1、超高层建筑灌注桩基础后压浆改良技术探讨与应用摘要：近年来，随着超高层建筑(100m)的迅猛发展，钻孔灌注桩以其具有较高单桩承载力的优点在工程上的应用越来越广泛。为满足钻孔灌注桩设计承载力要求和沉降控制要求，传统的处理方式是扩大桩径、增加桩长使桩端进入基岩，其结果增加了工程总造价，给施工造成了很大的困难。通过钻孔灌注桩桩底桩侧后注浆改良技术，可以达到提高承载力、增强桩的质量稳定性，减少桩数、减少群桩的总体沉降的目的，并取得了良好的经济效益。本文以某北京超高层建筑应用为背景，就采用后注浆法提高桩基础竖向承载力和桩基沉降的具体应用进行了研究及实施。 关键词：超高层建筑灌注桩基础后压浆技术探讨应用 中
2、图分类号： TU97 文献标识码： A 文章编号： 钻孔灌注桩已被广泛地应用在高层和超高层建筑、桥梁等基础中，而影响钻孔灌注桩竖向承载力的主要原因由于受现有施工工艺的限制，钻孔灌注桩在成孔过程中孔壁土体的扰动，以及成桩后桩底沉渣较厚和桩侧泥皮过厚等因素，严重影响钻孔灌注桩的竖向承载力和引起次发沉降。随着建筑物的规模不断扩大，对桩基础承载力的要求也不断提高，为提高桩基础的承载力，传统的方式是扩大桩径、增加桩长或桩端进入基岩等。其结果增加了工程总造价，给施工造成了很大的困难。后注浆法就是有效改良基础的一种新方法。 1 定义、基本原理和机理及改良目的 1.1 后注浆定义 所谓后注浆，就是成桩后在桩身
3、混凝土达到一定强度时通过预埋管道用高压泵向桩的某些部位灌注水泥浆，提高局部位置的土体强度，可以达到提高承载力、增强桩的质量稳定性，减少桩数、减少群桩的总体沉降、降低施工难度、节约造价的目的。 1.2 基本原理和机理 后注浆技术基本原理：在成桩后，通过预埋在桩身的注浆管，利用压力作用，经桩端的预留压力注浆装置向桩端地层均匀地注入能固化的浆液(如纯水泥浆或化学浆液等)，对桩端桩侧土层、桩端虚土及桩端附近的桩周土层起到渗透、填充、置换、压密及固结等不同作用，改变其物理化学力学性能，消除虚土隐患，从而提高桩的承载力以及减少桩基的沉降量。 后注浆技术的机理：在桩端桩侧压注水泥浆液，浆液渗透到最疏松的桩端
4、的残渣间隙中，与残渣结合后形成了强度较高的混凝土，消除孔底沉渣的影响。随着注浆量的增加及注浆压力的提高，水泥浆液一方面不断的向由于受泥浆浸泡而松软的桩端持力层中渗透，在桩端形成梨形体，当梨形体不断增大时，渗透能力因受到周围致密土层的限制，使压力不断升高，压力升高对桩端持力层起压密作用，提高了桩端土体的承载力。同时，浆液会沿壁上返，充填桩侧与桩周土体间的间隙，提高桩基承载力并有效控制沉降。 1.3 加固改良目的 采用桩后桩底注浆工艺施工，可以做到保证桩径、桩长及单桩承载力要求。桩底后注浆工艺是在桩身砼达到终凝后，通过桩身预留注浆管，将具有流动性的水泥浆液，按一定的压力作用下压入桩底或桩身侧面缝隙
5、，使其充填密实，固化与桩身形成整体，从而达到提高单桩承载力，增强桩的质量稳定性，减少桩数、减少群桩的总体沉降、降低施工难度、节约造价的目的。 2 工程概况及水文地质条件 2.1 基本概况 拟建某北京重点酒店类建筑工程地处繁华商务区，包括一栋地下四层地上 25 层，高度 107m 的超高层星级酒店和一栋地下四层地上 28 层，高度 120m 超高层办公大厦及地下车库。本工程地基基础设计等级甲级、建筑桩基安全等级甲级，0.000 高程为 36.6m，主搂内设核心筒结构，设计主楼下采用的钻孔灌注基础桩，桩径 800mm，桩身采用 C40 混凝土，桩长 3144m，单桩竖向抗压承载力特征值 4900k
