论文部分内容阅读
【摘要】随着城市的不断发展，越来越多的高层建筑拔地而起，钻孔灌注桩基础及其后压浆技术在高层建筑施工中得到了广泛的应用。本文介绍了后压浆技术的加固机理，阐述了后压浆施工技术的施工流程、要点，探讨了施工中出现的问题及相应的对策。最后以实际工程案例分析了后压浆对桩的承载特性的影响。
【关键词】钻孔灌注桩，后压浆技术，高层建筑，应用
中图分类号：TU97 文献标识码：A 文章编号：
一、前言
高层建筑对地基基础处理的有很高的要求。如果通过无限制地加大单桩径和桩长来满足高层建筑的需要是不经济的。随着钻孔灌注桩后压浆施工技术的不断应用，它体现出越来越强的工程适用性，能在不扩大桩径、增加桩长的条件下大幅度提高承载力，满足高层建筑的要求。
二、后压浆技术加固机理
后压浆技术有桩端压浆（简称端压）和桩侧压浆（简称侧压）两种形式。一般认为端压主要是固结沉渣、提高桩端阻力或增大桩端的承载面積，从而提高桩的承载力；侧压主要是提高桩侧一定范围内土的强度，以达到提高桩的承载力的目的。通过分析在不同的土层条件下采用不同的压浆形式所得到的桩的承载力，可知端压和侧压的加固机理并不是截然分开的。在一定条件下，采用端压、侧压或采用双压所得到的承载力并无多大差别，这主要与水泥浆在桩土界面及土中的作用方式有关。水泥浆的作用方式有以下几种情况。
1．改变桩端和桩侧土层的物理性能
采用桩端后压浆施工技术来加固碎石持力层，在孔隙率较大的碎石层中实现渗入性压浆，通过渗透、部分挤密、填充及固结作用，将孔隙中的自由水和气体排挤出去，浆液凝固后把土颗粒粘结在一起，在桩端形成水泥土结石体，增大桩端受力面积，大幅度提高持力层的强度。
2．密实桩端虚土
钻孔灌注桩施工采用泥浆护壁，施工工艺本身决定了钻渣无法全部被清理出孔，在清孔过程中钻渣以悬浮方式掺杂在泥浆中；在清渣完成和首盘混凝土灌注时间间隙内，部分钻渣会沉淀于孔底，形成一层虚土。而首盘混凝土从导管内落下，或多或少地在桩底部位离析，离析的混凝土和孔底的虚土结合造成桩底混凝土不密实，降低了单桩承载力。水泥浆液压入桩端后和桩端的沉渣虚土、不密实的混凝土相结合，增强该部分的密实程度，提高了承载力。
3．消除桩侧泥皮，增加桩侧摩阻力
钻孔灌注桩成桩后桩身混凝土与桩周土会形成一层由护壁泥浆形成的泥皮，阻碍桩身混凝土与桩周土的粘结，桩侧摩阻力降低严重。注入桩端的水泥浆液首先在桩底孔隙内填充固结，在桩端周围持力层达到一定饱和程度后，浆液在压力作用下沿着桩身和土层的结合层上返，消除了泥皮，渗入桩侧更大范围内的桩周土体，增加了桩侧摩阻力。在可灌性好的土层中，浆液在土层中容易扩散，则沿桩土界面上升的高度较小；在可灌性差的土层中，浆液在土层中不易扩散，就沿强度低的桩土界面渗透，上升高度较大。
4．劈裂加筋作用
当注浆压力较高，能克服土体阻力时，会产生劈裂效应，浆液在土中形成网状结石，对土体起到加筋作用。
三、后压浆施工工艺
1．施工流程
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
2．施工要点
(1)压浆管的制作。在制作钢筋笼的同时制作压浆管。压浆管采用直径为25mm的钢管制作，接头采用丝扣连接，两端采用丝堵封严。压浆管长度上端应高出地面30cm，在桩底部长出钢筋笼5cm。压浆管在最下部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土层中，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2~3根压浆管对称绑在钢筋笼外侧。成孔后清孔、提钻、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的堵塞。按照规范要求灌注混凝土。
