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钻孔灌注桩后压浆施工技术在工程中的应用
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来源:《建筑科技与管理》
2009年第3期供稿文/申达强&张全荣&杨国俊
[导读]钻孔灌注桩后压浆工艺是近几年出现的新型施工工艺，用以在较低造价的情况下提高桩基承载力，在具体施工中，可以采取具体情况单独解决的办法，这样可以达到令人满意的效果。
【摘要】钻孔灌注桩后压浆工艺是近几年出现的新型施工工艺，用以在较低造价的情况下提高桩基承载力，在具体施工中，可以采取具体情况单独解决的办法，这样可以达到令人满意的效果。
【关键词】钻孔灌注桩；高压喷射；固结体；单桩承载力
钻孔灌注桩后压浆是一项旨在提高桩基承载力、减少建筑物沉降的灌注桩后处理技术。他可以充分利用成桩混凝土周围扰动的土体，以及没有及时排出的泥浆，利用高压喷射水泥浆挤出这些土体和泥浆，在桩端和桩周形成固结体，从而在施工成本较低的情况下大幅度地提高单桩承载力的一种新型施工工艺。下面我用本公司负责施工的郑州立基上东国际桩基工程为例来具体说明此施工工艺。
1.&工程概况&&&&&
拟建的立基上东国际位于郑东新区CBD外环的商务西三街与商务外环路交叉口东北角，由主楼与群楼组成，占地面积约5808m2，建筑物主楼地上33层，高120m，平面呈近四八变形，对称分部，三层地下室，拟采用核心筒剪力墙结构；裙楼建筑为地上四层，高约20m，地下室三层，框架结构；基础埋深约15.0m,荷载标准组合时主楼基底压力平均值约为666KPa，拟采用桩筏基础。
根据北京正东国际建筑工程设计有限公司提供的设计图纸，基础共有3组试桩，共15根，待试桩检测结束后，再进行工程桩施工。锚桩钢筋笼通长设置，桩身砼为主楼C35。主楼基桩桩径800mm,&桩数15根，施工桩长51.5m。
2.&工程地质概况
依据河南省有色工程勘察有限公司提供的勘察报告（详勘），知该场地地形较平坦，所在地貌单元属黄河冲积平原。场地表面尤其是北部回填不少建筑垃圾。场地地表东南高、西北略低。
&&&&场地⑨、⑩层为粉砂和中砂，施工时要引起注意，防止坍塌和事故的发生，其余土层情况详见勘察报告。
3.&主要施工方法
3.1施工工艺采用泥浆护壁、正循环钻进成孔、钻工灌注桩后压浆施工方法，其施工工艺分述如下：
3.1.1.1轴线测量。　　由于该工程为空间网架结构，近似于椭圆，柱网布置复杂，对桩基础定位的精度要求非常高，为此，我们采用了当今国际上先进的日本产“GTS-311S电子全站仪”，对每一道轴线进行精确测量，并设立控制桩标志，最后会同监理、建设方一起复核。
3.1.1.2桩位测量。按照设计图纸要求，对该工程的桩位放线测量，我们计划采用极坐标法和平面直角坐标法交叉进行，精确地确定每一个基桩的位置，其精确度估计如下：
GTS-311S型电子全站仪测距精度高，为一级测距仪，标称固定误差δ=3mm,标定值仅为0.21mm,由于场地测距较短,其余误差可以忽略，所以其测距误差应小于3mm&。
GTS-311S型电子全站仪的测角精度为2秒，加上光学对准误差、照准误差以及二倍照准误差(2c),其测角误差不会大于10秒。
不论采用直角坐标法，还是极坐标法测量，一个点的测量受纵横两项误差的影响，横向误差受角度的影响,其值可认为是10秒,纵向误差受测距精度的影响，其值可以是3mm，纵向误差受测距长度的影响较小,横向误差受测距长度的影响较大,其值随长度的增长而递增20m时误差为1mm,50m时误差值为2mm,由于该场地距离较小,所以横向误差一般小于2mm。
放样完成后，请监理、建设方一起验收，并办理复核签证手续。
3.1.2护筒埋设。按规范要求进行挖孔、埋设，注意护筒中心与桩心位置偏差&5cm，然后在护筒周围用粘土捣实，防止护筒周边冒浆，确保开钻时护筒不发生偏斜。
3.1.3钻机就位。确保钻机转盘中心与桩心重合(测锤测定)，并调整钻机水平、钻架垂直、稳固（水平尺、靠尺测定），就位误差控制在5mm之内。
