灌注桩后注浆技术在建筑施工中的应用

灌注桩后注浆技术在建筑施工中的应用杨龙（地测学院安全工程系2607080134）摘要：近年来我国的高层建筑迅猛发展,对地基承载力的要求越来越高，基础形式一般采取灌注桩基础,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做的很大，使得地下部分的造价在整个工程总造价中占有较大的份额，同时由于桩长很长给施工造成很大的困难。随着施工实践经验地累积，进一步的改良注浆装置，优化工艺参数和工艺流程，灌注桩后注浆技术已经日臻成熟，越来越广泛的被应用于城市高层甚至超高层建筑的桩基工程中，并取得了重大的经济效益和社会效益。本文主要分析了建筑工程施工中的灌注桩后注浆技术，并根据工程实例去分析探讨了应用该技术所取得的效益。关键词：建筑工程；灌注桩；注浆技术PILESOFPOSTGROUTINGTECHNIQUEINTHECONSTRUCTIONOFAPPLICATIONYangLong(Thesafetyengineeringcollegein2607080134)Abstract:Inrecentyears,therapiddevelopmentofhigh-risebuildingsinourcountry,thebearingcapacityoffoundationsoiltodemandmoreandmore,andageneralformtotakegroutingpilefoundation,inordertomeettherequirementofdesign,andthefillingpilebearingrequirementismorecompletethroughrock,pilelengthsandpilediametersizeoftenbelarge,makingundergroundpartofthecostinthewholeprojecttotalcosttohavealargeshareof,atthesametimebecausethepilelengthisverylongtodoalotofdifficultconstruction.Alongwiththeconstructionpracticeandexperienceaccumulation,furtherimprovedgroutingdevice,optimizationofprocessparametersandprocessflow,pilesofpostgroutingtechniquehasmaturegradually,moreandmorewidelyappliedincityhigh-riseeventallbuildinginthepilefoundationengineering,andmadegreateconomicandsocialbenefits.Thispapermainlyanalysesthearchitectureengineeringintheconstructionoffillingpilepostgroutingtechnique,andaccordingtotheengineeringcasetoanalysesanddiscussestheapplicationofthistechnologyhasbenefits.Keywords:buildingengineering;fillingpile;groutingtechnique1引言注浆法最早创始于1802年，由一名法国工程师开发应用于水闸工程。此后，注浆法成为坝基帷幕、地铁、隧道、以及建筑地基加固中一种广泛使用的方法。在此理论基础上，中国建科院于1994年研究开发出了灌注桩后注浆技术。此项技术最先提出的初始目标，是针对解决泥浆护壁钻孔灌注桩存在的桩底沉渣和桩侧泥皮的固有缺陷。