桩端后压浆技术及应用实例.doc

桩端后压浆技术及应用实例
1 前言
近年来，桩端后压浆技术由于能有效的提高桩体竖向承载力而得到广泛应用，逐渐发展成为一种常规技术手段。
压浆法是指利用液压、气压或电化学原理，通过注浆管把浆液均匀地注入地层中，浆液以填充、渗透和挤密等方式，挤走土颗粒间或岩石裂隙中的水分和空气后占据其位置，经人工控制一定时间后，浆液将原来松散的土粒或裂隙胶结成一个整体，形成一个结构新、强度大和化学稳定性好的“结石体”的一种方法。
桩端后压浆技术是指在桩孔成孔后在桩端持力层中预先埋设灌浆花管，并将灌浆管路引至地面，然后进行钻孔灌注桩的混凝土浇注，并于混凝土初凝后终凝前用压浆设备（灌浆泵）通过灌浆管路将固化液（一般为水泥浆液）压入桩端持力层中，通过固化液的渗流、凝固，对桩端持力层进行挤密、固结，在桩端一定范围内形成相对密实体，从而提高桩端承载力，减少桩基沉降。
2 桩端后压浆技术的优点
桩端后压浆技术近年来应用颇为广泛，，通过桩端后压浆处理的灌注桩与普通灌注桩相比，具有以下几个优点：①相同条件下（主要是地层、桩径、桩长等因素），前者单桩竖向承载力一般可提高20～40%，最大可提高80%以上，承载力提高的幅度与桩端持力层的性质密切相关；②在一定压力下的浆液上返会增加桩与桩间土的粘结强度，从而提高桩的侧摩阻力，同时浆液的劈裂作用可渗入地层中，起到加筋作用；③灌注桩的抗拔承载力及抗震性能有一定程度的提高；④若在设计时考虑后压浆对承载力提高的有利影响，可相对减少桩的数量，或减少桩长、桩径，或减少承台数量，将会减少工作量，减少钢筋、混凝土的用量，缩短施工周期，节约大量生产成本。例如郑州某高层建筑通过桩端、桩侧后压浆试验，单桩承载力提高了110~140%，设计时按提高80%进行设计，使桩数减少50%左右，成桩后经静载荷试验，全部合格，取得了很好的技术经济效益；⑤若设计时按正常地基承载力进行设计，不考虑后压浆对承载力的影响，而将其作为安全储备，则可提高建筑物的安全系数。
3 桩端后压浆机理

在地基处理中，压浆机理主要有以下几类：渗透固结作用、充填挤密作用、劈裂加筋作用。
渗透固结作用一般应用在渗透性强、可灌性好的砂土和碎石土中，浆液在较小的压力下渗入桩底或桩侧土体中一定距离，形成一个结构完整、强度高的结石体，增大了桩端的承载面积和桩侧的摩阻力，从而可提高桩的承载力。一般要中砂以上，渗透系数＞10-1cm/s。此类压浆主要用于无充填物的溶洞、采空区及洞室处理等方面。
充填挤密作用是指通过钻孔在土体中灌入极浓的浆液，在灌浆点使土体挤密，在注浆管端部附近形成“浆泡”。当浆泡的直径比较小时，灌浆压力基本上沿钻孔的径向扩展。随着浆泡尺寸的逐渐增大，便产生较大的上抬力而使地面抬动。此类压浆方式主要用于中砂地基，粘土地基中若有适宜的排水条件也可采用。
劈裂加筋作用是指在压力作用下，浆液克服地层的初始应力和抗拉强度，引起岩石和土体结构的破坏和扰动，使其沿垂直于小主应力的平面发生劈裂，使地层中原有的裂隙或孔隙张开，或形成新的裂隙或孔隙，浆液在土中形成网状结石，对土体起到加筋作用。
桩体浇注完毕后，经过一定时间的初凝，通过预埋于桩体的注浆管进行压力注浆，固化浆液（水泥浆）通过预埋于桩端持力层内的花管形成射流，对持力层进行劈裂、切割、挤压形成渗流通道，浆液通过渗流通道进入桩底沉渣和持力层中，在桩端一定范围内形成强度较高的密实体，相当于桩底扩大头的作用，使桩端的实际支撑面积增大，桩周的界面条件得到改善，提高了桩基的竖向承载力。同时，在一定压力下浆液会沿桩与桩间土的接缝上返一定高度，浆液固化后会增加桩与桩间土的粘结强度，在一定程度上增加了桩的侧摩阻力。
4 后压浆技术的施工工艺
桩端后压浆施工工艺流程见图1：

