预制钢筋混凝土方桩桩端后注浆工艺设计与施工.pdf

5 8 探矿工程( 岩土钻掘工程) 2 0 1 2年第 3 9卷第 1 0期 预制钢筋混凝土方桩桩端后注浆工艺设计与施工 张 习上 赵 卫政 ( 1 安徽岩土工程有限责任公司上海分公司， 上海 2 0 0 1 2 2 ； 2 江苏兴厦建筑安装有限公司上海分公司， 上海 2 0 0 2 3 7 ) 摘要： 在分析了目前华东地区常用的钻孔灌注桩、 预应力混凝土管桩及预制钢筋混凝土方桩等几种桩型优缺点 的基础上， 提出了将桩端后注浆工艺与预制钢筋 昆 凝土方桩相结合的工艺， 并通过工程案例验证该工艺既能提高 单桩承载力 ， 节约成本， 又能够弥补钻孔灌注桩施工噪声大、 效率低 、 环境污染严重等不足。介绍了这种组合工艺 的设计与施工工艺。 关键词 ： 预制钢筋混凝土方桩 ； 桩端后注浆； 注浆管路系统 ； 桩靴注浆器 中图分 类号 ： T U 4 7 3 1 文献标 识码 ： A 文章编号 ： 1 6 7 2 7 4 2 8 ( 2 0 1 2 ) 1 00 0 5 8 0 5 De s i g n o f P i l e e n d P o s t - g r o u ti n g Te c h n o l o g y f o r P r e - c a s t Re i n f o r c e d Co n c r e t e S q u a r e P i l e a n d t h e Co n s t r u c ti o n Z H A N G 一 s h a n g ，Z H A O W e i z h e n g ( 1 S h a n g h a i B r a n c h ，A n h u i G e o t e c h n i c a l E n g i n e e r i n g C o ，L t d ，S h a n g h a i 2 0 0 1 2 2 ，C h i n a ； 2 S h a n g h a i B r a n c h ， J i a n g s u X i n g x u a C o n s t r u c t i o n a n d I n s t al l i o n C o ， L t d ， S h a n g h a i 2 0 0 2 3 7 ， C h i n a ) Ab s t r a c t ：Ba s e d o n t h e a n a l y s i s o n t h e a d v a n t a g e s a n d d i s a d v a n t a g e s o f b o r e d g r o u t i n g p i l e ，p r e s t r e s s e d c o n c r e t e p i p e p i l e a n d p r e - c a s t r e i n f o r c e d c o n c r e t e s q u a r e p i l e c o mmo n u s e d i n e a s t C h i n a a t p r e s e n t ，a t e c h n o l o g y o f t h e c o mb i n a t i o n o f p i l e e n d p o s t - g r o u t i n g a n d p r e c a s t r e i n f o r c e d c o n c r e t e s q u a r e p i l e w a s p u t f o r w a r d I t w a s v e r i fi e d b y p r o j e c t c a s e s t h a t t h i s t e c h n o l o g y c o u l d i n c r e a s e t h e b e a rin g c a p a c i t y o f s i n g l e p i l e wi t h l o w c o s t a n d a l s o c o u l d r e me d y d e f e c t s o f h i g h n