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钻孔灌注桩后压浆设计与施工技术

发布日期:2014-08-26 查看次数:1105

[摘要]本文简要介绍灌注桩桩侧、桩端后压浆对桩承载力的增强机理,并结合实际工程阐述后压浆施工的工程应用效果,最后介绍操作工艺和施工异常现象处理。

[关键词]灌注桩  后压浆  单桩承载力  机理  施工工艺  堵管冒浆

§1    前言

    大、中直径的钻孔灌注桩,以其适用性广、承载力大、穿透力强、技术经济效益好等优势,业已成为我国高层建筑、铁路公路、桥梁、大型河岸港口码头及其他建筑物的主导基础型式。但是,钻孔桩在成孔过程中,孔壁残留泥皮和孔底不可避免的沉渣,减弱了桩侧摩阻力和桩端阻力,从而导致桩基沉降量加大。灌注桩后压浆正是针对这一问题而成为近年来新兴的补偿性新工艺,而且,由于其良好的应用效 果,后压浆施工技术已被纳入桩基设计的技术参数之中。

    在武汉地区,钻孔灌注桩施工应用已极为广泛,施工技术和施工工艺已较为成熟。武汉武建机械施工公司在近年来施工的十余项后压浆工程中,效果较为理想,其中武汉天立广场桩基工程采用桩侧及桩端后压浆工艺,孔深达57m,单桩承载力加载荷载达到20000kN

    后压浆分桩侧后压浆和桩底后压浆。根据桩的承载性状和工程地层条件的不同,采用不同的压浆方式。

§2   后压浆对桩承载力的增强机理

    实际应用和理论分析结果表明:后压浆对桩底、桩侧土体的加固效应可以归纳为以下两种:置换固化效应,充填胶结效应。

2.1  置换固化效应

    桩侧表面的泥皮和桩底沉渣因后压浆液的渗入,使其劈裂发生物理化学作用而固化,实际的效果相当于置换了泥皮和沉渣,从而增大了桩的摩阻力和端阻力。

2.2  充填胶结效应

    土是由固体矿物、液体水和气体组成的三相体,对单粒结构的土层(卵砾石、砂),因渗入土体中的高压水泥浆充填了液态水和气体而与单粒体胶结,使土体的强度大幅度提高。在桩底,一定范围内形成类似“扩大头”的胶结体,不仅提高了持力层的抗压强度,而且能达到桩嵌入中、微风化岩层的效果,从而限制了桩的沉降和基础的不均匀沉降;在桩侧,由于土体的不均匀性,在桩身周围,不可避免会存在相对强度较弱的夹层土,高压水泥浆渗入软弱夹层后,与土体胶结形成强度较高的网状结石,从而形成复合土体,在实际效果上相当于“增大了桩径”,从而增大了桩的摩阻力。

    但胶结效应的效果随桩底土层性质的不同而不同,砂层中的效果不如卵石层中效果显著。在砂层中由于砂层性质稳定,孔隙率小,水泥浆对砂层的渗透力在砂层中显各向同性,因而高压水泥浆对砂层的渗透力有限,在砂层中的胶结体积小;而在卵石层中,由于孔隙率大,在高压水泥浆的作用下,水泥浆克服卵石与

    砂间的初始应力引起土体结构的破坏和扰动,使卵石层中原有的孔隙扩张,高压水泥浆压入这些孔隙后,通过充填、挤密、扩散,使原有土质结构孔隙率降低,水泥浆凝固后与卵石层、砂胶结成固结体。

    由于固化效应和充填胶泥效应,灌注桩经后压浆后的单桩极限承载力值与压浆前比较,据实际施工资料,其提高幅度一般在在30%左右,最高可达200%,如武汉武建机施工公司在福星惠誉·金色华府的试桩工程中,后压浆对桩的承载力提高幅度即接近了这一水平。

§3   工程应用效果

    工程实例一:湖北省交通厅综合楼桩基工程

    湖北省交通厅综合楼位于汉口航空路,桩基采用钻孔灌注桩,桩直径为Φ800,地质条件较为复杂,基岩埋深于65~70m以下,采用后压浆技术后,桩底持力层为细砂层,其上为厚度较大的粉质粘土层,部分亚层夹淤泥或淤泥质粉质粘土,桩承载性状为典型的端承摩擦桩,桩长45.5~46.5m不等。其试桩效果如下(4#试桩未后压浆)

