钻孔灌注桩中后压浆施工技术的探讨

摘要:现今我国的高层建筑迅猛发展,对地基承载力的要求越来越高,其基础形式一般采用灌注桩基础,为了满足设计要求,灌注桩的持力层要求是较为完整的岩石层,桩长和桩径尺寸往往很大,使得地下部分的造价在整个工程总造价中占较大的比例,同时由于桩长很长,也给施工造成很大的困难。在我国有些地区,地貌属于山前冲积平原单元,地质在穿过粘土层后,是一层较厚的碎石层,能否将这一地层加固,达到设计要求,作为基础的持力层呢?基于这种考虑,我国设计和施工工作者经过多年的探索和实践,总结了一套钻孔灌注桩后压浆法加固桩端地基的方法,大大缩短了桩长,取得了良好的经济效益。
　　关键词:钻孔灌注桩，加固机理，施工技术
　　1加固机理
　　桩端后注浆钻孔灌注桩技术是工业与民用建筑、土木工程领域中,用于提高桩基单桩承载力、减小桩基变形的一项新技术。桩端后注浆是指钻孔、冲孔和挖孔灌注桩在灌注成桩初凝后,通过预埋在桩身中的注浆管,用高压注浆泵向桩端地层注入能固化的具有一定压力的浆液,对桩端虚土及桩端附近的桩周土层起到渗透、填充、置换、劈裂、压密及固结等多种形式组合的不同作用,消除虚土与泥皮,改变桩与岩、土之间的边界条件,从而提高桩的承载力并减少沉降量。
　　2压浆参数的设定
　　压浆参数主要包括压浆水灰比、压浆量以及闭盘压力,由于地质条件的不同,不同工程应采用不同的参数。在工程桩施工前,应该根据以往工程的实践情况,先设定参数,然后进行试桩;试桩完成后达到设计的强度,进行桩的静载试验,最终确定试验参数。
　　(1)水灰比水灰比一般不宜过大或过小,过大会造成压浆困难,过小会使水泥浆在压力作用下形成离析,一般采用0.5～0.7,且先注稀浆,后注浓浆。
　　(2)压浆量指单桩压浆的水泥用量,它与卵砾石含量以及桩间距有关,取决于卵砾石层的孔隙率。在碎石层碎石含量为50%～70%,桩间距为4～5m的条件下,压浆量一般为115～210t,它是控制后压浆施工是否完成的主要参数。
　　(3)闭盘压力指结束压浆的控制压力,一般来说什么时候结束一根灌注桩的压浆,应该根据事先设定的压浆量来控制,但同时也要控制压浆的压力值。在达不到预先设定的压浆量,但达到一定的压力时就要停止压浆,否则压浆的压力过大,一方面会造成水泥浆的离析,堵塞管道;另一方面,压力过大可能扰动卵砾石层,也有可能使桩体上浮。一般闭盘的最大压力应控制在0.3MPa。
　　终止压浆,总的控制原则是以压浆量为主,压力控制为辅。根据预先设定的参数,进行试验桩的施工,再根据试桩的静载试验结果,确定工程桩的压浆参数。
　　3后压浆施工技术
　　3.1施工工艺流程
　　灌注桩成孔钢筋笼制作→压浆管制作→灌注桩清孔→压浆管绑扎→下钢筋笼→灌注桩混凝土→后压浆施工。
　　3.2施工技术要点
　　(1)压浆管的制作
　　在制作钢筋笼的同时制作压浆管。压浆管一般采用直径为30～45mm、壁厚大于2.5mm的钢管制作,接头采用丝扣连接,两端采用丝堵封严。压浆管长度比钢筋笼长度多出55cm,在桩底部长出钢筋笼5cm,上部高出桩顶混凝土面50cm但不得露出地面以便于保护。压浆管最下部20cm制作成压浆喷头(俗称花管),在该部分采用钻头均匀钻出4排(每排4个)、间距3cm、直径3mm的压浆孔作为压浆喷头;用图钉将压浆孔堵严,外面套上同直径的自行车内胎并在两端用胶带封严,这样压浆喷头就形成了一个简易的单向装置:当注浆时压浆管中压力将车胎迸裂、图钉弹出,水泥浆通过注浆孔和图钉的孔隙压入卵砾石碎石层中,而混凝土灌注时该装置又保证混凝土浆不会将压浆管堵塞。
　　(2)压浆管的布置
