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1、【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流钻孔灌注桩后压浆方法.精品文档.钻孔灌注桩后压浆方法 简介： 灌注桩后压浆技术（国际通用名的英语为External grouting.我国习惯用Post-grouting）是土体加固技术与桩工技术的有机结合。分为桩身后注浆(shaft grouting)与桩端后压浆（base grouting）。要点是在桩身砼达到予定强度后，用注浆泵将水泥浆或水泥与其它材料的混合浆液，通过予置于桩身中的管路压入桩周或桩端土层中，桩周（身）压浆会使桩土间界面的几何和力学条件得以改善，桩端压浆将使桩底沉渣、施工桩孔时桩端受到扰动的持力层得到有效的加固或压密，进而
2、提高桩的承载能力。关键字：灌注桩 后压浆 技术 0. 概述灌注桩后压浆技术（国际通用名的英语为External grouting.我国习惯用Post-grouting）是土体加固技术与桩工技术的有机结合。分为桩身后注浆(shaft grouting)与桩端后压浆（base grouting）。要点是在桩身砼达到予定强度后，用注浆泵将水泥浆或水泥与其它材料的混合浆液，通过予置于桩身中的管路压入桩周或桩端土层中，桩周（身）压浆会使桩土间界面的几何和力学条件得以改善，桩端压浆将使桩底沉渣、施工桩孔时桩端受到扰动的持力层得到有效的加固或压密，进而提高桩的承载能力。1. 分类1.1 桩端后注浆施工工艺分
3、类目前可归纳为两大类。一类是在桩底予置柔性注浆腔（囊），通过桩内予置的导管向腔中压入水泥浆形成扩大头，并挤压加密周围土体。简称桩底封闭式后注浆法（见图A.10 a）。另一类是在桩底由予置管式单向阀与内导管组成后压浆装置。简称开式后压浆工法（见图A10 b）。a）封闭式柔性胶腔结构示 b）开式注浆管示意图A.10 桩端后压浆示意1.2 桩侧压力注浆工艺分类按桩侧注浆管设置分为沿钢筋笼纵向设置（见图A.11）和沿钢筋笼环向设置两类。图A.11 桩侧后压浆示意 2. 后压浆技术发展进程史D.A Bruce指出，桩端压力注浆桩自1961年在修建Maracaibo大桥桩基中首次应用以来，得到了广泛的应用
4、。（参阅）之后，法国（专利编号2331646）、英国与德国等都开展了桩基后压浆的研究与应用，大多用有柔性腔封闭式工法。我国孔德华1992年提出并获得实用新型专利（ZL922026246）封闭式后注浆工法，西南交通大学岩土所研究开发的腔式桩端压力注浆装置，于1994年鉴定完成，从理论与实践上系统地进行了研究并得到较为广泛的应用。无注浆容器的开放式桩端后压浆工法，我国是从上世纪八十年代后期（1987）由北京市建筑工程研究所首次开发的，是在长螺旋成孔基础上，在桩底设置固定式隔离钢板，用钢管与PVC管的组合管为注浆管。承载力提高12倍，后在北京、沈阳、锦州地区得到推广。国外W.G.KFleming（1
5、993）指导了用U形注浆管形式的开式后注浆工法。形式示意图见图A.10.b。对于无容器开式桩底注浆工法，压入桩底的浆液可直接进入土体，固化沉渣。而且通过渗透注浆（粗粒土）、或劈裂注浆（细粒土）作为对桩底一定范围的土体相应的加固，但其缺陷是浆液注域可控性低，护壁泥壁厚时，易出现桩壁有夹泥带现象。关于侧壁注浆与上述桩端后压浆工法开发时间一致，由于它在山西应用中，对承载力增幅远底于桩端后压浆工法，即使设置3道环形注浆管的情况下，其效果也不及仅设桩端后注浆工法，因此，本文不在多叙，仅将欧洲灌注桩施工规程（Execution of special geotechnical wonk-Bored pile