成 孔
清 孔
下 笼
二次清孔
桩身混凝土浇注
混凝土养护7-15天，初凝后，终凝前
桩端后压浆
28天养护
载荷试验
结 束
制作钢筋笼
下每节钢筋笼时，均对压浆管路进行密封性检查，不合格的需提笼检查，合格后方可进入下道工序
混凝土浇注1—2天后压清水打通压浆管路
埋设注浆包、注浆管

（先压水检查管路的畅通情况，再压稀浆，后压浓浆）

图1 桩端后压浆施工工艺流程示意图

灌浆材料可以选用水泥浆液、化学浆液等，水泥浆液以其价格低廉、适应性广等优越条件被广泛使用，丙凝等化学浆液因其价格昂贵，一般不被采用，只有可灌性较差的特殊情况下才使用。
必要时，压力注浆前可先进行压水试验。压水试验可以了解地层的可灌性，为灌浆量、灌浆压力的选择提供设计依据。同时，压水试验可以打开灌浆通道，提高可灌性。压水试验可采用单点法，即简易压水试验。压力可采用灌浆压力的80%，当超过1.0MPa时，采用1MPa。
灌浆压力的选择与桩端持力层的密实程度、渗透性、灌浆位置、桩长等因素有关，需综合考虑以决定灌浆压力的大小。灌浆压力太小，浆液扩散范围不大，灌浆量较少，灌浆效果不明显；灌浆压力太大，当超过桩的自重与桩的侧摩阻力之和时，会造成桩的上抬，致使桩端悬空，对桩的安全造成一定影响。故灌浆压力一般可通过灌浆试验确定。在无灌浆试验的情况下，可采用灌注桩的自重作为灌浆压力，根据有关经验，在卵石层中灌浆压力一般采用0.5～2.0MPa，最大压力控制在3.0MPa左右。在满足最大灌浆压力的情况下稳压时间不少于5min。

压浆量对极限承载力的影响非常明显。对桩端压浆，压浆量相差0.8t，其承载力提高幅度相差41.7%；对桩侧、桩端压浆桩，压浆量在3～4t时，随压浆量增加，其承载力提高幅度增大，但超过4t后，不增反降。因此，压浆存在一个合理的压浆量，超过该值以后，无助于承载力的提高。根据灰色关联分析，无论哪种灌浆工艺，起主要作用的是压浆总量，且桩端压浆对承载力的影响大于桩侧压浆。
灌浆方法一般采用孔口封闭纯压式灌浆方法。灌浆过程中宜采用间歇灌浆，间歇灌浆的目的有两个，一是为使浆液尽可能充填并滞留在桩端有效控制范围内；二是节约灌浆材料，降低生产成本。间歇的时间根据灌浆情况而定，在小压力大流量的情况下一般应采用间歇灌浆，间歇时间一般为30min。如间歇灌浆效果不佳，可在浆液中掺加丙凝等速凝材料，加速浆液的凝固，并适当延长间歇时间。
桩底预埋压浆管埋设形式可分为直管、十字交叉管、U型管等形式。
压浆的结束标准：①在规定的灌浆压力下浆液的灌入量满足设计要求；②最大压力的稳压时间满足设计要求；③地面冒浆或相邻桩孔串浆。以上三条应同时满足。
5 应用实例
5.1工程概况
小浪底和顺园住宅小区位于洛阳市南昌路，该工程由D、E座综合楼（简称4#楼）和A、B、C座住宅楼及商业楼三部分组成。总占地面积15185m2，总建筑面积57260 m2。
D、E座综合楼平面为不规则矩形，长28m，宽21.9m（等效宽度），地上16层，高度为55.5m，地下1层，地下室埋深-4.0m，框架-剪力墙结构，最大柱距8m，单柱最大轴力11000KN。
A、B、C座住宅楼平面均为矩形，地上12层，总高度约38m，地下1层，地下室埋深-3.0m，剪力墙结构，单桩轴力按3600KN考虑。
采用人工挖孔扩底灌注桩基础，以卵石层为基础持力层，桩端进行后压浆。桩径采用￠800～1400mm。
5.2地质条件
施工场地地貌单元属洛河Ⅱ级阶地前缘，西邻近秦岭余脉南山。勘探深度范围内揭露土层可分为7层，①层为素填土，②层为新近堆积（Q42al+pl），③层为第四系全新统冲洪积（Q41al+pl）黄土状粉质粘土，④～⑦层为第四系上更新统冲洪积（Q3al+pl）黄土状粉质粘土、粉土及碎石土。场地主要物理力学指标见表1
表1 主要物理力学指标
层 号
土 名
fakkPa）
ES1-2或E0（MPa）
qs（kPa）
qp（kPa） D≥800mm
①
素填土
80
5.2

