探究建筑工程建筑工程中桩端后压浆技术施工工艺

【摘要】本文结合作者多年来实践对桩端压浆这一施工技术进行了阐述。
【关键词】高层建筑；桩型；桩端后压浆；桩底后压浆

1.工程概况

某综合楼工程，占地面积6680m2，总建筑面积2.4万m2。其主楼13层，高39.9m，建筑面积1.93万m2，设置一层地下室。主体结构采用框架-剪力墙结构，单桩承载力特征值要求不小于4500kN。根据地质勘察资料，本工程场地范围内地层由杂填土，粉质粘土，砾石和含粘性土碎石组成。

2.桩型的选择和设计

2.1桩形的选择。该工程单桩承载力特征值要求不小于2500kN，荷载要求高，由于是高层建筑，对沉降变形敏感。以5层含粘性土碎石层作为持力层，桩径Φl000mm，桩长40m（进入持力层8.8m）的钻孔灌注桩抗压承载力估算值为5498kN。设计经过对普通钻孔灌注桩、支盘桩和钻孔灌注桩桩底压浆三种方案进行对比，考虑到5层土厚达26m，为含粘性土碎石，采用桩底压浆技术大幅度提高承载力。因此基础设计为φ1000mm钻孔灌注桩360根，桩长17m（桩底进入选用的持力层5层1m），对桩底进行压浆处理，单桩抗压承载力特征值为3000kN。由于5层的碎石中含有大量粘性土，需要对压浆孔、压浆量和压浆压力慎重设计和试桩检验。
2.2桩底压浆的工作机理。钻孔灌注桩桩底压浆技术是指在钻孔灌注桩成桩后，通过预留在桩身的压浆管，将水泥浆通过压力均匀地注人桩底土层，对桩底沉渣及桩底附近的桩周土层进行一系列作用，改善持力层受力状态和荷载的传递性能。通过桩底球形体扩张作用、桩周增加摩擦作用、桩底清渣固结作用和桩底产生群桩加强作用大幅提高桩的承载能力，减少基础的沉降量。
2.2.1桩底球形体扩张作用。钻孔灌注桩一般用锥形钻头，所以桩底呈圆锥状，将桩底简化为半球体。压浆孔在桩底形成扩散点，在压力作用下浆液从扩散点在土层空隙中向外扩散，浆液扩散量等于半球形孔穴体积的变化量。桩底压浆通过渗透、劈裂、挤密和胶结作用形成桩底球形体增大了桩底受力面积，球形体由桩中间向四周密实程度逐渐减小。
2.2.2桩周增加摩擦作用。钻孔灌注桩施工过程中的泥浆护壁降低了桩体与桩周土体的摩阻力，桩底压浆在压力作用下，浆液从桩底沿桩侧向上，通过渗透、劈裂、充填、挤密和胶结作用，对桩周（特别是碎、卵石层）泥皮置换和空隙充填，在桩周形成脉状结石体，从而使桩侧摩阻力大幅度提高。
2.2.3桩底清渣固结作用。以碎石层持力的灌注桩，清孔过程很难将桩底沉渣清理干净，沉渣影响桩底承载力发挥和对沉降量的控制。桩底压浆通过浆液对沉渣的置换、挤密和固结作用改善或消除桩底沉渣的不良影响，大大减小了桩承重后的沉降量。
2.2.4桩底产生群桩加强作用。在桩底，原本单独起作用的桩通过压浆，原来分散的桩底持力点通过水泥浆的固结作用，趋于形成整体，产生群加强效应，提高了整个建筑基础的承载能力。

2.3压浆参数的确定

2.3.1压浆孔的设计。根据桩直径大小和桩底持力层空隙率大小沿着灌注桩钢筋笼周边均匀布置2～4个压浆管，一般桩径大，空隙率小的，压浆管布置多。考虑到本工程桩直径100cm，桩底碎石中含由于桩底碎石中含有大量粘性土，空隙率为0.531，N=0.531/（0.531+1）=0.347，设计单桩浆液注入量时R取值1.5m；H取值2m；A取值1.1；β取值0.6；本工程单桩压浆量Q≈3.5m3。有粘性土，为了保证压浆能够包裹桩底，沿钢筋笼圆周均匀设置2个φ32压浆管。
2.3.2压浆压力。压浆压力是桩底压浆效果好坏的关键，是由桩长和持力层特性决定的。要保证最终压浆压力小于桩上抬的摩阻力，防止压浆时桩身上移，破坏桩身特别是桩底；同时又要确保压浆量达

