论文部分内容阅读
【摘 要】钻孔灌注桩后压浆技术是土体加固技术与桩工技术的有机结合。本文分析了其提高桩承载力的作用机理,并对后压浆技术的实际应用作了进一步的研究探讨。后压浆技术的确能提高单桩承载力、增大桩身刚度和稳定性、减少桩的沉降量，同时可降低材料消耗，提高经济效益。有着重要的推广意义和广阔的前景。
【关键词】钻孔灌注桩；后压浆；桩端；桩侧；承载力
Application discussion for bored pile mechanism and grouting technology
Liu Xi-wu
(Taiyuan University of Technology Taiyuan Shanxi 030000)
【Abstract】Bored grouting soil reinforcement technology is technology and the organic integration of technology pile. This article analyzes the mechanism of action to improve pile bearing capacity, and the practical application of post grouting technology was further study. Grouting technology does improve bearing capacity, increasing the rigidity and stability of piles and reduce the pile settlement, while reducing material consumption, increase economic efficiency. Has important significance and broad prospects for promotion.
【Key words】Bored grouting pile;After grouting;Pile tip;Pile;Capacity
1. 工程概况
某氧化铝工程，主要包括溶出工序、赤泥分离洗涤及输送工序、粗液叶滤工序、分级分解及过滤工序、循环水等工序。其赤泥分离洗涤及输送工序由八台沉降槽、两个溢流槽、四个混合槽及六层钢平台等构筑物组成，沉降槽基础采用后压浆钻孔灌注桩这项新技术，桩径800mm.
2. 钻孔灌注桩后压浆技术方案的选择
沉降槽荷载较大，设计要求单桩竖向承载力特征值不低于2500KN，拟建沉降槽场地地基土工程性质较差，经设计单位计算，若选用普通泥浆护壁钻孔灌注桩，需要增加桩数或加大桩的直径，根据《建筑桩基技术规范》，钻孔灌注桩群桩最小桩间距为2.5d(桩直径)，由于拟建项目现场狭小，无法合理的进行桩位布置，考虑到后压浆钻孔灌注桩能够提高单桩承载力，经设计单位计算选用后压浆钻孔灌注桩，能够同时满足承载力和最小桩间距的要求，因此该项目采用后压浆钻孔灌注桩,桩径800mm，桩长20.5m，以中风化砂岩为桩端持力层。
3. 灌注桩后压浆技术简介
灌注桩后压浆技术是土体加固技术与桩工技术的有机结合。该技术于1961年在委内瑞拉修建MARACAIBO大桥基桩中首次使用，之后在世界多个国家的桥梁桩基中得到广泛应用。在我国由中国建筑科学研究院地基所于1993、1994年先后成功开发桩端、桩侧后压浆二项专利技术，并通过现场模型试验和80余次大型工程实践及120根桩的静载试验，结果表明其单桩承载力增幅明显，并于1998年1月20日通过建设部鉴定，同年提出了灌注桩压浆工法。
4. 钻孔灌注桩后压浆技术机理分析
4.1 桩端后压浆机理分析。
桩端后压浆是指在钻孔灌注桩施工过程中放置钢筋笼时预先埋设两根内径25mm的注浆管，桩施工完毕在水下混凝土初凝后，先用清水将预埋管底开塞，把配置好的水泥浆用高压泵将水泥浆液注入桩底持力层。其力学机理为：
4.1.1 水泥浆与桩底沉渣相结合形成了强度较高的混凝土，消除桩底沉渣的影响。
4.1.2 水泥浆随着注浆压力的增加，不断充填到由于灌注桩身混凝土时因离析而形成的“虚尖”，增强了桩端混凝土的强度。
4.1.3 水泥浆液不断向桩端持力层中的松软岩土体渗透、压密，形成高强度的水泥石结石体,使持力层的抗扰动能力、变形模量和抗压强度等得到提高,从而增加单桩承载能力。
4.1.4 在水泥浆液的压密作用下,桩端土体受压产生较大的压缩变形,形成水泥土结合体“扩大头”，增大了桩端受力面积,从而提高了桩端承载力。