2特点灌注桩后注浆技术是灌注桩施工的一种辅助工艺，它的基本原理是利用钢筋笼底部和侧面预先埋设的注浆管，在成桩后2~30d内进行高压注浆，浆液通过渗入、劈裂、填充、挤密等作用与桩体周围土体结合，固化桩底沉渣和桩侧泥皮，起到提高承载力，减少沉降等效果。后注浆技术包括桩底后注浆、桩侧后注浆和桩底、桩侧复式后注浆。目前以桩底后注浆技术使用较为广泛。灌注桩后注浆技术实用性很强，具有以下优点：可固化桩沉渣、泥皮，大幅度提高桩的承载力，减少沉降量。据资料显示，对于桩底持力层为细粒土的单桩承载增幅达30%~70%，对于粗粒土增幅可达50%~150%，甚至更高。可节省工程造价，技术经济效益显著，特别对于大直径，超长桩效果更为明显。采用后注浆技术与普通灌注桩相比可以减少桩径，缩短桩长，还可避免穿透较难穿越的地质土层，大大降低了施工难度，加快了施工速度。灌注桩后注浆技术几乎可以适用于各种地质土层及强、中风化岩层。开始多用于泥浆护壁钻孔、冲孔、挖孔灌注桩，近几年已经逐渐在各种干作业灌注桩工程中使用，效果明显。此外，后注浆预埋的内导管可以利用作声波透射法检测桩身完整性，注浆后可代替等强度截面钢筋，一管三用，也可提高经济效益。施工工艺简单，便于操作，在普及推广方面有很大优势。3.技术作用机理灌注桩后注浆技术提高桩承载力，减少桩沉降量的作用机理分析如下：桩端阻力的提高。高压浆液注入桩底，改变了虚土沉渣的物理化学力学性能及桩与岩层土体的边界条件。当桩底及周围土体为粗粒土时，浆液靠渗入胶结效应使其强度提高，粗颗粒沉渣被水泥浆液固化为中低强度混凝土；当土体为细粒土时，浆液以劈裂效应注入，与细颗粒土形成强度和刚度较高的网状加筋复合土体；在非渗透性中风化基岩中注浆时，如注浆压力不够大，浆液受岩体约束，只能渗透到沉渣孔隙，形成浆泡，挤压沉渣颗粒，沉渣间的泥浆充填物产生脱水固结，如压力足够大，则会发生劈裂注浆和挤密现象，从而提高端阻力。另外，由于浆液的充填胶结作用，在桩底会形成扩大头，增加了桩端受力的面积，也进一步提高了桩端承载。桩侧阻力的提高。桩侧后注浆中侧阻力的提高依赖于由桩侧注入的浆液以相同机理与土体结合。桩底后注浆中，由于浆液直接注入桩底，随注浆压力及注浆量增加，一部分浆液克服桩侧摩擦力及上覆土压力沿桩土界面不断向上泛浆，高压浆液冲破泥皮，渗入桩侧土体，使土体得到挤密加强，从而提高侧阻力。另外，桩底注浆可以使桩上抬而产生反向摩阻力，相似与“预应力”原理，提高侧阻力，沉降量的减少。土体刚度加强使桩沉降量减少，除此以外，在注浆压力作用下，使桩端压缩变形有部分在施工期内提前完成，也减少了日后使用期的竖向变形。4施工工艺要点4.1后注浆施工工艺流程注浆管阀制作安装，桩身砼浇注，注浆设备安装，注入浆液，注浆稳定，设备拆除。4.2注浆浆液的制备注浆浆液的稠度和可灌性是注浆工艺的重要因素之一。根据注浆泵的特点及场地地层条件，选择注浆液及注浆稠度。国内后注浆工程多采用以水泥浆为主的浆液，根据需要添加外加剂。而水玻璃类（硅酸盐）浆液以其具有无毒、价廉、凝结时间易控制的特性，在国际上应用较广。4.3后注浆施工机具施工机具分为地面注浆装置和地下注浆装置两大部分。地面注浆装置由高压注浆泵、浆液搅拌机、储浆桶、地面管路系统及观测仪表等组成；地下注浆装置由竖向导浆管、注浆管及桩端压力注浆装置等组成。4.4注浆终止控制标准后注浆最大注浆压力由桩身结构如有效桩长、桩径、桩入土深度等因素、桩的抗拔能力、土质条件决定。注浆前可根据上述条件估算其最大注浆压力，当注浆压力达到此压力并稳定一定时间后即可终止注浆；另一方面，也可根据地层条件及要求承载力提高幅度确定注浆量，当注浆量达到要求时也可终止注浆。由于注浆量的大小目前还没有成熟的公式可以预先计算，一般都是根据经验积累估算，通过试验来确定比较合理的注浆量，也可以采用注浆压力和注浆量双控制。4.5最佳注浆时间根据中国建科院开发的泥浆护壁灌注桩后注浆成套技术资料显示，后注浆可在成桩后2~30天内实施。事实上，由于注浆是通过高压注入，这就要求桩本身强度要足够。