6、s prEN 15861997年1月）附图A.11示出供参考。从注浆技术的要求考虑，如果土体注浆工法需满足定向、定域与定量“三定”要求，即注浆机理要明确，是渗入充填注浆、压密胶结注浆还是劈裂注浆，浆液流动方向及注浆域可控，注入量在予计量20%为好。按照上述要求，有容器闭式注浆工法应是桩端注浆首选工法，欧洲诸国多选此类工法。3. 施工要点3.1 注浆压力对有容器封闭式后注浆工法，它是按照渗入充填压密混合注浆理论进行的。即注入浆液是在有压作用的流动，它首先克服管路等的阻力而渗入腔内充填碎石等物质的孔隙中。浆液注入压力宜控制在受灌碎石体结构的不致破坏，只能使胶腔被充满，同时桩端沉渣体中的水份被挤走为
7、宜。此时，胶腔体的强度是能够满足不致胀破。在河南巩县某煤炭铁路专用线里沟桥桩基后压浆试桩实例说明，桥试桩桩长10.1510.25m，设计桩径0.5m，地基土为轻微湿陷性黄土，孔隙比e=0.823，液性指数IL=0.37，湿陷系数s=0.02，厚度达到15m，采用有胶腔的封闭式桩端后压浆工法，完成试桩3根，有关试桩的资料列于表1或图1（a）与（b）。表1 试桩数据表桩号桩径(m)桩长(m)桩身砼极限荷载桩顶位移(mm)试桩条件A0.5(0.55)*10.25C25280070.53桩端后压浆B0.5(0.59)10.22C25280074.12桩端后压浆C0.5(0.54)10.15C25180
8、046.71未压浆*（）内数值为实际成孔值。图1（a）试验场地布置图 （b）各试桩的PS曲线 现示出根据测微计、钢筋计等测试原件实测得出的桩顶位移S与桩侧平均摩阻力Pf，桩端阻力Pe的关系曲线（见图2、图3），从图示形态可看出，各桩的Pf，Pe与桩顶位移S的关系没有本质的区别，桩顶位移只需几毫米时，就可使桩侧阻力得到充分发挥，并很快达到极限状态。只是经过桩端后压浆的A、B两桩的Pf值较常规桩C为大。对于端阻力Pe，A、B两桩最终趋于极限值，而C桩未达到极限。即是A、B端阻率较C桩大，其值分别为16.6%、17.0%与12.9%。图2各试桩SPeSPf曲线 图3各试桩桩顶荷载P与Pe 、Pf关系
9、曲线 值得重视的是各桩达到极限荷载时，桩顶位移值差别很大，未压注浆的C值最大沉降量为48.88mm（相应的桩顶最终加载量为2000kN）。而A、B两桩的相应沉降值分别为75.26mm和76.67mm。（桩顶荷载值分别为3000kN与3200kN）产生的最主要的原因是由于桩底压注浆液时，胶腔发生破裂，浆液中的水渗入黄土中，造成桩端持力土体局部增湿，土层局部软化，强度降低，引起沉降所致。因此，压浆时不应产生胶腔破裂是很重要的。胶腔材质要求：抗拉伸强度14MPa，拉断伸长率400%。注浆终止压力：关于封闭式胶腔桩端后注浆工法的理论，我们是采用Vesic提出的球体空腔扩张理论（或称膨胀理论），向桩端柔
10、性胶腔注入水泥浆，浆液与腔内的填充骨料密实结合，并向外扩挤，形成向腔周围土体施加的压力。在这种均布径向膨胀力的作用下，腔外一定厚度的空心球形区域达到塑性平衡状态。随着压力增长，塑性平衡区也不断膨胀，直到腔体压力达到抗剪强度极限压力（见图4）。图4灌注桩后压浆压力的控制分析分析表明，注浆极限压力的大小是由以下因素确定的。 桩端周围土体的强度指标C、； 桩端周围土体的变形指标Es、； 桩端周围土体所承受的上覆压力q； 桩端周围土体的平均体积应变。上述诸因素中，以及一般假定体变的平均值为零，对于无粘性土，最主要的影响因素是桩端的埋置深度（即桩长）和桩端持力层的内摩擦角。对于粘性土和粉土，内摩擦角是最