3.1.4成孔钻进。(1)采用正循环钻进方法成孔；(2)选用三翼笼式钻头，钻头外径要符合设计要求；(3)根据不同的地层，选择不同的钻进速度；(4)钻进时，必须保持泥浆性能，以保证不坍孔，顺利钻进为原则，确保成孔质量。
3.1.5清孔。钻进达到设计孔深后，先校对孔深。(1)第一次清孔。为提高清孔效果，当钻进接近设计孔深4～5m时，开始适当加入清水，加快泥浆净化速度，达到设计孔深后，将钻头提离孔底10～20cm，清孔排渣。清孔过程中，要有专人测量沉渣厚度和泥浆性能，符合要求时，可终止第一次清孔。&(2)第二次清孔。在安装钢筋笼和下入&导管之后，再一次测量孔底沉渣厚度，如超出规范要求，利用导管正循环法再次清孔。(3)填碎石。清孔完毕，浇筑混凝土前，填入40cm厚的40-50石子，将注浆管开孔段填埋，避免混凝土封堵。同时保证压浆时管路的畅通。(4)后注浆。工程桩浇筑结束3-7天开始注浆。注浆前先用清水打开管路，使注浆管下部畅通，保证水泥浆能顺利通过。
3.1.6钢筋笼的制作和安装
3.1.6.1钢筋笼的制作。严格按照设计图纸要求和建筑桩基技术规范JGJ94-94规定进行制作；钢筋笼的规格和技术要求详见图。&&
3.1.6.2钢筋笼安装。吊放钢筋笼时应对准孔位轻放、慢放入孔,不允许左右旋转，若遇阻，应停下来查明原因进行处理，严禁高起、猛落、碰撞和强行下放。为使钢筋笼安装标高准确、定位稳固，根据每个桩位的标高计算出钢筋笼应下入的深度，由专人测量吊筋的长度，并用水准仪现场复核，笼顶标高误差控制在1.0cm之内。
3.1.7灌注混凝土
3.1.7.1灌注方法。采用导管灌注水下混凝土施工方法，即将密封连接的导管作为水下混凝土的灌注通道，其底部以适当的深度埋入混凝土内，在一定的落差压力作用下，形成连续密实的混凝土桩身。导管灌注混凝土的优点是:能向水深处迅速地灌注大量混凝土，不用排水，利用有利的地下条件对混凝土进行近乎标准的养护，作业设备和器具较为简单，能适应多种施工条件。
3.1.7.2混凝土的配制。根据国家有关规范和设计要求，该灌注桩混凝土标号为&C25、C35，坍落度为18cm～22cm。混凝土为商品砼。
&&3.1.7.3混凝土的运输。选用混凝土运输车将混凝土直接送至现场。
3.1.7.4导管。灌注导管性能应符合下列要求:(1)导管采用200mm的钢管，每节长1.5m，导管连接采用法兰垫胶垫密封连接而成。(2)每节导管平直，其长度偏差不得超过管长的1％。(3)导管连接部位内径偏差不大于2mm，内径光滑平整。(4)法兰盘螺眼分布均匀，每个螺眼距导管中心距相等。(5)将单节导管连接为管柱，其轴线偏差不得超过0.1％。(6)橡胶圈或胶皮垫密封性能可靠，保证在水下作业时管内不渗漏，胶皮垫的厚度3～5mm。(7)对新投入使用的灌注导管应选在地面进行拼接试验，检查导管是否弯曲、连接的可靠性，丈量核对导管柱的实际长度，并进行压水试验。试验时的压力以不小于0.5～0.7MPa为宜。
3.1.7.5灌注混凝土。(1)隔水塞采用聚乙烯塑料薄膜包裹混凝土而成，大小应小于导管内径1～2cm。在保证隔水塞能顺利排出的情况下，尽量减小导管与孔底的距离，以保证导管首次埋深超过1米，导管距孔底的距离一般取0.3～0.5m。(2)灌注应连续不断地进行，混凝土灌注间隔时间应尽量缩短，提升拆卸导管所耗时间应严格限制，一般不超过15分钟。(3)灌注时经常测量混凝土面的上升高度，并适时提升拆卸导管，保持导管的合理埋深在2～5米。控制最后一次灌注量&，保证桩头砼超灌60～80cm。
(4)混凝土灌注过程中，应有专人记录灌注量、灌注时间、导管提出和孔内长度，出现异常也应如实填写记录。(5)由实验员做好试块样品，并做好养护工作，认真填写编号、取样时间。(6)完成灌注待混凝土初凝后，提出护筒。
3.1.8施工工艺流程图（见图1）。
3.1.9资料整理。(1)所有生产过程必须经建设方、监理、施工方代表签字验收合格后，方能转入下一道工序。(2)定桩位应填写定位测量表、桩位复核表。(3)护筒埋设与钻机就位，填写护筒埋设、钻机就位表。(4)钻孔、清孔，&各机长应做好施工记录，及时填写基桩钻孔记录，画好柱状图，对地层进行准确描述，填写桩孔终孔验收单。(5)灌注混凝土时，填写水下混凝土灌注记录。(6)钢筋笼验收时应填写钢筋笼制品吊装验收表。(7)全部工作做完后，应填写隐蔽工程验收表。(8)由施工员、质检员、安全员各自整理、保存好各自的技术资料，最后统一整理装订成册，与竣工报告一起提交给建设方存档。