②
新近堆积
100
3.5
20

③
黄土状粉质粘土
150
7.5
28

④
黄土状粉质粘土
145
9.7
25

⑤
黄土状粉质粘土
180
16.0
33

⑥
黄土状粉土、粉质粘土
160
17.7
28

⑦
卵石
800
55
80
2000
地下水埋深18.94～21.10m，属孔隙潜水，赋存于⑦层卵石层中，主要以大气降水入渗和侧向径流补给，以开采和径流为主要排泄途径。因采用人工挖孔灌注桩施工，需进行施工降水措施。
5.3后压浆设计方案
①压浆管的布设：压浆管为直管，采用￠25×2mm的钢管，长0.8m，底部0.5m打成花管作为射浆管，射浆管外部用三层薄膜缠绕，。桩孔完成及沉渣清理后，先打入护管，后下入射浆管，然后将护管拔出，射浆管进入持力层0.5m。射浆管与压浆管用丝扣连接，延伸至地面。每根桩底埋设两根注浆管，一用一备。
②浆液的制作：压浆材料选用42.5R普通硅酸盐水泥，按水灰比0.6：1制成纯水泥浆液，并由300目过滤筛过滤浆液。
③制浆设备：制浆设备选用普通搅拌机，搅拌时间不少于3min，自制备至用完的时间宜小于4h。
④压浆设备压浆设备采用BLW-150型灌浆泵，该灌浆泵提供的最大压力为4MPa，满足容许压力大于1.5倍最大灌浆压力的要求。灌浆管路采用高压灌浆胶管。
⑤压力的调节与检测：在回浆管路上安装灌浆阀门，用以调节压力的大小。在灌浆泵和灌浆孔口处均安设压力表，用以检测压力的大小，实际灌浆压力宜在压力表最大值的1/4～3/4范围内。
⑥压浆时间：压浆时间应根据桩身混凝土的初凝与终凝时间确定，本工程压浆时间选择在成桩7～15天后进行。
⑦压浆参数：根据实际地层及压水试验情况综合确定压浆参数，开环压力0.2～0.4MPa，终止压力2.0。
⑧平均注浆量：￠800～1000mm桩按1.5T水泥控制，￠1100~1400mm桩按2.5T水泥控制。
⑨压浆终止标准：待注浆量及注浆压力达到以下任何条件之一，关上管口阀门，进行屏浆，屏浆时间不少于20min后，终止压浆。
a. 注浆压力≥2.0MPa；
b. 单桩注入浆液的灰量≥3.0T；
⑩试桩时间：压浆15天后进行现场静载荷试验。
5.4载荷试验结果
本工程采用目前较为先进的自平衡载荷试验法，在4#楼桩基范围内共进行了6根试桩的静载荷试验（灌前3根，灌后3根），其试验结果见表2。
表2 试验结果
桩 号
桩径（mm）
扩底径（mm）
模拟桩最大加荷（KN）
累计沉降（mm）
残余沉降（mm）
模拟桩极限端阻（KN）
端阻尺寸效应系数
单桩竖向极限承载力值（KN）
29（灌前）
1400
3400
2000
33.47
23.44
2000
0.617
22400
99（灌前）
1400
3400
2000
23.68
16.40
2000
0.617
22400
120（灌前）
1400
3700
2000
26.82
19.37
2000
0.600
25800
13（灌后）
1400
3700
2400
17.43
7.29
2400
0.600
30900
29（灌后）
1400
3400
2400
18.51
7.83
2400
0.617
26800
120（灌后）
1400
3700
2400
15.12
6.76
2400
0.600
30900
经检测，单桩竖向承载力均满足设计要求，根据29、120号桩桩底灌浆前后的试验结果对比得知，在同级荷载下灌后沉降量明显小于灌前，承载力有所提高（桩端持力层为中密卵石，其原始承载力较高，灌浆后其承载力提高了20%左右），灌浆效果较明显。
6 结论

卵石层因其可灌性较好，进行桩端后压浆对提高单桩承载力效果非常明显，一般能提高20～40%，甚至更高。同时可提高桩端持力层的变形模量，减少沉降量。压浆参数的选择应根据实际地层情况、灌注桩的情况决定，必要时应进行压水试验，为设计方案提供依据。
实践证明，采用桩端后压浆技术达到了预期的目的，满足了设计要求，取得了良好的技术经济效益。目前，桩端后压浆技术作为一项新型技术，尚未形成成熟的理论，亦未形成统一的技术标准，其应用多以经验为主，在以后应积累更多的实践经验，不断完善该项施工工艺，拓展桩端后压浆技术的应用范围。