o i s e，l o w e ffic i e n c y a n d e n v i r o n me n t a l p o l l u t i o n i n t h e c o n s t r u c t i o n o f t h e b o r e d gro u t i n g p i l e T h e p a p e r i n t r o d u c e d t h e d e s i g n a n d t h e c o n s t ruc t i o n p r o c e s s o f t h i s c o mb i n e d t e c h n o l o g y Ke y wo r ds：p r e c a s t r e i nfo r c e d c o nc r e t e s qu a r e p i l e；pi l e e n d p o s t - g r o ut i n g；gro u t i ng p i pe l i ne s y s t e m ；p i l e s h o e g r o u t i ng i n j e c t o r 0 引言 随着我 国城市发展建设进程 的不断推进 ， 市区 空闲土地面积的逐步减少 ， 导致建筑物沿纵 向高度 方向大幅提高 ， 平面布局受到大幅压缩 ， 市区内相邻 建筑物间距离不断减小 ， 对建筑物 的桩基础设计及 施工提出了更高的要求。 目前华东地区的上海 、 江苏 、 浙江等地桩基设计 采用较多的桩基础类型有钻孔灌注桩、 预应 力混凝 土管桩及预制钢筋混凝土方桩 。钻孔灌注桩具有单 桩承载力高 ， 对周边环境影响较小的特点 ， 但其施工 工艺环节繁多， 施工效率低 、 工期长 、 机械施工噪声 大等 ， 泥浆钻进施工及排放等问题对环境 的污染也 很严重 。预应力混凝土管 桩与预制钢筋 昆凝 土方 桩 ， 其施工工艺特点是机械施工效率较高， 施工现场 文 明施工效果好 ， 采用静压法施工环境 噪声污染较 小。但此2种工艺有着共同的缺点， 就是单桩承载 力低 ， 且施工挤土效应较大 ， 施工时须充分考虑对周 边道路管线及临近建筑物的保护 。单就此 2种桩型 相比较， 预应力混凝土管桩承受水平荷载能力很低， 抗剪效果差 ， 而预制方桩除了承受竖 向荷载 ， 同时也 可承受部分水平荷载 ； 从挤土效应方面看管桩又 比 方桩稍好些。可 以说几种工艺各有优劣 。因此 ， 如 何扬长避短 ， 采取有效措施弥补工艺缺点是现如今 亟待解决的问题。 从 1 9 9 6年至今 ， 有多人陆续研究对钻孔灌注桩 进行桩端后注浆 ， 以提高单桩承载力 ， 达到降低工程 成本的 目的 引， 但仍无法解决市 区内施 工钻孔灌 注桩工艺的众多缺点。所以笔者特别构思设计将桩 端后注浆工艺与预制钢筋混凝土方桩相结合 ， 既能 够提高单桩承载力 ， 节约工程成本 ， 又能够弥补钻孔 灌注桩施工噪声大 、 效率低 、 环境污染严重等不足。 1 注浆系统设计 1 1 设计依据 在国标图集 预制钢筋混凝土方桩 ( 0 4 G 3 6 1 ) 的基础上 ， 保持原图集方桩配筋不变， 对桩本身强度 不但不产生任何破坏 ， 反而因增设注浆管路在注 浆完成后有效提高了桩身的强度。 收稿 日期 ： 2 0 1 2 0 51 8 作者简介 ： 张 习上 ( 1 9 8 0一)， 男( 汉族)， 安徽 人 ， 安徽岩土工程有限责任公 司上海分公司副 总经理 、 工程 师 ， 土木工程及法律专 业 ， 从事 地基 基础工程施工管理工作 ， 上海市东方路 7 3 8号裕安大厦 7 0 4室 ， a h y t z x s 1 6 3 c o m。 2 0 1 2年第 3 9卷第 1 0期 探矿工程 ( 岩土钻掘工程) 5 9 1 2 设计方案 在预制钢筋混凝土方桩 中心增设 0 3 2 m m3 mm注浆管一根 ， 具体按照上 、 下节桩的不 同分别进 行布置。如果是多节桩 ， 中间桩 的设计桩头参 照下 节桩桩头 ， 桩底参照上节桩桩底进行布置 ， 以满足接 桩及管路连接要求 。 1 2 1 上 、 下节桩管路总体布置 上节桩注浆管贯通整根桩 ， 下节桩注浆管 自桩 身上部埋设至桩尖部位 ， 与注浆器相连接如图 1 、 2 所示 。 