3.2施工顺序。依据设计图纸，在项目部的统一指挥下，采用同等的钻机，在各自的施工区内依次施打，互不影响，引进竞争机制，展开劳动竞赛，奖优罚劣，高速、高效地完成任务。
4.&钻孔灌注桩后压浆施工
4.1后压浆工艺简介。钻孔灌注桩后压浆是一项旨在提高桩基承载力、减少建筑物沉降的灌注桩后处理技术。它的基本原理是成桩3-7天后，通过预埋在钢筋笼上的桩底压浆阀，向桩底压入一定量的水泥浆，通过翻浆，固结桩底沉渣和桩侧泥皮，而提高钻孔灌注桩的承载力。其作用原理由以下几种方式：
图1基桩施工工艺流程图4.1.1渗透固结作用。在渗透性强、可灌性好、空隙率大的砂土和碎石土中，浆液在较小的压力下渗入桩底和桩侧土体中一定距离，形成一个结构性强、强度高的结石体，增大了桩端的承载面积和桩侧的摩阻力，从而提高桩的承载力。
4.1.2胶结泥皮作用。因工艺因素的影响，钻孔灌注桩成桩后，在桩土界面附有一层结构松散、强度较低的泥皮，使桩侧摩阻力程度降低，影响桩承载力的发挥。压浆时，浆液在压力作用下破坏泥皮结构并与其混合在一起，重新固结后形成强度较高的水泥土。浆液沿桩土界面上升的高度与土的可灌性、注浆压力等因素有关。在可灌性好的土层中，浆液在土层中容易扩散，则沿桩土界面上升的高度较小，在可灌性差的土层中，浆液在土层中不易扩散，就沿强度较低的桩土界面渗透，上升高度较大。
4.1.3充填挤密作用。浆液在压力作用下沿桩土界面向上运动，在破坏泥皮结构的同时，对应力释放和受扰动后强度降低的土层进行加固，主要表现为充填空隙和一定的挤密作用，从而提高桩侧摩阻力。
4.1.4劈裂加筋作用。当注浆压力较高，能克服土体阻力时，会产生劈裂效应，浆液在土中形成网状结石，对土体起到加筋作用。在不同的条件下，后压浆的加固机理会表现出不同的形式，在可灌性好的砂土地层中，一般以渗透固结作用为主；在粘性土层中，往往由胶结泥皮、填充挤密及劈裂加筋综合作用。&
4.2压浆工艺选择及压浆管布置。根据本场地土层特点、桩基设计要求和后压浆设计要求，采用桩端压浆工艺。(1)压浆管采用25mm焊接钢管，丝扣连接。(2)压浆管沿钢筋笼通长布置，绑扎于钢筋笼外侧，随钢筋笼下放，逐根拧紧，在下放过程中注入清水并检查连接密封情况。钢筋笼到位后，随时用堵头封堵。(3)注浆管下端下至孔底。在40cm范围内开花孔，花孔在注浆管上双向开孔，孔的上间距为5cm。(4)下笼、下管结束，安装混凝土导管洗孔，洗孔完毕浇注混凝土之前，填入40cm厚40～50石子，将注浆管开孔端填埋，避免混凝土封堵。同时保证压浆时管路的畅通。(5)桩浇注后7天开始注浆。注浆前先用清水打开管路，使注浆管下端部畅通，保证水泥浆能顺利通过。
4.3压浆控制原则。根据设计要求，主要对注浆水泥用量进行控制，同时观察压力表变化情况，辅助注浆工作开展。(1)水泥用量：根据设计要求，每根桩要求水泥用量为1.5吨，达到1.5吨应停止注浆，注浆量已满足设计要求。(2)每根注浆管注浆量为0.75吨。(3)水灰比：施工水灰比为1：0.4~0.6。(4)注浆压力：注浆压力主要辅助注浆工作，根据以往经验，注浆压力控制在2.0MPa以内，达到2.0MPa应停止注浆，注浆量已满足设计要求。(5)注浆时若出现冒浆、串浆情况，应停止压浆，间歇20～30分钟，继续压浆。
5.&施工结果
经黄河水利委员会勘测设计研究院桩基检测，该工程Ⅰ类桩95%以上，无Ⅲ、Ⅳ类桩。达到了优良等级，完成了预定的质量目标。
(1)由工程桩静载试验结果说明，经过我们的技术处理，施工完全达到了设计的要求，这说明，它是符合工程实际的，比较实用的一种方法。
(2)后压浆的设计跟地层情况密切相关，要根据实际施工时的地层情况变化，适时地调整注浆的压力值，以便保证桩的承载力。
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