如果注浆过早，有可能因为桩身强度过低而破坏混凝土自身结构，或由于桩侧阻力不足导致浆液溢出地面；注浆过晚，则可能会因桩身泥皮硬化而影响浆液向上泛浆挤入桩身周围的土体，以致浆液向远处散溢流失，甚至引起串孔现象。所以在确定施工方案时一定要根据桩的设计强度来推算确定最佳注浆时间。4.6注浆工艺流程图图一5质量要求与检验成桩质量标准按现行桩基验收技术规范进行。后注浆施工操作及质量标准可执行中国建科院企业标准《灌注桩后注浆技术规程》。施工过程中，应经常对后注浆的各项工艺参数进行检查。如对于注浆管，须检查其长度、材质、接口的质量等等。发现异常及时整改。完成桩基工程后，按现行标准进行单桩竖向承载力及桩身完整性检验。承载力检验应在后注浆20d后进行。浆液中掺入早强剂时可提前进行。后注浆施工完成后应提供下列资料：材质检验报告、试注浆记录、设计工艺参数、后注浆作业记录、后注浆桩检验及特殊情况处理记录。6实例分析6.1红楼饭店钻孔灌注桩端后注浆施工技术6.1.1工程概况该工程建筑面积35913m2，主楼25层，裙楼5层，地下室2层，总投资近1.4亿元，由浙江广厦建设集团有限责任公司总承包施工，桩基础部分由省地矿工程公司负责施工。6.1.2地层结构及特征主要特征自上而下：①至⑨1层分别为填土、砂质粉土、粉砂、夹粉土、粉质粘土、粘土、粉质粘土、粘性土混砂、粉砂夹细砂，⑨2层为卵砾石混砂(层厚11.80～15.3m)、夹土(层厚0.00～2.90m)、夹中砂含砾(0.00～2.9m)，⑩1层为强风化粉砂岩，⑩2层中风化粉砂岩，该层未钻穿，勘探控制最大层厚4.90m。6.1.3基础适宜性评价设计最大柱荷载17000kN，拟采用φ800mm钻孔灌注桩桩基础，共235根，有效桩长36.4～38.2m，考虑以⑩2中风化泥灰质粉砂岩为持力层。但经勘察，场地底下有1层厚11.8～15.3m的卵砾石层适宜作桩端持力层，若以该层作钻孔灌注桩桩端持力层，需解决施工扰动桩端土及孔底沉渣较厚等影响单桩承载力的问题。若采用以中等风化基岩为桩端持力层的钻孔灌注桩桩基础，需穿透15m厚的粉土粉砂层后，再穿越11.80～15.30m的卵砾石层才能嵌入，钻进困难，且涉及到渗漏、承压含水层、塌孔及泥浆对地下水环境的影响等问题，施工难度大。采用桩端后注浆技术，通过对试桩注浆后静荷试验对比，认为可用⑨2卵砾石层作为持力层，桩端进入该层3.2m后，单桩承载力标准值可达4200kN，单桩注浆1.5ｔ(水泥量)。试验情况如表1所示。根据实际试验情况与理论估算基本吻合，确定仍按原设计要求，采用φ800mm钻孔灌注桩桩基础，共235根，有效桩长36.4～38.2m，但以⑨2层卵砾石层为桩端持力层的钻孔灌注桩，采用成桩后桩底压密注浆的施工工艺，并以此方案为准付诸实施。6.1.4施工工艺(1)注浆管准备用直径25.4m、长度比孔深长20cm的钢管2根，作为注浆管。在其底部长25cm范围内，头部50mm不开孔，其余按梅花状布孔12个，孔径5mm，并用编织袋将管底口及小孔包扎封牢。(2)钻孔成桩钻孔桩按正常施工施打成孔，并二次清孔，测定沉渣厚度，按建筑地基基础工程施工质量验收规范5.6.4混凝土灌注桩质量检验标准验收，沉渣厚度应符合标准规定(端承桩≤50mm，摩擦桩≤150mm)。沉渣厚度按规定验收合格后，将注浆管绑扎在钢筋笼两侧，同步放入孔内，伸至孔底，而顶部露出桩孔口20cm。随后下导管、清孔、浇灌混凝土。(3)清水开塞待成桩1ｄ后，以2～2.2MPa的压力清水开塞，冲开注浆管底梅花孔封口，保证注浆管畅通。(4)注浆准备注浆浆液由水泥搅拌机(300L)、滤网、储浆泵(500L)、注浆泵(设最大压力10MPa的压力表)、桩孔口压力表、注浆管而达到桩底。施工中考虑注浆路程远造成的压力损失，估计实际压力损失值约1.2～1.5MPa左右，为避免了注浆压力值失实，可用桩孔口压力表控制实际注浆压力。(5)压力注浆7ｄ后，压力注浆约2ｈ，注浆压力3MPa，注入速度10～20L/min。注浆时将水灰比为3﹕1