图 l 上节桩管 路系统示意 图 帽 器 环 图 2 下节桩管路系统 示意图 上 、 下节桩桩身中部基本剖面相同 ， 方桩桩身配 筋按照 国标 图集要 求进行 ， 如 I I剖 面 图所 示 ( 图 3 ) 。 I圭I 3 I l刮 回 圈 1 2 2桩顶注浆塞 因送桩需要 ， 桩顶部位注浆管用橡胶塞塞住后 ， 浇注在桩顶 内部 ， 待基坑开挖后将桩顶部凿除小部 分混凝土 ， 凿除深度 5 O 1T i m， 清理干净后拔除橡胶 塞 ， 连接注浆管后进行注浆 ， 如图 4所示。 1 2 3 接桩 上、 下节桩进行接桩时应注意注浆管对正 ， 在上 节桩注浆管管头部位涂抹硅酮密封胶后与下节桩注 浆管顶部压紧相连 ， 之后用连接角钢对上 、 下节方桩 四角进行电焊接桩作业 ， 详见图 5所示。 待凿除混凝土 橡皮塞 桩顶 上节桩 钢桩帽 预 留凹槽 下节桩 钢桩帽 图 4 桩顶橡皮塞示意图 4 5 。槽 口 下 节桩注浆 管 上下节桩注浆管 连接剖面大样图 图 5上 、 下 节 桩 接 桩 示 意 图 1 2 4 桩靴注浆器 整个注浆系统的关键部位 即为桩靴注浆器 ， 要 求注浆管与注浆器 的连接密封可靠 ， 注浆器空腔制 作时焊缝要求紧密 ， 不得有漏缝现象 ， 每个注浆孔下 方必须设置阻尼环 以适 当阻隔泥土进入空腔 内， 注 浆孔在压桩施工前须采取必要的密封措施。桩靴注 浆器如图 6所示。 空腔 剖 面图 图 6桩靴注浆器 2 施 工 工艺 方法 2 1 施工工艺流程 ( 图 7 ) 2 2 施工工艺方法 2 2 1 预埋注浆管路系统预制桩的制作 按照专利设计方案 ， 在工厂预制钢筋混凝土方 桩时预埋注浆管路系统 ， 方桩养护完成后运输至施 工现场按要求进行堆放。 6 0 探矿工程 ( 岩土钻掘工程) 2 0 1 2年第 3 9卷第 1 0期 预制方桩工厂加工制作 支模 I l注浆器加工制作 钢筋绑扎 、预埋注浆管路 混凝土搅拌 、浇注 、振捣 面 赢 _ 1 _ 童 ： 鲞 桩机就位、复核桩位 下节桩吊桩、喂桩 、沉 桩 T 检 查桩 的垂直度 中节桩 吊桩 、喂桩 T _ 一 臣重垂 口五回 i 下 节桩吊桩 、喂桩 。 。 。 。 。 。 。 。 。 1 。 。 。 。 。 一 匪 i 下节桩沉桩、送桩 基坑开挖后桩端后注浆 焊 缝检查、隐蔽工程验 收 图 7 施 T工 艺 流 程 图 2 2 2 测量放线 根据工程 的设计要求及现场情况 ， 在施工现场 设置测量基线点及水准点 ， 以满足工程施工的需要 ， 测量基线布设于建筑物的外侧 ， 定期检查校正。测 放桩位的样桩 ， 采用 0 8 mm钢筋或涂红色油漆作为 醒 目标记。测放的样桩， 应先凿 除桩位处混凝土地 坪及清除地下障碍物， 重新复位校正后， 经监理单位 复核后才能使用。其样桩误差 、 轴线左右误 差 1 0 m m， 轴线向桩位误差 1 5 mm。 2 2 3 桩的吊运 工厂预制混凝土方桩进场须经验收合格后方可 使用， 根据有关规定 ， 预制桩在使用之前 ， 会同 甲方 对桩的外形尺寸及外观质量进行检查 ， 对桩尖破损 、 桩身发生裂缝等 ， 不符合质量要求 的桩不用。对桩 的混凝土强度有疑 问时 ， 经有关部 门和人员检测鉴 定 ， 确定合格后才能使用。桩在 吊运过程 中必须平 稳并不得损坏， 垫木放置应上下对齐 ， 并与吊点的位 置相同( 见图 8 ) 。 2 2 4 沉桩 桩机就位后 ， 桩 吊至桩位 ， 桩顶套入桩帽 ， 桩尖 对准桩位并 插桩， 在桩机 的正面 、 侧 面用 经纬仪成 9 O 。 角同时校正 ， 在桩与导杆平行 ， 桩的垂直度符合 要求并采取防止溜桩的相应技术措施后 ， 方能投入 施工 ， 桩在压桩过程 中， 应密切观察桩的下沉情况 ， 并作好记录。 ( 1 ) 沉桩时 ， 桩的混凝土强度需达规范要求 ， 并 ( a ) 两点起吊 ( b ) 单 点 起 吊 图 8 桩起 吊示意图 满足 2 8天以上的龄期 。 ( 2 ) 沉桩施工要严格按施工组织设计 中规定的 施工流水顺序进行 。 ( 3 ) 沉桩前 ， 要按施工图核对桩号 ， 并要复核样 桩位置是否准确。 ( 4 ) 沉桩前 ， 要清除桩表面的附着物 ， 并在桩 的 侧面画上深度尺寸标志线。 ( 5 ) 桩提升就位 ( 又称插桩 ) 前 ， 桩 机机身要调 整水平。 ( 6 ) 若插桩时， 桩未能对准桩位， 应将桩拔起重 插 ， 若因遇地下障碍物 ， 桩偏离桩位时， 应将桩拔起 ， 清除地下障碍物 ， 将孑 L 回填后 ， 重新放上样桩 ， 再次 插桩 。 ( 7 ) 插桩和压桩过程 中， 都必须采用 2台摆放 位置互为正交的经纬仪 ， 控制桩身的垂直度。 ( 8 ) 沉桩施工系隐蔽工程 ， 按 隐蔽 工程规定要 求进行记 录， 自检 、 互检 、 交接检 ， 只有 复检合格的 桩 ， 才能进行下道工序。 ( 9 ) 沉 桩时启动压桩油 缸 ， 当桩人土至 5 0 e m 时， 再次校正桩的垂直度和平 台的水平度 ， 保证桩的 纵横双向垂直偏差 0 5 ， 然后启动压桩油缸 ， 把 桩徐徐 压下 ； 控制 施压 速度 ， 一般 不宜 超过 3 m m i n 。压桩应连续 同一根桩 中间间歇时间不宜超过 3 0 mi n。 2 2 5 接桩 接桩是压桩施工中的关键 工序 ， 每班 由班长和 兼职质量员进行检查 ， 专职质量员进行抽查 ， 班报表 应记录焊接人员名单， 责任落实到人。方桩采用电 焊接桩 ， 接桩前要清除焊接范围内的泥土等杂物 ， 然 后进行对称分段焊接 ， 减小变形和残余应力 ， 如有间 隙应用垫铁垫实焊牢。接桩用 的角铁必须满足图集 要求 ， 上、 下节桩之间的间隙应采用厚薄适当的铁片 填实焊牢， 接桩时应将四角点焊牢 固， 然后对称同时 焊接以减少焊接变形 ， 焊接时确保根部焊透 ， 电焊条 2 0 1 2 年第3 9卷第 1 0 期 探矿工程( 岩土钻掘工程) 6 1 型号均采用 E 4 3 相应牌号为 J 4 2 2 。 焊接时应做到上、 下节桩垂直对齐 ， 保证 上、 下 节桩 中心注浆管必须准确压人密封连接。检查桩端 板是否合格平整 、 端板坡 口上的浮锈及污物应清理 干净 ， 接点处理应符合下列要求 ： ( 1 ) 焊缝 连续饱满 ， 不得 虚焊漏 焊， 不 应有 夹 渣 、 气孔等缺陷 ； ( 2 ) 方桩接桩时上 、 下节桩的中心偏差 5 m m， 节点弯曲矢高不得大于桩长的 1 o ， 且不得大于 2 0 m m， 桩身弯曲度L 1 2 0 0 ， 方桩两端板之间间隙2 mm， 接缝错位 2 m m； ( 3 ) 焊接前连接角铁及端板坡 口上 的浮锈及污 物应清除干净 ； ( 4 ) 接桩质量应符合 钢结 构工程施工质量验 收规范 ( G B 5 0 2 0 52 0 0 1 ) 中对三级焊缝 的要求 ， 并按隐蔽工程验收后方可进入下一道工序施工。 2 2 。 6 送桩 送桩杆的中心线与桩的 中心线应重合 ， 送桩杆 标记应清晰准确。桩顶标高控制： 对于方桩控制在 一 5一+1 0 c m， 若设计有 贯入度要求则采用双控措 施 ， 原则上 以设计桩顶标高控制为主， 以贯入度控制 为辅 。送桩完及时记录最终贯人度并做好记录。 2 2 7 桩端后注浆 2 2 7 1 注浆前的准备 基坑开挖后 ， 凿除桩顶部分混凝土 ， 将 注浆管头 凿出， 拔除木塞 ， 连接注浆泵管 。向注浆管路 内注压 清水 ， 将注浆管路通路 。 2 2 7 2 水泥浆液配制 浆液水灰比控制在 0 4 5 0 6 5之间 ， 水泥采用 P 0 4 2 5普通硅酸盐水泥， 要求新鲜， 不结块。 2 2 7 3 水泥浆液细化 将水泥预先搅拌均匀成水泥浆液后 ， 通过砂 网 过滤 ， 放人细化加工机械 内进行湿磨细化加工 ， 待细 化合格后排到低速搅拌桶 内， 重新投料进行下盘细 化加工 ， 具体要求如下 ： ( 1 ) 细化时间控制在 2 3 m i n ； ( 2 ) 细化水泥浆液必须具有 析水性好 ， 流动性 好 ， 同时稳定性好； ( 3 ) 要求可注性强 ， 抗渗性好 ， 并具有早期抗压 强度好等性能。 2 2 7 4注浆 ( 1 ) 注浆必须连续进行 ， 中途停待不得大于 3 0 mi n。 ( 2 ) 经 细 化 的 水 泥 浆 液 达 到 其 设 计 浆 液 的 7 5 ， 方可注浆 。 ( 3 ) 桩端压注水泥量达到设计要求 ( 单桩常规 为 2 0 t ) 后即告终止 。 ( 4 ) 注浆过程中严格控制水泥浆液单位时间内 的注入量， 注浆压力控制在 1 2 4 0 M P a ， 终止压 力可在 4 0 MP a 左右。 ( 5 ) 每根桩水 泥用量 2 02 5 t ， 当泵压达到 4 0 MP a ， 而水泥量达 7 5 以上时， 也可结束注浆 。 ( 6 ) 注浆完成后对管路顶部进行封堵措施 。 ( 7 ) 认真做好注浆记 录， 并要 求及时、 真实 、 准 确。 3 工程案例 无锡龙湖滟澜山桩基工程 ， 位于无锡新 区， 地下 车库设计桩型为 A Z H一3 0 7 B， 采用 图集 预制钢 筋混凝土方桩 ( 0 4 G 3 6 1 ) ， 总桩数 1 0 9 9根， 设计单 桩抗压承载力 1 1 8 0 k N， 总计试桩 l 2根 ， 我们 另行 抽取 了 2根工程桩进行了后注浆试验。静载试验结 果详细数据对 比如表 1 、 2 ， 图 91 2 。 表 1 1 3 9号桩静载试验成果表 静载试验结果表明， 采用后注浆的桩单桩竖向 极限承载力达 到了 1 5 5 0 k N， 比不采用后 注浆的桩 提升了约 3 0 ， 设计桩数可 由原来 的 1 0 9 9根减少 至 8 5 0根左右 ， 经济效 益显著 ， 同时可 加快施工进 度， 缩短工程工期， 可见其良好的综合效益。 4结 语 按照以上设计对预制钢筋混凝土方桩进行细部 构造调整 ， 在桩身 内预埋布置形成一套完整精密 的 注浆管路系统， 沉桩结束后通过对预制方桩进行桩 6 2 探矿工程 ( 岩土钻掘工程) 2 0 1 2年第 3 9卷第 1 0期 表2 8 7 6 号桩静载试验成果表 。 0 1 1 8 2 3 6 3 5 4 4 7 2 5 9 0 7 0 8 8 2 6 9 4 4 1 0 6 2 1 1 8 0 l 2 3 g 4 一 b 6 7 8 0 1 2 3 4 5 6 7 8 图 9 1 3 9号桩 Q s曲线 1 gt m i n 1 O 0 图 1 0 1 3 9号桩 5 一l g 曲线 7 3 2 -2 3 6 k N 3 54k N _ 47 2k N 5 9 0 k N 7 08k N - 1 - -82 6k N - _94 4k N 1 0 62 kN +l 1 8 0 k N 端后注浆， 使桩端持力层土体固结、 挤密， 有效改善 持力层土体的物理力学性能 ， 提高持力层的土体强 0 1 2 3 4 目 5 6 7 8 9 l 0 。 1 5 5 3 1 0 4 6 5 6 2 0 7 7 5 9 3 0 l 0 8 5 l 2 4 0 1 3 9 5 j 5 5 0 图 1 1 8 7 6号桩 Q一5曲线 l gt m i 13 l 0O 图 1 2 8 7 6号桩 5 一l g t 曲线 ( ) ( ) ( - 3 l ( ) k N -0 - -46, 5 k N - -6 2 0 k N - - 7 7 5 k N -I - -9 3 0 k N -4 3 - -l 0 8 5 k N +l 21 ( ) k 、 I 3 9 5 k N 一 l 5( ) k 度 ， 从而大幅提高预制方桩的单桩承载力 ； 同时因单 桩承载力的提高， 桩数可相应减少 ， 使单位面积布桩 密度大幅减小 ， 又有效减小 了预制方桩 的挤土效应 对市区内周边建筑物及管线 的影响 ， 也降低 了保护 措施费用。总之 ， 静压预制方桩 与桩端后注浆的有 效结合 ， 对有效降低工程成本 、 减少环境污染能够起 到非常显著的作用。 参考文献： 1 毛广陵 钻孔灌注桩桩端桩侧压浆新工艺的应用 J 探矿： 程 ， 1 9 9 6， ( 6 ) 3 4 5 郑 昌晶， 张顺英 钻孔灌 注桩后 注浆加 固机理 及其应用 I 探 矿工程 ( 岩土钻掘工程 ) ， 2 0 1 1 ， 3 8 ( 8 ) 0 4 G 3 6 1 ， 预制钢筋 昆 凝 土方桩 S J G J 9 4 2 0 0 8 ， 建筑桩基技术规范 S 彭振斌 注浆工程设计 计算 与施工 M 湖北 武汉 ： 中国地 质 大学 出版社 1 9 9 7 刘金励 ， 等 ， 建筑桩基技术规范应用手册 M 北京 ： 中国建筑 工业出版社 2 0 1 0 0 l 2 3 4 5 6 7 8 9 0 目目