4.1.5 当水泥浆液在压力作用下沿着桩侧壁向上渗透、挤压，充填桩侧和桩周土体间的间隙，提高桩端部位处的桩侧摩阻力。
4.2 桩侧后压浆机理分析。
在离桩底5～10米以上，桩顶8米以下，每隔6～12米设置一道桩侧注浆管。把配置好的水泥浆用高压泵将浆液注入桩侧土层中，其力学机理为。
4.2.1 有效消除泥皮对桩周侧阻力的影响，对于采用泥浆护壁的钻孔灌注桩,成孔时孔壁泥皮厚度较大,一般泥皮厚度3～10mm,泥皮的存在对桩侧阻力的发挥是不利的。水泥浆液在泵送的高压作用下，沿桩体周边上下串动不断延伸,剥离和置换掉钻孔时形成的泥皮,并重新胶结形成水泥复合土体,从而有效地提高了桩侧土摩擦阻力值。
4.2.2 桩身横截面尺寸增大,提高了桩周土体侧阻力的作用面积。由于侧向注浆压力较高,水泥浆液不仅置换了泥皮,并能把成孔过程中松动、软化的土体重新压密,最终形成强度较高、半径较大的水泥土固结体,相当于增大了灌注桩的横截面。
4.2.3 高压水泥浆液的横向劈裂和脉渗作用。随着注浆量和注浆压力的提高,当桩周注浆压力大于桩周土体抗渗透压力时,水泥浆液会向桩周土体横向渗透,在粉土、粉细砂地层中浆液的横向渗透会产生“劈裂注浆”作用,而在中粗砂、卵砾石地层则会产生“脉渗注浆”作用。通过渗透、劈裂、挤密、填充、固结等综合作用,扩大了桩身与桩周土体之间相互作用的界限,从而较大幅度提高了桩侧摩阻力值,确保了单桩竖向承载力的发挥。
5. 灌注桩后压浆技术的应用改进
根据设计要求，桩端伸入中风化砂岩不小于1.5米，是端承桩，主要靠桩端承担荷载，而且大量的研究表明：改善桩端沉碴优于改善桩侧泥皮所获得的效果，故本工程选用桩端后压浆工艺。施工不久出现了这种情况：水泥浆沿着桩侧从地面上冒出，此时压力表压力变化不大，达不到额定压力。这种情况并不能表明桩端的水泥浆液已经饱和。
通过研究地质报告及现场分析，桩的持力层为中风化砂岩，高压喷出的水泥浆液碰到砂岩时，受到阻力比较大，反过来形成了较大的向上推力，水泥浆总是朝阻力小的地方推进，而桩侧泥皮相对于桩端的沉碴及页岩来说，对水泥浆的阻力小得多，因此就会出现桩端压浆还未达到额定压力时，水泥浆液便已冲破桩侧泥皮冒出地面的现象，并没有真正起到应有的作用。
在这种情况下，对灌注桩后压浆技术作了改进，提出以桩端后压浆为主桩侧后压浆为辅的复式注浆。在离桩底6米左右，设置一道侧向注浆管，先进行侧向压浆，控制压力不要很大，浆材采用浓浆,水灰比为0.65左右，主要起封堵作用。3-5天待水泥浆凝固后，再进行桩端后压浆，因为上面已有水泥浆体的封堵，桩端压浆时浆液不会从桩侧冒出，能充分发挥其桩端压浆的优势，而且压力表变化明显，容易进行控制。在以后的施工中得到验证，效果非常明显。
6. 综效分析
沉降槽项目桩基础施工完毕后通过单桩竖向抗压静载试验，在载荷达到5062KN时，累计沉降值只有5.12mm，判定单桩竖向抗压极限承载力不低于5062KN，单桩竖向抗压承载力特征值不低于2531KN，满足设计要求。
同一场地的蒸发主厂房工序，地质情况和沉降槽工序相似，灌注桩采用普通泥浆护壁钻孔灌注桩，设计桩径600mm和800mm，其中800mm桩与沉降槽的桩都以中风化砂岩为桩端持力层，桩身砼等级同为C30，经过检测中心检测后结果表明，桩径800mm的桩单桩竖向抗压极限承载力3416KN，单桩竖向抗压承载力特征值1708KN。与沉降槽的桩承载力相比，可以看出灌注桩后压浆技术可以较大幅度提高承载力，提高幅度为(5062-3416)/3416=48.19%。
近几年来,灌注桩后压浆技术在我国地基基础工程领域得到较快发展,通过三十多项工程的实践及单桩静载试验，承载力增幅为25～100%，由此可减少桩数或桩径，工程量相应减少20～60%。如某大楼原设计桩直径800～1200mm，377根，采用后压浆技术，改为直径1000mm后压浆桩146根，节约投资300多万元。假设本工程沉降槽项目场地不受限制，采用普通钻孔灌注桩，桩位布置符合要求，若要满足承载力的要求，工程量必定增加很多，相应的增加了工程费用。
7. 结论
通过对灌注桩后压浆技术机理的分析及多项工程的实践表明，钻孔灌注桩后压浆技术的确能提高单桩承载力、增大桩身刚度和稳定性、减少桩的沉降量，同时降低材料消耗，缩短施工工期，提高经济效益。因此推广钻孔灌注桩后压浆技术有着重要的意义和广阔的前景。
参考文献
［1］ 建筑地基基础设计规范 （GB50007-2002）.
［2］ 建筑地基基础工程施工质量验收规范 （GB50202-2002）.