6、N。为满足建筑结构承载力、沉降要求，采用桩端桩侧复式后注浆基础改良技术，以提高性能，满足要求。 2.2 地下水类型及埋藏条件 根据岩土工程勘察报告，勘察期间于钻孔中实测到 4 层地下水，具体地下水水位情况参见表 1（“地下水情况一览表” ） 。 表 1 地下水情况一览表 注：根据场区地层及区域地下水位长期观测资料分析，工程场区埋深约 9m 内的粉土、砂土层具有赋存台地潜水的条件。 2.3 地质条件 根据项目岩土工程勘察报告 ，拟建工程场地地层，按成因年代可划分为人工堆积层和第四纪沉积层两大类，并按岩性及工程特性进一步划分为 17 个大层及亚层。桩长 3134m 的桩端持力层为：细砂-中砂或卵石
7、、圆砾层；桩长 4044m 的桩端持力层为细砂-粉砂。 3 后注浆设计和装置要求及参数确定 3.1 后注浆装置的设置 根据本工程的具体条件，本工程采用两种后注浆设计： （1）长度40m 的桩型后注浆装置的具体设计为： 桩端后压浆一道：设 2 根 25mm 焊接钢管绑扎于钢筋笼上，钢管底端各安装一个单向注浆阀，伸出钢筋笼底（桩端）10cm。桩侧后压浆一道：在细砂、中砂层中设桩侧注浆阀一道。其注浆导管为 20mm 焊接钢管，下端通过三通与花瓣形加筋 PVC 注浆管阀相连。 （2）长度40m 的桩型后注浆装置的具体设计为： 桩端后压浆一道：设 2 根 25mm 焊接钢管绑扎于钢筋笼上，钢管底端各安装
8、一个单向注浆阀，伸出钢筋笼底（桩端）10cm。桩侧后压浆二道：在 11 细砂、中砂层（平均标高-47.74m 左右）中及细、中砂层（平均标高-36.68m 左右）中各设桩侧注浆阀一道。桩侧注浆导管为20mm 焊接钢管，下端通过三通与花瓣形加筋 PVC 注浆管阀相连。 3.2 后压浆装置的要求 （1）注浆管及注浆阀的要求 后注浆钢管采用普通焊接钢管，壁厚不小于 2.5mm。 后注浆阀应具备下列性能：注浆阀应能承受 1MPa 以上静水压力；注浆阀外部保护层应能抵抗砂石等硬质物的刮撞而不致使管阀受损；注浆阀应具备逆止功能。 （2）注浆导管的连接 一般采用管箍连接或套管焊接两种方式。管箍连接方式操作简
9、单，适用于钢筋笼运输和放置过程中挠度较小的情况，本工程则适宜采用套管焊接。焊接套管直径应大于注浆导管，焊接必须连续密闭，焊缝饱满。考虑本工程的情况，注浆导管的连接采用焊接套管的方式；焊接方式如下图 1。 图 1 注浆管焊接方式示意图 3.3 后注浆注浆量计算 单桩注浆量的设计应根据桩径、桩长、桩端桩侧土层性质、单桩承载力增幅及是否复式注浆等因素确定，可按下式估算： 式中： 、分别为桩端、桩侧注浆量经验系数， =1.51.8， =0.50.7；对于卵、砾石、中粗砂取较高值； 桩侧注浆断面数； 基桩设计直径（m） ； 注浆量，以水泥质量计（t） ； 对独立单桩、桩距大于 6d 的群桩和群桩初始注浆
10、的数根基桩的注浆量应按上述估算值乘以 1.2 的系数； 根据上述公式，=1.8， =0.7；根据计算结果结合水文地质条件，确定每根桩桩端注浆量确定为水泥 1.8t，每道桩侧注浆水泥 0.8t。 3.4 后注浆参数的确定 注浆参数包括注浆压力、浆液配比、注浆量、流量等参数。正式施工前，应进行试验，确定最终的注浆参数。 （1）注浆参数的选择：注浆材料为水泥浆液，水灰比选择为 0.50，注浆流量控制在 50L/min 左右。 （2） 桩端注浆终止注浆压力应根据土层性质及注浆点深度确定，对于非饱和黏性土及粉土，注浆压力宜为 310Mpa；对于饱和土层注浆压力宜为 1.24MPa，软土宜取低值，密实黏性
11、土宜取高值。 （3）单桩桩端注浆量确定为水泥 1.8t，单桩桩侧注浆水泥 0.8t。 （4）后注浆作业开始前，宜先进行注浆试验，优化并最终确定注浆参数。 4 基础桩后压浆施工及验收 4.1 工艺流程 制作钢筋笼、设置压浆管 检查压浆管质量 安装压浆阀，吊装钢筋笼 检查压浆阀质量 灌注混凝土 配制水泥浆，桩侧压浆 配制水泥浆，桩端压浆。 4.2 后压浆施工机械设备及材料 表 2 后压浆施工机械设备一览表 说明： （1）注浆泵采用 2-3SNS 型高压注浆泵，最大注浆压力不小于8MPa，流量不小于 50L/min； （2）压浆泵监控测压力表 2.5 级 16MPa 抗震压力表； （3）浆液搅拌机为
