复合后注浆技术对提高钻孔灌注桩承载力的研究

　　摘要：结合工程实例，对现场同一根试桩压浆前后的单桩静载荷试验结果进行对比分析，表明复合后注浆技术能改善钻孔灌注桩桩端持力层和桩侧土的承载性能，使钻孔灌注桩的承载力得到大幅度的提高，同时为处理钻孔灌注桩由于桩侧泥皮较厚、桩底沉渣较厚以及桩身材料缺陷所造成的承载力不够的施工问题提供技术指导。
　　关键词：钻孔灌注桩、复合后注浆、单桩静载荷试验、单桩极限承载力
　　1、 概述
　　1.1试桩概况
　　本次静载荷试桩为郑州市郑东新区某工地试桩，设计参数为：设计有效桩长45米，桩径1000mm，砼强度等级为C30；试桩设计单桩极限承载力为11000kN。
　　现场地质情况如下：
　　第1层杂填土:底部多为灰色填土夹砖块或瓷片。层厚平均1.15m；层底埋深平均1.15m。
　　第2层粉土：稍湿，中密，无光泽，干强度韧性低，层厚平均2.55m，层底埋深平均2.88m。
　　第3层粉砂加粉土：湿，松散~稍密状，局部夹有暗黄色粉土，层厚平均1.93m；层底埋深平均6.17m。
　　第4层粉土：稍湿~湿，中密~密实状，干强度韧性低，层厚平均4.31m；层底埋深平均10.35m。
　　第5层粉砂：饱和，中密~密实，层厚平均2.73m；层底埋深平均13.07m。
　　第6层粉土加粉砂：湿，密实，无光泽，干强度韧性低，层厚平均2.46m；层底埋深平均15.48m。
　　第7层细砂：饱和，密实，层厚平均4.88m；层底埋深平均20.15m。
　　第8层粉砂加粉土互层：粉砂加粉土交互状，粉土，湿，密实，干强度韧性低，粉砂，饱和，密实，层厚平均3.29m；层底埋深平均23.22m。
　　第9层粉土：湿，密实，干强度韧性低，无光泽，层厚平均2.63m；层底埋深平均25.82m。
　　第10层细砂：浅黄~暗黄色，饱和，密实，层厚平均6.12m；层底埋深平均31.94m。
　　第11层粉质粘土夹粉土：硬塑~坚硬状，干强度韧性中等，粘性大，夹密实状粉土。层厚平均6.40m；层底埋深平均38.35m。
　　第12层细砂：暗黄~褐黄色，饱和，密实，层厚1.00~3.50m，平均1.93m；层底埋深平均40.28m。
　　第13层粉质粘土夹粉土：硬塑~坚硬状，干强度韧性中等，粘性大，稍有光滑，夹密实状粉土。层厚平均2.76m；层底埋深平均43.04m。
　　第14层长石石英砂岩；肉红~灰白色，坚硬，岩芯呈柱状，层厚平均3.65m；层底埋深平均46.69m。
　　1.2试验过程
　　本次静载荷试验的加载反力装置采用锚桩加堆载的反力组合形式。试验设备和试验方法如下：试验仪器采用徐州建科所的JCQ-503C静荷载自动试验仪及配套装置。由5台并联的5000kN千斤顶、锚桩、锚筋、钢梁平台和配重物组成反力系统。用5台并联的5000kN千斤顶进行试验加载，桩顶沉降测量由4只位移传感器完成。试验采用慢速维持荷载法。
　　试验按照设计单桩竖向承载力极限值11000kN的1/10进行加荷，第一级按2倍分级荷载加荷。加荷至6600kN时桩顶总沉降量达到41.44mm，施加荷载到8800kN时桩顶总沉降量大于60mm后，根据《建筑基桩检测技术规范》（JGJ106-2003）的有关规定终止加载结束试验。整个试验过程中无异常情况发生。试验前后对试桩进行声波投射法测试桩身完整性，均未发现有影响承载力的桩身缺陷。
　　1.3静载结果分析
　　1、试验后对静载荷试验的Q-S曲线、S-Lgt曲线进行分析根据《建筑基桩检测技术规范》（JGJ106-2003）的有关规定：对于缓变型Q-s曲线可根据沉降量确定，宜取s=40mm对应的荷载值；当桩长大于40m时，宜考虑桩身弹性压缩量；对直径大于或等于800mm的桩，可取s=0.05D（D为桩端直径）对应的荷载值。判定该试桩取50mm对应荷载7410kN为该试桩的承载力极限值，远远低于设计极限荷载11000kN。由于声波透射法测试桩身没有缺陷，排除桩身结构影响承载力的因素，分析原因主要影响因素可能为桩侧摩阻力和桩端阻力低造成的。结合钻孔灌注桩的施工工艺分析造成桩侧摩阻力和桩端阻力低的原因主要在钻孔灌注桩施工过程中,无论如何清孔,孔底都会留有或多或少的沉渣;在初灌时,混凝土从细长的导管落下,因落差太大造成桩底部位的混凝土离析形成“虚尖”、“干碴石”;孔壁的泥皮阻碍了桩身与桩周土的结合,降低了摩擦系数,以上几点都影响到灌注桩的桩端承载力和侧壁摩阻力。