　　将2根压浆管对称绑在钢筋笼外侧。成孔后清孔、下钢筋笼,在钢筋笼吊装安放过程中要注意对压浆管的保护,钢筋笼不得扭曲,以免造成压浆管在丝扣连接处松动。喷头部分应加混凝土垫块保护,不得摩擦孔壁以免车胎破裂造成压浆孔堵塞,并按照规范要求灌注混凝土。
　　(3)压浆施工顺序
　　压浆时采用2根桩循环压浆,即先压第1根桩的A管,压浆量约占总量的70%(111～114t水泥),压完后再压另1根桩的A管。然后,依次为第1根桩的B管和第2根桩的B管,这样就能保证同一根桩2根管压浆时间间隔30～60min,给水泥浆一个在卵砾石层中扩散的时间。压浆时应做好施工记录,内容包括施工时间、压浆开始及结束时间、压浆数量以及出现的异常情况和处理措施等。
　　4压浆施工中出现的问题和相应的处理措施
　　4.1后压浆钢管的连接
　　(1)存在的问题
　　有些单位为节约成本常采用焊接方法连接压浆钢管,但由于压浆钢管壁比较薄,很容易被电焊焊穿,钢管虽然连接上了,但却存在孔洞,浇注混凝土时压浆管将会被水泥砂浆堵塞。结果由于无法压浆导致承载力达不到设计要求,最终引起质量事故。
　　(2)处理措施
　　①采用丝扣连接方式连接压浆钢管。②每节压浆管安设入孔后均应同步进行注水检验,发现管内水位下降应及时查明原因。
　　4.2压水
　　(1)存在的问题
　　灌注桩后压浆工艺施工时有些施工单位只注重压浆施工本身,却往往忽视压水以疏通压浆的通道,误以为压浆管安装没有问题就能正常压浆了。事实上,后压浆的通道除了压浆管以外还应包含包裹住压浆管出口的混凝土覆盖层,如不针对具体情况采取相应的措施,极易导致无法压浆。
　　(2)处理措施
　　①压浆成功与否的关键程序之一是压水,一般正常情况下应在桩身混凝土浇注完24h内进行压水,以疏通压浆通道。②在桩端或桩侧压浆部位如出现扩孔、塌孔或充盈系数较大时,特别注意应提前压水,压水应在混凝土浇注完5h左右进行,以确保能冲开较厚的混凝土覆盖层。
　　4.3喷头打不开
　　(1)存在的问题压力达到10MPa以上仍然打不开压浆喷头。
　　(2)处理措施说明喷头部位已经损坏,不要强行增加压力,只可在另一根管中补足压浆数量。
　　4.4终止压浆的控制
　　(1)存在的问题
　　①某些施工单位常以压力大大超过设计压力为由,在压浆量与设计要求相差较大时即终止压浆。②压浆量虽然超过了设计要求,压力却很小即终止压浆。③压浆量还未达到设计要求时,水泥浆从附近冒出地面就终止压浆。
　　(2)原因分析
　　①压浆量与设计要求相差较大时压力却较高,往往是因为操作不当引起的,即压浆开始或刚压入部分水泥浆时就挂高档压浆,压力立即升高,形成无法压浆的假相。②如一开始压浆压力就较小,并且浆液从附近冒出,说明水泥浆很可能不是从指定的桩端或桩侧压浆部位压出的,而是从上部压浆管接头处压出的。③水泥浆液是向最为薄弱、阻力最小的地方进行渗透的,如果压浆初始状态就采用高档压浆,水泥浆液即会顺着桩身上窜冒出地面。
　　(3)处理措施
　　终止压浆总的控制原则是以压浆量为主,压力控制为辅。若水泥浆液是在其他桩或者地面上冒出,说明桩底已经饱和,可以停止压浆;若从本桩侧壁冒浆,压浆量也满足或接近了设计要求,可以停止压浆;若从本桩侧壁冒浆且压浆量较少,可将该压浆管用清水或用压力水冲洗干净,等到第2天原来压入的水泥浆液终凝固化、堵塞冒浆的毛细孔道时再重新压浆。
　　5结语：
　　目前全国可以借鉴的经验并不多,有待进一步的积累,再加上理论的探讨,最终形成一个成熟的技术,灌注桩后压浆具有提高单桩承载力,提高生产率,节约建设资金的优点,在具备条件的工程中推广后压浆施工工艺有着重要的意义和广阔的前景。