11、主要的因素。对于中密以上的砂、砾（卵）石土，目前常用的注浆压力为2-3.5MPa，高时可达到4MPa，对于粘性土与粉土，压力一般均小于3MPa，压浆压力过大时，会使桩端土体接近于，甚至超过极限压力，对于将来承受基础荷载是不利的。关于应用球体扩张理论和其解析分析，可得到压力控制的一些结论（见图5）供参考，这些控制标准的应用效果是良好的。图5注浆极限压力 3.2 桩顶抬升随着浆液逐步压入胶腔，会使腔体的周围呈幅射状扩压，挤压腔周地层，并通过均压桩端预置于胶囊顶部的钢板，使桩体产生微量抬升，一般控制抬升量在0.5-1.5mm，不应超过3mm。钢板应有足够刚度，我们据试验规定，其厚度为2.5-3.0m
12、m。3.3 水泥浆体当水灰比小于0.8特别是达到0.50.6时，水泥浆体是塑性体而非牛顿体，在小管径管内流动时比较困难，需要克服较大的阻力，要求加大供浆泵压。虽然压力大了易于流动，但是会使浆液在浆管出口及渗入胶腔中的流动状态和条件出现变化，如紊流等，这将不利于渗入注浆与压密扩腔作业。因此，国内外许多注浆工法都建议，对水灰比小于0.的浆液注浆时，注浆管径不小于30mm。再者，根据我们采用水灰比为0.550.6水泥浆的经验，为了增加浆液的流动性，加入适量的木钙等减水剂是可行的。同时加入少量的浆液悬浮稳定剂。关于浆液结石率，一般为85-88%，平均为86%，在腔内充填粒料设计合理，浆液中加必要的防止
13、失水收缩的微膨胀剂时，会取得更好的注浆结石效果。3.4 注浆用水泥材料表2 两类混凝土试块无侧限抗压强度统计表 水泥型号 强度（MPa）PO型PS型备注R312龄期3dR72515龄期7dR2832.532.5龄期28d建议使用PO型普通硅酸盐水泥或高早效强水泥，而不选用PS型矿渣水泥，后者早期强度低，干缩性大，且抗碳化能力差。曾在多个工地进行两类试块的测试，平均结果如表2。4、承载性能机制分析图6、图7分虽为各试桩的轴力分布，桩侧摩阻力分布，及其发挥过程。从试验曲线可看出，加荷初期（前两级荷载），桩侧摩阻力的分布是上大下小，这是由于靠桩顶部分桩身压缩量大，桩土间产生相对位移，从而桩侧摩阻力得
14、以发挥，而下部桩土相对位移小，摩阻力较少发挥。随着荷载的增加，桩身下部的桩土间相对位移量增大，桩侧摩阻力得以较充分发挥，如C桩，当桩顶荷载P为1600kN，地面下7 m深处桩侧摩阻力达到138.7kPa；而当桩顶荷载P达到极限荷载1800kN，相应于7m的桩侧摩阻力达到161.3kPa。桩端附近桩侧摩阻力更大。（9m深度也是如此，P=1600kN，f=174.2kPa；P=1800kN，f=183.21kPa）。对桩端后压浆桩的桩端附近，侧摩阻力增大为更明显。见图7之a、b）。这是由于桩底下土层压实过程产生予压实，径向扩张与握裹作用的效果（见图6）。可用极限滑动面理论表述。图6各试桩的轴力图图
15、7各试桩桩侧摩阻力分布图当桩端的土体在压力腔作用下产生压缩时，超过一定限度后地基中产生剪切滑动面，由于桩埋置较深，滑动面不会延伸到地面，又因为桩的对称性滑动面所含的土体应是一个心形体，通过桩轴线的任一截面所截得的图形如图8所示，这也就是梅耶霍夫在求解深基础时所取的破坏图式。图8从图8可知，当桩端处的I区受压向下滑动时，将通过区和区的土体向区的土体施加压力和剪力，最终迫使区的土体压密并对桩体产生握裹作用，从而使得桩的摩阻力加大。另外由图8也可知道这种摩阻力加大的现象仅发生在桩的下部。总之，采用后压浆工法对提高基桩竖向承载力的效果是显著的。提高幅度与采用的工艺参数、方法、持力地层条件与桩的长度（入土深度）等因素有关。据山西地区30余项后压浆桩基工程的数据，承载力提高幅值为同条件常规桩的11.5倍，（需说明的是试桩一般只加荷至设计值的两倍或略超，并未真正达到极限值），而桩顶沉降有大幅降低，一般降低率有4060%，相应的沉降值为10-15mm。