　　2、处理办法
　　分析以上施工的原因，经过设计、监理、施工、业主和相关专家会议研究。决定对这根试桩进行采用复合后注浆技术进行补强加固。
　　复合后注浆技术是在灌注桩施工中将钢管沿桩钢筋笼外壁埋设（压浆管分别再桩侧和桩端采用花管开口,桩混凝土强度满足要求后,将水泥浆液通过钢管由压力作用压入桩端、桩侧的碎石层孔隙中,使得原本松散的沉渣、碎石、土粒和裂隙胶结成一个高强度的结合体。水泥浆液在压力作用下由桩端在碎石层的孔隙里向四周扩散,对于单桩区域,向四周扩散相当于增加了端部的直径,向下扩散相当于增加了桩长;群桩区域所有的浆液连成一片,使得碎石层成为一个整体,从而使得原来不满足要求的碎石层满足结构的承载力要求。浆液压入桩端后首先和桩端的沉渣、离析的“虚尖”、“干碴石”相结合,增强该部分的密实程度,提高了承载力;浆液沿着桩身和土层的结合层上返,消除了泥皮,提高了桩侧摩阻力,同时浆液横向渗透到桩侧土层中也起到了加大桩径的作用。
　　才这种后注浆技术针对这根试桩采用桩侧和桩底后注浆进行加固补强，具体方法如下：
　　⑴对于桩侧土的加固，采用在地面用钻机成孔，以在桩侧设置压浆段进行注浆加固处理。根据实际情况，环绕基桩布置3根压浆管。操作方法见下图1。
　　⑵对桩端持力层的加固，在地面桩头沿桩身用钻机成孔，后下注浆管，操作办法见图2。
　　⑶注浆是采用先注桩侧，后注桩底的顺序,这样使桩侧封闭后桩底注浆效果会更好。
　　
　　3、注浆参数
　　为达到预期的目的本次压浆采用最大压浆量和最大压力双控的办法：侧注浆注浆最大压力按照2MPa控制，稳定时间不少于5min，注浆量不小于2吨；底侧注浆注浆最大压力按照2.5MPa控制注浆量不小于2.5吨。水泥浆水灰比为0.6，水泥浆比重控制在1.7g/cm3。注浆过程中用千分表监控桩顶上台量。
　　4、二次试桩
　　注浆15天后，采用同样的静载荷设备和反力装置又对该试桩进行静载荷试验，加载分级情况完全同第一次试验，试验再最大荷载11000kN作用下桩顶总沉降量为8.18mm，根据《建筑基桩检测技术规范》（JGJ106-2003）的有关规定判定该试桩承载力极限值为11000kN。比较两次静载荷Q-S曲线在同一级荷载作用下，桩顶总沉降量大大减小（见图3）。说明后压浆法大幅度提升了该试桩桩的承载力。同时桩顶沉降量也得到很好的控制。
　　表1、注浆前后各级荷载作用下桩顶沉降对照表
　　序号 荷载（kN） 注浆前静载荷试验桩顶沉降(mm) 注浆后静载试验桩顶沉降(mm)
　　1 2200 3.94 0.69
　　2 3300 8.56 1.01
　　3 4400 16.07 1.39
　　4 5500 28.28 2.01
　　5 6600 41.44 2.71
　　6 7700 53.07 3.51
　　7 8800 62.72 4.5
　　8 9900 0 5.89
　　9 11000 0 8.81
　　5、结语
　　本工程采用桩侧和桩端后压浆技术处理承载力不够的混凝土灌注桩，测试单桩极限承载力由注浆前的7410kN提高到注浆后的11000kN，满足了设计取值要求，提高了承载力48.4%，为处理由于施工等因素造成的承载力不满足设计取值要求的工程桩提供了技术指导和试验依据，大大降低了钻孔灌注桩由于施工原因造成的承载力不够所带来的经济损失。
　　对钻孔灌注桩加复合后注浆在实际工程上的应用也具备指导意义。在设计钻孔灌注桩基础时，就把复合后注浆加上，这样可以弥补钻孔灌注桩，桩底沉渣，桩侧泥皮不易控制而影响承载力发挥的缺点。能大幅度提高钻孔灌注桩承载力，节省工程造价。
　　参考文献：
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　　[2]JGJ106-2003，建筑基桩检测技术规范[S].
　　[3]GB50007-2002，建筑地基基础设计规范[S].
　　[4]高大钊赵春风徐斌.桩基础的设计方法与施工技术[J].北京：机械工业出版社，1999.
　　[5]陈凡徐天平陈久照关立军.基桩质量检测技术[J].北京：中国建筑工业出版社，2003.

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