［3］ 建筑基桩检测技术规范 （JGJ106-2003）.
［4］ 建筑桩基技术规范 （JGJ 94-2008）.
［文章编号］1006-7619（2011）03-11-195
【关键词】钻孔灌注桩；后压浆；桩端；桩侧；承载力
Application discussion for bored pile mechanism and grouting technology
Liu Xi-wu
(Taiyuan University of Technology Taiyuan Shanxi 030000)
【Abstract】Bored grouting soil reinforcement technology is technology and the organic integration of technology pile. This article analyzes the mechanism of action to improve pile bearing capacity, and the practical application of post grouting technology was further study. Grouting technology does improve bearing capacity, increasing the rigidity and stability of piles and reduce the pile settlement, while reducing material consumption, increase economic efficiency. Has important significance and broad prospects for promotion.
【Key words】Bored grouting pile;After grouting;Pile tip;Pile;Capacity
1. 工程概况
某氧化铝工程，主要包括溶出工序、赤泥分离洗涤及输送工序、粗液叶滤工序、分级分解及过滤工序、循环水等工序。其赤泥分离洗涤及输送工序由八台沉降槽、两个溢流槽、四个混合槽及六层钢平台等构筑物组成，沉降槽基础采用后压浆钻孔灌注桩这项新技术，桩径800mm.
2. 钻孔灌注桩后压浆技术方案的选择
沉降槽荷载较大，设计要求单桩竖向承载力特征值不低于2500KN，拟建沉降槽场地地基土工程性质较差，经设计单位计算，若选用普通泥浆护壁钻孔灌注桩，需要增加桩数或加大桩的直径，根据《建筑桩基技术规范》，钻孔灌注桩群桩最小桩间距为2.5d(桩直径)，由于拟建项目现场狭小，无法合理的进行桩位布置，考虑到后压浆钻孔灌注桩能够提高单桩承载力，经设计单位计算选用后压浆钻孔灌注桩，能够同时满足承载力和最小桩间距的要求，因此该项目采用后压浆钻孔灌注桩,桩径800mm，桩长20.5m，以中风化砂岩为桩端持力层。
3. 灌注桩后压浆技术简介
灌注桩后压浆技术是土体加固技术与桩工技术的有机结合。该技术于1961年在委内瑞拉修建MARACAIBO大桥基桩中首次使用，之后在世界多个国家的桥梁桩基中得到广泛应用。在我国由中国建筑科学研究院地基所于1993、1994年先后成功开发桩端、桩侧后压浆二项专利技术，并通过现场模型试验和80余次大型工程实践及120根桩的静载试验，结果表明其单桩承载力增幅明显，并于1998年1月20日通过建设部鉴定，同年提出了灌注桩压浆工法。
4. 钻孔灌注桩后压浆技术机理分析
4.1 桩端后压浆机理分析。
桩端后压浆是指在钻孔灌注桩施工过程中放置钢筋笼时预先埋设两根内径25mm的注浆管，桩施工完毕在水下混凝土初凝后，先用清水将预埋管底开塞，把配置好的水泥浆用高压泵将水泥浆液注入桩底持力层。其力学机理为：
4.1.1 水泥浆与桩底沉渣相结合形成了强度较高的混凝土，消除桩底沉渣的影响。
4.1.2 水泥浆随着注浆压力的增加，不断充填到由于灌注桩身混凝土时因离析而形成的“虚尖”，增强了桩端混凝土的强度。
4.1.3 水泥浆液不断向桩端持力层中的松软岩土体渗透、压密，形成高强度的水泥石结石体,使持力层的抗扰动能力、变形模量和抗压强度等得到提高,从而增加单桩承载能力。
4.1.4 在水泥浆液的压密作用下,桩端土体受压产生较大的压缩变形,形成水泥土结合体“扩大头”，增大了桩端受力面积,从而提高了桩端承载力。
4.1.5 当水泥浆液在压力作用下沿着桩侧壁向上渗透、挤压，充填桩侧和桩周土体间的间隙，提高桩端部位处的桩侧摩阻力。
