼部分地上四十一层，地下三层，建筑高度：182 .0m（室外地面至屋顶板顶）结构形式为框架剪力墙结构，裙房部分地上三层，地下三层，平均高度为15m，结构形式为框架结构。基础形式为主楼下部采用桩筏基础，筏板厚度约2.5m，裙房部分采用桩基承台+抗水板结构。本工程的主楼属于超高层结构，高宽比大于6，且结构形式为剪力墙集中位于两端的两个筒体的框架剪力墙结构，主楼基础底面的荷载相当大。

2. 地质情况

该建筑物的建设场地，根据地质勘察的结果，该场地埋深120.00m深度范围内，地基土按成因年代可分为12层，地基土主要由承载力80～250KPa的粘土组成。

经计算主体上部结构重量为159657吨，基底净反力在700KPa以上，故必须采用桩基础。经初步布桩估算，单桩竖向抗压承载力的特征值要求至少在750吨左右。

3. 桩型选择与桩的设计

3.1桩型选择：

根据上述土层参数，后注浆钻孔灌注桩技术对承载力的提高相对于普通钻孔灌注桩可达100%，而在以软土和粘土为主的天津地区对承载力的提高幅度一般在30%以上，具体数值需通过现场试验来确定，因此初步选定此桩型为目标桩型。

3.2试验桩设计：

根据地质勘察报告提供的剖面和各层土的侧阻和端阻参数初步确定设计桩长为58米，桩径1米，入土深度为75米，桩端持力层为11a层，桩身材料采用C40等级混凝土，HRB400等级纵筋，按土层参数估算得到未注浆时单桩竖向极限承载力标准值为11468KN， 后注浆提高系数如暂按1.35考虑则采用后注浆技术后单桩竖向极限承载力标准值可以达到15480KN；按桩身强度考虑桩身配筋后该截面最大设计承载力为12220KN， 远远小于15480KN，但考虑试验荷载的短暂性应考虑采用材料标准值对应的桩身抗压承载力标准值，故混凝土强度取26.8N/mm2（桩身采用C40混凝土），钢筋强度取400 N/mm2（桩身采用HRB400级别钢筋），该截面承载力标准值可达到16640KN，即可满足承载力要求。关于后注浆经与基桩施工单位讨论确定的方案为采用桩端注浆及桩侧注浆，桩侧注浆阀位于桩端以上22米左右（该高度为粉砂层所在的位置），单桩水泥量控制在4000Kg。桩端注浆量2500Kg，桩侧注浆量1500Kg。压浆流量宜控制在30～50L/min，固结材料采用PSA32.5矿渣硅酸盐水泥，注浆用的水泥必须送检复试合格后才可以使用。水灰比控制初定在0. 5～0.7左右，并通过现场试注浆确定最佳浆液水灰比。注浆操作以控制水泥用量为主，注浆压力为辅，注浆控制标准如下：ィ1）注浆量达到水泥设计用量，桩底注浆压力满足1.5～2MPa时即可终止注浆。并通过现场试注浆确定最佳注浆压力。ィ2）注浆总量已达到设计用灰量的75%，且注浆压力超过5MPa时即可终止注浆。

图1桩配筋及注浆装置设置图

4. 试验用基桩施工

根据经验此长度和直径的钻孔灌注桩的成孔一般可采用旋挖钻机或正反螺旋钻机成孔，旋挖钻机成孔速度快（本桩型的成孔在12小时左右完成），成孔质量高。在钢筋笼的制作方面，施工采用12米长钢筋笼分段组焊的方法，即每次吊装12米长的钢筋笼，然后在孔口处分别焊接，最后组成75米长度的整体钢筋笼。 在后注浆设施方面，注浆管采用桩端压浆管2根 DN25壁厚3mm，桩侧压浆管2根DN25；壁厚3mm，桩侧注浆阀采用PVC环形注浆阀，桩端采用天津勘察院推荐的桩端注浆阀，但根据实际的试桩结果，由于该注浆阀没有止回功能的单向阀功能造成实际应用中一根试验桩的承载能力下降。故在工程桩中一律使用了有止回功能的专利阀。在配合基桩检测方面，施工单位根据检测单位要求在纵筋上按土层的分布设置了钢筋应力计（为保证检测的顺利，每个截面设置两个应力计，见图1）同时配合桩身质量检测设置了声波透射管DN50～60三根（在工程桩中为降低造价，采用了声波透射管与桩端注浆管合并设置的方法）。

5. 基桩试验桩试验

5.1静载试验：

根据《建筑基桩检测技术规范》JGJ106—2003第3.3.1条的规定，本工程高层区域的工程桩约239根，需在工程桩施工前先做3根试验桩的破坏性静载试验，以确定实际的单桩竖向承载能力。本工程采用后注浆技术钻孔灌注桩，考虑到实际工程桩桩顶标高为地面以下17米左右而