桩号

桩径(mm)

设计极限承载力Q(kN)

试压最大荷载QN(kN)

比 较(QN/Q)

最终沉降量S

(mm)

1#

1000

8200

9500

116%

9.3

2#

1000

8200

11200

137%

12.9

3#

1000

8200

11200

137%

15.4

4#

1000

8200

7800(未后压浆)

95%

40

     需要指出的是:三后压浆桩均非破坏性试压,其试压承载力也非极限承载力,在桩身完好、桩顶沉降量不大(小于规范要求S=40mm)的情况下所承受荷载。

     不难发现,采用后压浆技术后,桩持力层为细砂层即可,而且沉降量S很小的情况下,桩承载力已远远超出设计要求。

     工程实例二:福星城市花园1#楼桩基工程

     福星城市花园位于汉口江汉北路,桩基选型为Φ700钻孔灌注桩,试桩有效桩长为40.0m,桩持力层为细粉砂层,其中4#   桩为桩端压浆,6#7#8#试桩为桩侧、桩端压浆,桩型为端承摩擦桩,单桩压浆量为1.5吨,其试桩检测效果如下:

桩号

桩径

(mm)

无后压浆理论计算承载力Q(kN)

试验加载

QN(kN)

比 较

(QN/Q)

备注

4#

800

4500

6000

143%

未破坏

5#

800

4500

6650

147%

未破坏

6#

700

4090

6825

167%

 

7#

700

4100

6826

166%

 

8#

700

4100

6500

158%

 

    工程实例三:武汉天仙大厦试桩工程

    天仙大厦位于武汉市汉口建设大道与妙墩路交汇处,桩选型为Φ800钻孔灌注桩,桩长约46.5m,桩持力层为中粗砂,其上为细砂层,粉砂层、粉质粘土及粘性土,采用桩底后压浆施工工艺,压浆管为两根,压浆量为单桩约2.0t,压力值为0.8~2.0Mp。其检测效果如下:

桩号

桩径

(mm)

无后压浆计算极限承载力Q(kN)

试验加载

QN(kN)

比 较

(QN/Q)

最终沉降量

mm

1#

800

6260

8700

139%

18.15

2#

800

6140

8700

142%

17.35

   工程实例四:武汉天立广场试桩工程

    武汉天立广场位于武汉市建设大道与台北路交汇处东北角,试桩采用钻孔灌注桩加后压浆技术(1#试桩除外),桩径为Φ1000桩长44.5m~57m不等,桩持力层为卵石层或中风化岩层,持力层为卵石层、砂性土、粘性土杂填土,试桩检测情况如下表所示:

桩号

桩长(m

桩持力层

施工工艺

最大加载

kN

最终沉降(mm)

极限承载力QukkN

Quki/Quk1

1#

56.8

中风化岩层

无后压浆

16227

67.42

12400

2#

57.0

中风化岩层

    

20409

26.86

20409

165%

3#

55.7

中风化岩层

    

20409

62.05

18588

150%

4#

57.0

   

    

20409

27.68

20409

165%

6#

44.9

卵石层

端压加侧压

16327

15.53

16327

132%

7#

57.3

  

    

20409

67.84

17300

140%

    从以上工程实例静载试验效果发现,采用后压浆技术,在沉降量未超出规范要求时,单桩承载力增幅较大,说明采用后压浆对提高桩承载力是非常有效的。

    但须注意的是,后压浆对桩承载力的增幅是有限度的,超出某一定的界限,桩沉降量增大,承载力的增幅也就停止了。

§4     设计参数的确定

    至目前止,后压浆还没有施工规范出现,各地施工时主要以试桩施工时参数为准,武汉地区也不例外。武汉武建机械施工公司承建的钻孔灌注压压浆工程项目中,设计院在确定试桩后压浆的工艺参数时,主要以施工单位的施工经验及施工单位对场区的地质情况评价为主,工程桩则视试桩施工情况和检测情况而定。

§5      施工工艺

§5.1  材料

    Æ25~Æ40国标黑铁管、堵头、接头、自行车轮胎、生胶带、铁丝、PVC软管、32.5普硅水泥、三通接头。

§5.2  设备

    压浆机、水箱、过滤筛、水泥浆搅拌器

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