(3)泥浆制备工艺。桩的承载能力大小，与孔底沉渣和成孔泥浆有直接的关系。控制沉渣的厚度和终孔泥浆的比重，是提高钻孔灌注桩承载力的关键。①根据地层情况，要配制好适当的泥浆比重，钻进中严加控制水量，防止坍孔。②本地地层自然造浆能力较强，可以采用原土造浆钻进保护孔壁工艺，设专人管理泥浆，用泥浆比重计定期测试泥浆性能和携砂能力，并做好记录，将孔内沉渣及时携带出孔。③终孔后，要稀释替换泥浆，比重降低到1.15-1.20以内，含砂率不大于8%，粘度降到28s以内。
(4)压浆施工顺序。压浆时最好采用整个承台群桩一次性压浆:，先施工周圈桩位再施工中间桩；对于饱和性粘土先桩侧压浆，后桩端；桩端压浆应对同根桩的各个压浆管依次实施等量注浆。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、压浆数量以及出现的异常情况和处理的措施等。
3．施工中出现的问题和相应措施
(1)喷头打不开。压力达到10MPa以上仍然打不开压浆喷头，说明喷头部位已经损坏，不要强行增加压力，可在另根管中补足压浆数量。
(2)出现冒浆。压浆时常会发生水泥浆沿着桩侧或在其他部位冒浆的现象，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，应降低水灰比，采用间歇注浆，时间间隔为30-60分钟。
(3)单桩压浆量不足。压浆时最好采用整个承台群桩一次性压浆，压浆先施工周圈桩形成一个封闭圈，再施工中间，能保证中间桩位的压浆质量，若出现个别桩压浆量达不到设计要求，可视情况加大临近桩的压浆量作为补充。
四、后压浆对桩的承载特性的影响
在某工程中，工程A的桩在未压浆情况下，根据类似地层条件的工程经验，桩端阻力所占比例一般不超过20%，属摩擦型桩；而压浆后该比例提高到67.1%，属端承型桩。由于桩端土为砂夹卵石层，可灌性好，桩端压浆时，浆液在一定范围内渗透扩散，排挤出土层孔隙中的水并充填其中，形成一个具有较高强度和较大尺寸的固结体，增大了桩端的承载面积和桩端土的强度，从而大幅度提高了桩端阻力。由于桩端土层渗透性大，只有少量浆液沿桩土面上升了7.7 m，使桩下部7.7m范围内的摩阻力略有提高。
工程B的桩采用了不同的压浆工艺和压浆部位，但试验结果并未反映出压浆工艺的差别，极限承载力最大值、最小值与平均值之差均不超过±3%。由于桩的长径比L/d=75，根据荷载传递理论，即使桩端土强度再高，桩端阻力所占比例也很小，且本工程桩顶平均沉降值仅10.76mm，荷载很难传递到桩端，因此可认为荷载绝大部分由桩侧承担，无论端压或侧压均表现为提高了桩侧摩阻力，从而提高了桩的承载力。根据灌浆理论，桩端压浆时，由于该细砂层可灌性较差，扩散距离有限，而桩土界面附着的泥皮由于强度低，成为水泥浆液扩散的通道，浆液在向上扩散的过程中破坏泥皮结构，充填于桩土界面并改善桩周一定范围内土的性质，提高了桩侧摩阻力，改善了桩的承载特性。Z1、Z2、Z3三根桩虽然只进行了桩端压浆，未进行桩侧压浆，但同样能取得较高的承载力，甚至比进行了双压的桩还略高一些。至于压浆量，其变化范围为1.6~3.2t，但承载力并未表现出差异，所以压浆量达到一定值后就能满足要求。
五、结束语
实践表明，钻孔灌注桩后压浆技术能够有效改善桩的承载特性。但钻孔灌注桩后压浆技术随工程地质条件的不同，各项参数有较大变化。具体施工中，应采用不同压浆参数进行试桩试验，以确定最佳施工方案。
参考文献：
胡传宏,张芳.浅谈后压浆技术在钻孔灌注桩中的应用[J].城市建设理论研究（电子版）,2012(35).
刘海.钻孔灌注桩桩底后压浆技术在廊坊万达广场高层建筑基础中的应用[J].科学大众（科学教育）,2011(2):174-174.