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到设计要求，形成设计要求的桩底效果。由于本工程持力层的碎石中含有大量粘性土，影响浆在桩底的扩散，所以在压浆过程的不同阶段压浆压力也不相同。
2.3.3浆的配比。压浆原材料为P.O42.5R水泥，水灰比根据压浆情况先稀后浓，浓浆为主。稀浆（水灰比0.8：1）渗透力强，便于加固预定范围周边地带。中等浓度浆液（水灰比0.5：1）加固预定范围的核心部分，起充填、压实、挤密作用。浓浆（水灰比0.4：1）对已压浆体起脱水作用，最后注人浓浆掺加减水剂和固化膨胀剂（UEA）。

3.桩端后压浆施工技术

3.1压浆管的制作与预埋。压浆管采用φ32焊铁管，由大一号的钢套管满焊联接，用铁丝将其与钢筋笼绑扎牢固，沿桩孔全长布置，铁管顶高出钻孔口50cm。在距管底30cm左右呈梅花形布置，间距5cm钻取直径5mm的射浆孔，在射浆孔放图钉用电工胶布加胶带包裹，形成单向阀（混凝土浇筑时水泥浆不会进入压浆管，压浆时，水泥浆可以顺利从孔中压出）。压浆管钢筋笼下放前做好清孔工作，确保压浆管下放至桩底最深处。下放浇灌导管要小心谨慎、轻吊轻放，防止损坏压浆管。浇筑混凝土前将压浆管上口封闭，以免水泥砂浆等异物进人，堵塞管路。浇筑水下混凝土时，随时观察压浆管的上浮情况，发现上浮应立即处理，以免影响压浆效果。
3.2压浆。（1）预压开塞。桩体混凝土达到一定强度时进行压浆管的预压开塞，以劈裂及清除射浆孔单向阀周围混凝土保护层，防止封堵射浆孔，确保压浆能顺利进行。本工程在成桩后第2天进行预压开塞，初始压力约2MPa左右，按2～3级逐级加压，最大压力控制在8MPa以内，压水量控制在0.6m3，出现压力表突然下降时，表明整个压浆管道和射浆孔已通；（2）水泥浆压浆。通过混凝土试块确定桩身强度达到设计强度的80%时，具备压浆条件。压浆时，先向桩底注入稀浆液置换出桩底及压浆管道中的沉水，压力由小到大，浆液由稀到稠。通过关注压浆压力、压浆量和压浆皮管变化控制压浆节奏。本工程压浆压力为由2MPa加至8MPa，单桩总压浆量3.5m3。水泥浆分数次注入，第一次注入0.5m3稀浆（水灰比0.8：1），第二、三次注入2.5m3中浓度浆（水灰比0.5：1），每次压浆的间歇时间30min。中浓度浆注完2h后注人0.5m3浓浆（水灰比0.4：1），浓浆注入时加大压浆压力，压浆结束后保持管内压力10min后拆管；（3）封闭养护。压浆完成后，卸下压浆接头，采用螺丝扣封堵闭浆管，压浆后养护15d左右，保证桩底注入浆与碎石凝结加固。
3.3桩基础压浆顺序。由于压浆水泥浆流向的相对不确定性，在进行大量群桩施工中，要先周边、后中间的顺序进行压浆。对多桩承台采取桩先注，中间桩后注的顺序，达到封闭浆液外流的效果。进行中间桩的压浆时可以适当加大压浆量，最大限度地提高压浆效果。
4.结语
综上所述，桩底后压浆技术施工设备简单，施工方便，对以碎石层为持力层的灌注桩，提高承载力和减小沉降量很有意义。在碎石层含有粘性土的情况下，通过研究计算，制定周密的施工方案和有针对性的技术措施同样能够达到预期的设计效果，具有很高的经济效益，特别是对于沉降控制要求较高的高层建筑有着广阔的应用前景。