某超高层建筑基础灌注桩后压浆技术的研究与应用

李 敏（潍坊滨海建筑设计院有限公司，山东 潍坊 262737）

建筑基础灌注桩作为工程施工现场中重要的测定桩点，是建筑施工质量的保障[1]。基于广义角度分析，灌注桩后压浆技术作为建筑结构加固的重要技术，通过改变施工土体的力学状态，进而达到提高灌注桩桩基承载力的目标，加固效果显著[2]。现阶段，我国在建筑灌注桩后压浆技术方面的研究逐渐成熟，然而，受到施工环境与地质条件的影响，后压浆技术在提高混凝土强度方面的研究仍然不足，应用效果不佳，制约了超高层建筑的可持续发展[3]。为了改善这一问题，本文以某超高层建筑为例，开展了建筑基础灌注桩后压浆技术的研究，推动桩基工程与建筑工程的协同发展。

1 工程概况

本文选取某地区某超高层建筑工程为研究对象，该建筑整体高度为315m，建筑采用桩筏基础形式，地基压力约为1450kPa，基础灌注桩单桩的极限承载力不小于28000kPa，建筑工程中，单桩桩径为1100mm，桩长约为85m，单桩承载力一般。该超高层建筑工程的地形较为平缓，地势高程约在759.4m～788.6m，地势高差相距不大。建筑工程地基岩土层种类较多，以杂填土、粉土、粉质黏土为主。其中，杂填土多为黑褐色，在工程岩土层中分布广泛，层底埋深约为1.3m～6.5m；粉土多为黄褐色，局部密度较高，压缩性能良好，土质较不均匀；粉质黏土多为灰褐色，层底埋深在28.8m～41.5m。该建筑工程主楼工程桩约为120根，桩间距均采用3倍桩径形成的矩形布桩，持力层为10 层粉质黏土。该超高层建筑工程采用桩端桩侧联合注浆的方式，在注浆段设置了加强段，对后压浆技术工艺的要求较高。为了提高建筑工程基础桩的抗压承载力，本文对灌注桩后压浆技术进行了全方位、全过程的研究，并对其应用效果进行了综合分析。

2 建筑基础灌注桩后压浆技术设计

2.1 选取压浆装置

首先，应当根据建筑工程的施工需求与具体建设特征，选取匹配度较高的压浆装置，为后压浆技术工艺提高应用效果提供基础保障。压浆装置中以压浆管为主，压浆管主要负责无损压浆、对桩身进行超声波测试、在压浆操作结束后替代截面钢筋，对后压浆技术实施的效果具有直接影响[4]。在制作压浆管时，采用焊接钢管，具有良好的稳定性能，其直径为25.5mm，焊接钢管的各个接头均采用丝扣的连接方式，连接严密性更加具有优势，避免在使用过程中出现连接不牢固的情况。将压浆喷头布设在压浆管整体的最下部，采用对称匀钻的方式，设置喷头部分的压浆孔直径为3mm，各个钻孔之间的间距为25mm。采用图钉将压浆管的钻孔堵住，在压浆管喷头缠绕一圈胶带，提高喷头的密封性，完成压浆装置的制作[5]。

采用对称布置的方式，首先，合理布设后压浆的管阀，根据压浆管的实际结构，将管阀布设在灌注桩的底部。在桩身顶部安装压浆管的单向控制阀，负责调节压浆管的使用性能。在桩身的中心位置处，按照绑扎要求，绑扎压浆管，根据实际后压浆技术施工需求，设定绑扎压浆管的数量[6]。需要注意的是，在绑扎过程中，保证钢筋笼外侧表面的清洁，避免杂质对后续后压浆技术施工产生不利影响，另外，加强对压浆管的保护力度，避免绑扎中摩擦压浆管孔壁，造成压浆管损坏的情况。

除了压浆管以外，选取型号为ELD50-100 的自动式电磁流量计，负责实时记录压浆装置的动态注入压力，当压浆装置的注入量超出预期数值时，电磁流量计会自动发出警报。选取使用性能较为稳定的高压注浆泵，设定其最大注浆压力在12MPa以上，为超高层建筑基础灌注桩后压浆技术施工提供重要保障。

2.2 设计基础灌注桩后压浆参数

在压浆装置选取结束后，接下来设计基础灌注桩后压浆技术施工的相关参数。首先，确定后压浆施工中浆液的浓度。采用P·O42.5水泥作为压浆的浆液，设置后压浆浆液的水灰比大于0.5，当浆液的塑性黏度较高时，添加少量减水剂，实现降低浆液塑性黏度的目标。

根据该超高层建筑工程的后压浆需求，设置浆液的水灰比为0.6，利用二级搅拌法，对浆液进行不断搅拌。首先，将搅拌桶放置在施工现场地面以下，设置加水的时间间隔为15s，不断向搅拌桶中加入水，水全部加入结束后，启动搅拌机，开启高速搅拌模式，搅拌均匀后，倒入水泥，再搅拌5min，搅拌停止后，利用过滤网，将搅拌后的浆液倒入储存浆液的桶中，在过滤过程中，不断搅拌浆液，避免浆液静置时间过长出现沉淀。在压浆水灰比设计结束后，根据基础灌注桩施工地质的实际特征，确定后压浆压力的控制值，计算公式为：

