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桩基后压浆注浆工艺施工技术研究

一、 课题的提出
（一）工程概况
1、工程概况
鲁新矿井由新汶矿业集团有限责任公司内蒙古鲁新能源开发有限公司投资兴建，工程地点位于内蒙古自治区锡林郭勒盟乌拉盖开发区境内。由煤炭工业济南设计研究院有限公司设计；设计桩长45.00米，设计桩径 1000㎜×10棵 、 800㎜×60棵、 其中试验桩2组。桩体内安装声测管4棵。为增强桩体的摩阻力在桩体内安装注浆导管70棵，采用后压浆注浆工艺。桩采用C35混凝土抗渗等级S8,采用抗硫酸盐硅酸盐水泥，掺入矿物参和料、掺入钢筋阻锈剂。后压浆注浆水泥标号与桩体混凝土水泥标号一致，单桩注浆量设计值（以水泥重量计）：桩径800为7.54t；桩径1000为9.42 t。
二、课题分析
⑴冻结井壁土层融化后对侧阻力的影响
鲁新矿井主井井口使用冷冻法开凿成井，使井壁周围土质长期冻结，井口周围的桩位及设计桩长深度仍处于冷冻期，桩基施工完成后，在未来1-2年内井壁周围冻结的土质会逐渐融化，在上部荷载的作用下会发生融缩沉降现象，降低桩的承载力，影响结构安全。
⑵桩砼灌注对侧阻力的影响
桩在钻孔过程中为防止孔壁坍塌，采用泥浆护壁，在桩砼灌注时使泥浆上翻，由于砼是靠自重来保证密实的，在砼灌注过程中泥浆难免会在孔壁残留，再加上砼在水化反应过程中难免会发生收缩，这些因素都会对侧阻力正常的发挥产生不利影响，影响桩的承载力。
上述因素影响下的桩身即使本身质量很好，也会对桩承载力形成不利影响，造成桩承载力的下降。
如何采取措施克服上述不利因素，在桩身质量完好的情况下把桩的侧阻力发挥到极致，从而满足设计要求，对桩基工程至关重要，直接决定整个建筑物的结构安全和使用，决定着建筑物建设的成败。
三、解决方法（桩基后压浆注浆施工工艺）
1、后压浆施工原理
本工程采用桩端和桩侧后压浆工艺，通过预埋在桩身的注浆管将能固化的浆液注入桩端土层，这些浆液通过渗透、填充、置换、劈裂、压密及固结等物理和化学形式共同作用，改变了桩端及其附近土体的物理力学性质，使桩端阻力得到不同程度的提高，桩的沉降量减小，桩的承载性能得到改善。
2、后压浆施工工艺流程
后压浆施工工艺流程： 注浆准备——开环——注浆管道首次注浆——注浆管循环注浆——满足注浆终止条件——终止注浆
3、压浆管布置
根据图纸设计要求和后压浆注浆工艺和操作流程，桩端后压浆的压浆管2根￠25无缝钢管布置在钢筋笼的内侧，下端伸到桩底标高下端以上400㎜处设一道压浆环管，与2根￠25无缝钢管连接。再上顶部每隔12米处设一道压浆环管，其中压浆环管一端与其中一根￠25无缝钢管连接，压浆环管另一端接入从自然地坪面另外接入1根￠25无缝钢管连接。根据本工程桩长计算，压浆环管设置不少于4组，￠25无缝钢管每颗桩不少于5根。顶端高出地面0.3m。
4、压浆管制作
压浆管材料：压浆直管采用直径￠25无缝钢管，压浆环管采用直径￠20的优质塑料管。
压浆直管连接采用焊接或丝口连接，上端口用丝堵密封，底口焊接三通，注浆环管绕钢筋笼一周后与三通连接，形成注浆管路系统。注浆环管上按间距4-6cm在管上、下和外侧设置出浆口，出浆口直径为5mm。出浆口设置完成后用胶带封口，压浆环管外包橡胶套，以保证钢筋笼运输和下设时不破坏压浆环管。
压浆管与钢筋笼绑在一起，用堵丝将注浆管上口封住，防止异物堵塞压浆管。压浆直管所有接头应密封，防止由于出现连接质量原因导致注浆管堵塞。
5、浆液材料及配比
①浆液原材料