何同明,左连强.浅析钻孔灌注桩后压浆技术在工程建设中的应用[J].科技信息,2012(3):454,431.
【关键词】钻孔灌注桩，后压浆技术，高层建筑，应用
中图分类号：TU97 文献标识码：A 文章编号：
一、前言
高层建筑对地基基础处理的有很高的要求。如果通过无限制地加大单桩径和桩长来满足高层建筑的需要是不经济的。随着钻孔灌注桩后压浆施工技术的不断应用，它体现出越来越强的工程适用性，能在不扩大桩径、增加桩长的条件下大幅度提高承载力，满足高层建筑的要求。
二、后压浆技术加固机理
后压浆技术有桩端压浆（简称端压）和桩侧压浆（简称侧压）两种形式。一般认为端压主要是固结沉渣、提高桩端阻力或增大桩端的承载面積，从而提高桩的承载力；侧压主要是提高桩侧一定范围内土的强度，以达到提高桩的承载力的目的。通过分析在不同的土层条件下采用不同的压浆形式所得到的桩的承载力，可知端压和侧压的加固机理并不是截然分开的。在一定条件下，采用端压、侧压或采用双压所得到的承载力并无多大差别，这主要与水泥浆在桩土界面及土中的作用方式有关。水泥浆的作用方式有以下几种情况。
1．改变桩端和桩侧土层的物理性能
采用桩端后压浆施工技术来加固碎石持力层，在孔隙率较大的碎石层中实现渗入性压浆，通过渗透、部分挤密、填充及固结作用，将孔隙中的自由水和气体排挤出去，浆液凝固后把土颗粒粘结在一起，在桩端形成水泥土结石体，增大桩端受力面积，大幅度提高持力层的强度。
2．密实桩端虚土
钻孔灌注桩施工采用泥浆护壁，施工工艺本身决定了钻渣无法全部被清理出孔，在清孔过程中钻渣以悬浮方式掺杂在泥浆中；在清渣完成和首盘混凝土灌注时间间隙内，部分钻渣会沉淀于孔底，形成一层虚土。而首盘混凝土从导管内落下，或多或少地在桩底部位离析，离析的混凝土和孔底的虚土结合造成桩底混凝土不密实，降低了单桩承载力。水泥浆液压入桩端后和桩端的沉渣虚土、不密实的混凝土相结合，增强该部分的密实程度，提高了承载力。
3．消除桩侧泥皮，增加桩侧摩阻力
钻孔灌注桩成桩后桩身混凝土与桩周土会形成一层由护壁泥浆形成的泥皮，阻碍桩身混凝土与桩周土的粘结，桩侧摩阻力降低严重。注入桩端的水泥浆液首先在桩底孔隙内填充固结，在桩端周围持力层达到一定饱和程度后，浆液在压力作用下沿着桩身和土层的结合层上返，消除了泥皮，渗入桩侧更大范围内的桩周土体，增加了桩侧摩阻力。在可灌性好的土层中，浆液在土层中容易扩散，则沿桩土界面上升的高度较小；在可灌性差的土层中，浆液在土层中不易扩散，就沿强度低的桩土界面渗透，上升高度较大。
4．劈裂加筋作用
当注浆压力较高，能克服土体阻力时，会产生劈裂效应，浆液在土中形成网状结石，对土体起到加筋作用。
三、后压浆施工工艺
1．施工流程
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
2．施工要点
(1)压浆管的制作。在制作钢筋笼的同时制作压浆管。压浆管采用直径为25mm的钢管制作，接头采用丝扣连接，两端采用丝堵封严。压浆管长度上端应高出地面30cm，在桩底部长出钢筋笼5cm。压浆管在最下部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土层中，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2~3根压浆管对称绑在钢筋笼外侧。成孔后清孔、提钻、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的堵塞。按照规范要求灌注混凝土。