式中P表示基础灌注桩后压浆压力控制值；K表示灌注桩压浆点覆土层安全系数；η表示灌注桩压浆点覆土层的重度参数；l表示灌注桩压浆点覆土层厚度；h表示灌注桩底端压浆段高度；φ表示后压浆施工地层结构松散系数；m表示灌注桩压浆段加深允许增加压力值。

通过上述公式，获取超高层建筑基础灌注桩后压浆施工中压力的控制值，保证控制值在后压浆施工过程中，上下浮动不超过15%，提高后压浆施工质量[7]。在此基础上，采用MATLAB分析软件，动态分析灌注桩后压浆压力与压浆量之间存在的关系，如图1所示。

图1 灌注桩压浆压力与压浆量关系曲线

如图1 所示，当灌注桩压浆量不断增加时，灌注桩的压浆压力持续上升，当上升到浆液扩散范围时，浆液会填充桩基与土体之间的孔隙，压浆压力保持稳定不变。根据浆液覆土层的重度与强度，控制压浆量与压浆压力的变化，避免破坏灌注桩上部土体结构，出现土体上抬的情况。

2.3 灌注桩后压浆施工流程

该超高层建筑工程灌注桩后压浆施工流程，见图2。

图2 灌注桩后压浆施工流程

如图2所示，首先，采用一定的工艺方式，制作后压浆技术施工所使用的钢筋笼；制作完毕后，对其进行清孔处理，在钢筋笼上合适的位置布置压浆管，采用十字绑扎的固定方式，固定压浆管，设置各个绑扎点的间距为1.25m，保证各个绑扎点之间的均匀性；利用起吊机起吊钢筋笼，将钢筋笼竖向插入灌注桩的钻孔中，与灌注桩侧压浆阀之间建立连接，保证钢筋笼沉放到钻孔底部；再次检查压浆管的密封性是否良好，若压浆管密封性能下降，则进行提笼操作，重新安装压浆管；密封性能检查完毕后，进行二次清孔处理，清除钢筋笼与压浆管表面的杂质，提高后压浆技术施工质量；缓慢向压浆管内灌注桩身混凝土，控制灌注速度，实时记录桩身内混凝土状态变化；灌注后静置48h，开始后压浆施工，在压浆前，定期检查未压浆桩位情况，判断未压浆桩位是否存在异常，压浆结束后，养护28d后成桩，完成灌注桩后压浆施工。需要注意的是，在后压浆施工过程中，应当严格按照相关的技术标准进行施工操作，实时检查浆液水灰比变化，避免浆液出现凝固或底部出现沉淀。在压浆中保证相同孔内的连续压浆作业，避免出现串浆现象。

3 应用分析

为了验证本文设计的后压浆技术的可行性，进行了如下文所示的试验。本次试验采用锚桩法，对后压浆技术施工后的单桩进行抗压静载试验，判断单桩的抗压性能是否得到改善。随机选取6 根竖向抗压试验桩，桩径为800mm～1000mm，配筋均为Ⅲ级钢，将试验桩以加载的方式，布设在地面以下12.5m 处，使用3～5台千斤顶，分别从小到大施加荷载，利用压力传感器，实时读取油压变化。在油压读取结束后，使用位移计，不断测量试验桩在静载压力增加过程中，桩基沉降量的动态变化。依据等级加荷量的原理，在每级荷载施加后，设置试验桩变形量读取时间间隔为10min，分别读取试验桩桩顶的变形量，提高试验桩沉降变形量读取结果的准确率。当试验桩沉降变形速率相对稳定时，继续施加下一级荷载，直至试验桩达到极限承载力，终止加载。采用静载试验仪，分别测量6 根试验桩抗压静载试验结果，如表1所示。

根据表1试验结果可知，该超高层建筑工程基础灌注桩经过后压浆技术施工后，各个试验桩能够承受的最大荷载与工程要求相符，抗压性能得到了显著提高，且试验桩在承受各级荷载压力时，发生变形产生的沉降量较小，均在11.06mm以下，具有较高的可行性。

表1 试验桩抗压静载试验结果

4 结语

综上所述，为了打破传统建筑基础灌注桩后压浆技术施工的局限性，提高建筑桩基承载力。本文在传统后压浆技术的基础上，做出了优化设计，以某超高层建筑工程为例，提出了一种新的后压浆技术。通过本文的研究，有效地提高了后压浆技术施工的质量与效率，根据建筑工程的需求与特征，改善了后压浆技术的适用性，极大程度地提升了超高层建筑后压浆桩的承载力，降低了桩基沉降的概率，对我国超高层建筑工程的可持续发展具有重要的促进作用。