压浆所用原材料水泥与桩体混凝土水泥必须一致。配合高效减水剂和膨胀剂。
②浆液配比
压浆采用浆液水灰比为0.65。（根据配合比数据调配）浆液采用搅拌筒搅拌，在水泥浆搅拌过程中掺加高效减水剂和膨胀剂，一般掺加0.7％的高效减水剂和10％的砼膨胀剂(内掺)。搅拌时严格按技术交底配比计量，搅拌时间要充分，浆液搅拌要均匀，确保水泥浆有良好的和易性。
6、压浆量
根据设计要求单桩注浆量设计值以水泥重量计：桩径800为7.54t；桩径1000为9.42 t
7、压浆操作工艺
⑴桩灌注完成12小时后完成“开环”工作，即先用高压清水将压浆管打开，在确定压浆管畅通后，保持压水5分钟，水压根据情况可比压浆时稍低。“开环”完成后将压浆管口密封，防止异物掉入管内。

⑵在成桩48小时后，进行压浆工作。
⑶注浆量分配：桩端注浆管的压浆量控制在总量的30-40%，其余量均分在桩测注浆管中，或按照设计图纸要求进行压浆，本工程以压浆量为主，压浆压力为辅进行，注浆压力一般不超过2MPa。
⑷压浆压力控制
压浆压力包括开塞压力、压注清水压力、压注稀浆压力和压注稠浆时的压力。根据工程实践，开塞压力比较大，有时可达10Mpa，但由于开塞压力是克服密封压浆孔的保护装置，因此开塞压力无需控制。一般情况开塞压力也仅是瞬间压力，一旦后压浆装置开通后，压力即可下降。开塞所用的压力泵其压力应不小于20Mpa。
在压注清水时的压力应加以控制。防止清水在过高压力下向桩周土渗透，一般情况下可控制在1.0MPa左右。
⑸压浆终止条件以压浆量为主，压力控制为辅。即首先要保证各压浆装置分配估算的压浆量全部压注完毕。当出现问题时，可采取如下措施予以处理。
①当一个压浆装置由于压力太高浆液压不进时，可通过另一个压浆装置将剩余浆液压注完毕。
②当一个压浆装置压浆量没有达到设计要求压浆量时，出现冒浆或串浆，可暂时停止压浆，并用清水冲洗压浆装置，停止60min后，再进行复压，如此反复直到达到设计压浆量。复压压力可适当大于首次注浆压力，最大可达2~3MPa。如果压浆量仍达不到设计要求，停止压浆，将剩余浆液按比例注入另一个压浆管。
③当某个压浆装置达到设计压浆量，但仍能继续压浆且压力较低时，应停止压浆，改用稠浆继续压浆。
⑹当稠浆压浆量达到设计压力值时，应稳定压力15分钟，然后停止注浆，以使浆液尽可能在桩端均匀渗透扩散，并达到最大的饱和状态。
⑺出浆孔在压浆管下设前一定要密封，下放钢筋笼时要注意由于孔壁摩擦或其它原因而造成密封破损，而导致出浆孔堵死。
⑻压浆时如果出现下列异常情况时，可采取相应措施解决：
① 发现桩孔壁周围出现冒浆现象，立即终止压浆。找出冒浆原因
② 在一根管压浆时，如果另一根管冒浆，应立即封闭冒浆管，直至压浆管的压浆量达到设计值后，关闭压浆管，依次进行其他管的压浆。
③如果压浆管的压力很小（或无压），而压浆量又异常大时，或者周围的地层出现冒浆现象时，应停止压浆，用清水将压浆管的浆液清理干净，暂停6～12小时后，改用稠浆再行压浆。
⑼为防止压浆时水泥浆液从临近薄弱地点冒出，压浆的桩应在混凝土灌注完成2d 后，并且该桩周围至少8m 范围内没有钻机钻孔作业。
⑽压浆时应做好施工记录，记录的内容应包括施工时间、压浆开始及结束时间、压浆数量、压浆压力以及出现的异常情况和处理的措施等。
四、实施效果
大量的桩基工程实践表明，通过桩基后压浆注浆工艺对桩与孔壁间隙注浆，改变了桩侧、桩端及其附近土体的物理力学性质，使桩侧阻力和端阻力得到不同程度的提高，桩的沉降量减小，桩的承载性能得到较大改善。该技术可以在桩基工程中广泛应用，大大提高桩承载力的结构可靠性能。