4.2 桩侧后压浆机理分析。
在离桩底5～10米以上，桩顶8米以下，每隔6～12米设置一道桩侧注浆管。把配置好的水泥浆用高压泵将浆液注入桩侧土层中，其力学机理为。
4.2.1 有效消除泥皮对桩周侧阻力的影响，对于采用泥浆护壁的钻孔灌注桩,成孔时孔壁泥皮厚度较大,一般泥皮厚度3～10mm,泥皮的存在对桩侧阻力的发挥是不利的。水泥浆液在泵送的高压作用下，沿桩体周边上下串动不断延伸,剥离和置换掉钻孔时形成的泥皮,并重新胶结形成水泥复合土体,从而有效地提高了桩侧土摩擦阻力值。
4.2.2 桩身横截面尺寸增大,提高了桩周土体侧阻力的作用面积。由于侧向注浆压力较高,水泥浆液不仅置换了泥皮,并能把成孔过程中松动、软化的土体重新压密,最终形成强度较高、半径较大的水泥土固结体,相当于增大了灌注桩的横截面。
4.2.3 高压水泥浆液的横向劈裂和脉渗作用。随着注浆量和注浆压力的提高,当桩周注浆压力大于桩周土体抗渗透压力时,水泥浆液会向桩周土体横向渗透,在粉土、粉细砂地层中浆液的横向渗透会产生“劈裂注浆”作用,而在中粗砂、卵砾石地层则会产生“脉渗注浆”作用。通过渗透、劈裂、挤密、填充、固结等综合作用,扩大了桩身与桩周土体之间相互作用的界限,从而较大幅度提高了桩侧摩阻力值,确保了单桩竖向承载力的发挥。
5. 灌注桩后压浆技术的应用改进
根据设计要求，桩端伸入中风化砂岩不小于1.5米，是端承桩，主要靠桩端承担荷载，而且大量的研究表明：改善桩端沉碴优于改善桩侧泥皮所获得的效果，故本工程选用桩端后压浆工艺。施工不久出现了这种情况：水泥浆沿着桩侧从地面上冒出，此时压力表压力变化不大，达不到额定压力。这种情况并不能表明桩端的水泥浆液已经饱和。
通过研究地质报告及现场分析，桩的持力层为中风化砂岩，高压喷出的水泥浆液碰到砂岩时，受到阻力比较大，反过来形成了较大的向上推力，水泥浆总是朝阻力小的地方推进，而桩侧泥皮相对于桩端的沉碴及页岩来说，对水泥浆的阻力小得多，因此就会出现桩端压浆还未达到额定压力时，水泥浆液便已冲破桩侧泥皮冒出地面的现象，并没有真正起到应有的作用。
在这种情况下，对灌注桩后压浆技术作了改进，提出以桩端后压浆为主桩侧后压浆为辅的复式注浆。在离桩底6米左右，设置一道侧向注浆管，先进行侧向压浆，控制压力不要很大，浆材采用浓浆,水灰比为0.65左右，主要起封堵作用。3-5天待水泥浆凝固后，再进行桩端后压浆，因为上面已有水泥浆体的封堵，桩端压浆时浆液不会从桩侧冒出，能充分发挥其桩端压浆的优势，而且压力表变化明显，容易进行控制。在以后的施工中得到验证，效果非常明显。
6. 综效分析
沉降槽项目桩基础施工完毕后通过单桩竖向抗压静载试验，在载荷达到5062KN时，累计沉降值只有5.12mm，判定单桩竖向抗压极限承载力不低于5062KN，单桩竖向抗压承载力特征值不低于2531KN，满足设计要求。
同一场地的蒸发主厂房工序，地质情况和沉降槽工序相似，灌注桩采用普通泥浆护壁钻孔灌注桩，设计桩径600mm和800mm，其中800mm桩与沉降槽的桩都以中风化砂岩为桩端持力层，桩身砼等级同为C30，经过检测中心检测后结果表明，桩径800mm的桩单桩竖向抗压极限承载力3416KN，单桩竖向抗压承载力特征值1708KN。与沉降槽的桩承载力相比，可以看出灌注桩后压浆技术可以较大幅度提高承载力，提高幅度为(5062-3416)/3416=48.19%。
近几年来,灌注桩后压浆技术在我国地基基础工程领域得到较快发展,通过三十多项工程的实践及单桩静载试验，承载力增幅为25～100%，由此可减少桩数或桩径，工程量相应减少20～60%。如某大楼原设计桩直径800～1200mm，377根，采用后压浆技术，改为直径1000mm后压浆桩146根，节约投资300多万元。假设本工程沉降槽项目场地不受限制，采用普通钻孔灌注桩，桩位布置符合要求，若要满足承载力的要求，工程量必定增加很多，相应的增加了工程费用。
7. 结论
通过对灌注桩后压浆技术机理的分析及多项工程的实践表明，钻孔灌注桩后压浆技术的确能提高单桩承载力、增大桩身刚度和稳定性、减少桩的沉降量，同时降低材料消耗，缩短施工工期，提高经济效益。因此推广钻孔灌注桩后压浆技术有着重要的意义和广阔的前景。
参考文献
［1］ 建筑地基基础设计规范 （GB50007-2002）.
［2］ 建筑地基基础工程施工质量验收规范 （GB50202-2002）.
［3］ 建筑基桩检测技术规范 （JGJ106-2003）.
［4］ 建筑桩基技术规范 （JGJ 94-2008）.
［文章编号］1006-7619（2011）03-11-195