(3)泥浆制备工艺。桩的承载能力大小，与孔底沉渣和成孔泥浆有直接的关系。控制沉渣的厚度和终孔泥浆的比重，是提高钻孔灌注桩承载力的关键。①根据地层情况，要配制好适当的泥浆比重，钻进中严加控制水量，防止坍孔。②本地地层自然造浆能力较强，可以采用原土造浆钻进保护孔壁工艺，设专人管理泥浆，用泥浆比重计定期测试泥浆性能和携砂能力，并做好记录，将孔内沉渣及时携带出孔。③终孔后，要稀释替换泥浆，比重降低到1.15-1.20以内，含砂率不大于8%，粘度降到28s以内。
(4)压浆施工顺序。压浆时最好采用整个承台群桩一次性压浆:，先施工周圈桩位再施工中间桩；对于饱和性粘土先桩侧压浆，后桩端；桩端压浆应对同根桩的各个压浆管依次实施等量注浆。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、压浆数量以及出现的异常情况和处理的措施等。
3．施工中出现的问题和相应措施
(1)喷头打不开。压力达到10MPa以上仍然打不开压浆喷头，说明喷头部位已经损坏，不要强行增加压力，可在另根管中补足压浆数量。
(2)出现冒浆。压浆时常会发生水泥浆沿着桩侧或在其他部位冒浆的现象，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，应降低水灰比，采用间歇注浆，时间间隔为30-60分钟。
(3)单桩压浆量不足。压浆时最好采用整个承台群桩一次性压浆，压浆先施工周圈桩形成一个封闭圈，再施工中间，能保证中间桩位的压浆质量，若出现个别桩压浆量达不到设计要求，可视情况加大临近桩的压浆量作为补充。
四、后压浆对桩的承载特性的影响
在某工程中，工程A的桩在未压浆情况下，根据类似地层条件的工程经验，桩端阻力所占比例一般不超过20%，属摩擦型桩；而压浆后该比例提高到67.1%，属端承型桩。由于桩端土为砂夹卵石层，可灌性好，桩端压浆时，浆液在一定范围内渗透扩散，排挤出土层孔隙中的水并充填其中，形成一个具有较高强度和较大尺寸的固结体，增大了桩端的承载面积和桩端土的强度，从而大幅度提高了桩端阻力。由于桩端土层渗透性大，只有少量浆液沿桩土面上升了7.7 m，使桩下部7.7m范围内的摩阻力略有提高。
工程B的桩采用了不同的压浆工艺和压浆部位，但试验结果并未反映出压浆工艺的差别，极限承载力最大值、最小值与平均值之差均不超过±3%。由于桩的长径比L/d=75，根据荷载传递理论，即使桩端土强度再高，桩端阻力所占比例也很小，且本工程桩顶平均沉降值仅10.76mm，荷载很难传递到桩端，因此可认为荷载绝大部分由桩侧承担，无论端压或侧压均表现为提高了桩侧摩阻力，从而提高了桩的承载力。根据灌浆理论，桩端压浆时，由于该细砂层可灌性较差，扩散距离有限，而桩土界面附着的泥皮由于强度低，成为水泥浆液扩散的通道，浆液在向上扩散的过程中破坏泥皮结构，充填于桩土界面并改善桩周一定范围内土的性质，提高了桩侧摩阻力，改善了桩的承载特性。Z1、Z2、Z3三根桩虽然只进行了桩端压浆，未进行桩侧压浆，但同样能取得较高的承载力，甚至比进行了双压的桩还略高一些。至于压浆量，其变化范围为1.6~3.2t，但承载力并未表现出差异，所以压浆量达到一定值后就能满足要求。
五、结束语
实践表明，钻孔灌注桩后压浆技术能够有效改善桩的承载特性。但钻孔灌注桩后压浆技术随工程地质条件的不同，各项参数有较大变化。具体施工中，应采用不同压浆参数进行试桩试验，以确定最佳施工方案。
参考文献：
胡传宏,张芳.浅谈后压浆技术在钻孔灌注桩中的应用[J].城市建设理论研究（电子版）,2012(35).
刘海.钻孔灌注桩桩底后压浆技术在廊坊万达广场高层建筑基础中的应用[J].科学大众（科学教育）,2011(2):174-174.
何同明,左连强.浅析钻孔灌注桩后压浆技术在工程建设中的应用[J].科技信息,2012(3):454,431.