大型基桩荷载只能在地面进行故将桩长向上加长17米到地面以上，试验桩长实际达到75米，但由于上部17米提供的附加侧摩阻对基桩竖向承载力的提高很难准确估计，为此我们咨询相关的试桩单位和专家，目前常用的方法是采用钢筋应力计实测各截面的钢筋受力从而推算出各层土的实测摩阻以得到设计标高处的基桩实际承载能力。另一种方法是在设计标高以上采用钢套筒内涂黄油以从根本上消除此部分的侧摩阻从而得到设计标高处的准确承载能力，该方法仅在极少数工程中采用。经多次讨论一致认为第二种方法成本过高，且施工难度大，最终确定按第一种最常规的方法。对于75米长桩的静载试验可采用堆载法和锚桩法进行，经招标报价，由于采用锚桩法需要另行施工4根相同尺寸的锚桩因此比堆载法的报价高出近100万元人民币，且试验后锚桩和试验桩均不再使用，所以堆载法有着明显的优势，勘察院拥有该方面的大型堆载试验用设备，最大堆载业绩为5000吨，本工程预估堆载2500吨（虽大于桩身强度标准值，但根据施工单位经验可以到达），考虑安全因素，最终施工单位确定采用3000吨的总压重，最大反力2500吨。

5.2桩身完整性检测：

本工程综合采用了低应变法和声波透射法检测，根据经验采用低应变法检测由于能量太小当桩长超过50米时低应变法检测无法确保下部的成桩质量检测效果，因此同时采用声波透射法进行桩身完整性检测。

5.3基桩检测成果：

成孔质量检测全部合格，桩身完整性检测结果为所有试验桩均为I类桩。

在桩顶加载2500吨的情况下，超过桩身轴向抗压承载力标准值1664吨达50%，但目测试验桩桩顶基本未发生破坏。单桩竖向抗压极限承载力标准值检测结果分别为2250t， 2500t， 2500t。综合上述结果，基桩检测报告给出的设计标高处的单桩竖向极限抗压承载力标准值为2235t。

6. 工程应用结论与工程桩的设计

由上述的试验结果可知采用后注浆技术可使桩侧与土体之间的侧摩阻力和和桩端的土体承载力得到大幅的加强和提高，从而使基桩的竖向抗压承载能力得到了大幅提高，扣除地质报告提供的土体侧摩阻参数相对保守的因素，通过后压浆技术可对此钻孔灌注桩的承载力提高幅度达到40%以上。根据上述基桩基桩检测报告，工程桩设计采用单桩竖向抗压极限承载力标准值采用20000KN。根据《建筑基桩检测技术规范》JGJ106—2003相关规定，本工程的工程桩依旧按照不少于总桩数的1%和不少于3根的原则进行工程桩静载试验，由于工程桩布置比较集中，基本满足锚桩与工程桩的间距不小于3倍桩径的要求，因此从经济的角度出发，使用工程桩兼做锚桩，每个需进行静载试验的工程桩周围选4个工程桩做锚桩，静载试验同样要在天然地面标高进行。根据天津地方规范的要求，反力装置提供的反力不得小于1.5倍的试验荷载，每根锚桩提供的反力达到2200*1.5/4=825吨，而根据JGJ106—2003的静载试验要求，反力装置提供的反力不得小于1.2倍的试验荷载要求，每根锚桩提供的反力达到2200*1.2/4=660吨，由于采用工程桩兼做锚桩，因此在设计标高以下的桩身裂缝宽度不应超过0.3mm（按桩身长期处于水中考虑裂缝控制）的裂缝限值，同时设计标高以上的桩身承载力应满足试验要求，如按天津地方标准计算则必须采用预应力技术或上部采用锚桩+堆载的方式才能达到设计要求，按国标的规定则可通过加大桩身配筋刚好达到要求。前者不仅成本高而且施工和试验难度大，为此我们咨询了天津当地的基桩检测单位，结果为天津地区基本所有工程均采用国标的相应规定，故最终决定按国家标准进行锚桩的设计，同时静载试验用工程桩也分别采用了提高混凝土强度和增加配筋的方法实现了设计截面处桩身强度标准值达到2000吨以上的水平。对于桩身完整性检测的我们提出的要求为全部工程桩应进行低应变法检测，10%的工程桩应同时进行声波透射法检测。目前工程桩已在施工中，最终合同此类型工程桩的综合造价（含后压浆费用）为900元/米。为了进度要求，施工单位采用更大功率的正反螺旋钻机，钻孔进度达到了30小时/孔，工程进展顺利。ヒ陨鲜鞘导使こ滔钅恐魈宀糠只桩工程一个综合性的工程总结，目的在于和各位同行共同探讨和学习，其中会有一些不足和欠缺，欢迎大家予以指正。

参考文献

[1]《建筑桩基技术规范》JGJ94—2008.

[2]《建筑基桩检测技术规范》JGJ106—2003.

[3]《建筑基桩检测技术规程》DB 29—38—2002.

[4]《钻孔灌注桩成孔、地下连续墙成槽检测技术规程》DB 29—112—2004.

[5]《岩土工程技术规范》DB 29—20—200.