12、与注浆泵配套的 YT-340 型浆液搅拌机，容积0.34m3； （4）输浆管为高压流体泵送输浆管，额定压力不下于 8MPa。 （5）注浆材料采用 P.O42.5 水泥。 4.3 安装压浆管和压浆阀 管件设置要点如下： （1）压浆导管上端均设有管螺纹、管箍及丝堵；桩端压浆导管下端设 1“螺纹及用以旋接桩端压浆阀的管箍；桩侧压浆导管下端设有 G3/4“螺纹及用以插接桩侧压浆阀的三通。 （2）压浆导管的连接均采用套管焊接，焊接必需连续密闭，焊缝饱满均匀，不得有孔隙、砂眼（每个焊点应敲掉焊渣检查焊接质量，符合要求后才能进行下一到工序） 。 （3）压浆导管与钢筋笼固定采用 12 号铅丝十字绑扎固定方法，
13、绑扎应牢固，绑扎点就均匀。桩端压浆管绑扎于加劲箍内侧，并尽可能与钢筋笼主筋靠紧绑扎固定绑扎点为每一道加筋箍处；桩侧压浆导管绑扎于螺旋箍筋外侧，绑扎点间距为 1.0m。 （4）压浆导管的上端宜低于桩施工作业地坪下 300mm（视具体情况可略作调整） ；桩端压浆导管下端口（不包括桩端压浆阀）距钢筋笼底端230mm（注：钢筋笼最下一道加劲箍应调至纵筋底端之上 300mm 处） 。 （5）钢筋笼起吊后入孔前，旋接桩端压浆阀，钢筋笼入孔过程中插接桩侧压浆阀，空孔段压浆管应预先焊接好，与钢筋笼绑扎连接好，一次起吊入孔。 （6）钢筋笼入孔吊放过程中不得反复向下冲撞和扭动；钢筋笼应沉放到底，严禁悬吊。 （7）
14、桩灌注完毕孔口回填后，应插有明显的标识，加强保护，严禁车辆碾压。 4.4 注浆时间与施工顺序 （1）注浆作业应于桩基础混凝土灌注施工 1530d 后进行。 （2）先进行桩侧注浆，且先上后下，后桩端注浆，间隔时间不小于2h。 （3）桩端注浆时，不同注浆管内等量注浆。 （4）注浆作业距离钻孔施工作业距离不小于 810m。 （5）群桩注浆，先外后内。 4.5 后注浆终止时间 当满足下列条件之一时可终止注浆： （1）注浆总量和注浆压力均达到设计要求； （2）注浆总量已达到设计值的 75%，且注浆压力超过设计值。 （3）当注浆压力长时间低于正常值或地面出现冒浆或周围桩孔串浆，应改为间歇注浆，间歇时间宜为
15、 3060min，或调低浆液水灰比。注浆总量已达到设计值的 75%，注浆压力不足预定压力的 75%时，应调小水灰比，继续压浆满足预定压力。 （4）若水泥浆从桩侧溢出，应调小水灰比，改为间歇注浆。 （5）桩侧压浆量不足设计标准，可按照其不足量的 1.2 倍由桩端注浆时补压入。后注浆施工过程中，应经常对后注浆的各项工艺参数进行检查，发现异常应采取相应处理措施。当注浆量等主要参数达不到设计值时，应根据工程具体情况采取相应措施。 4.6 后注浆桩基工程质量检查和验收 后注浆桩基工程质量检查和验收应符合下列要求： （1）后注浆施工完成后应提供水泥材质检验报告、压力表检定证书、试注浆记录、设计工艺参数、后
16、注浆作业记录、特殊情况处理记录等资料； （2）在桩身混凝土强度达到设计要求的条件下，承载力检验应在后注浆 20d 后进行，浆液中掺入早强剂时可于注浆 15d 后进行。 5 结论与结语 取得的主要认识和结论如下：具有流动性的水泥浆液，按一定的压力作用下压入桩底，渗透能力因受到周围致密土层的限制，使压力不断升高，压力升高对桩端持力层起压密作用，明显提高了桩端土体的承载力。水泥浆注入桩身侧面缝隙，使其充填密实，固化与桩身形成整体，有效减少桩侧滑移沉降。后注浆明显改善地基土层密实和群桩整体稳定性。 通过钻孔灌注桩桩底桩侧后注浆改良技术，可以达到提高桩基承载力、增强群桩稳定性，减少桩数、有效控制和限制桩基沉降，并取得了良好的经济效益，有良好的推广价值和应用前景。 参考文献 1原建博 鹿群 李慧霞.河北工程大学学报（自然科学版）D 邯郸：2010，第 4 期. 2张家忠.中华民居D 2012， （3）.
