钻孔灌注桩后注浆施工工法.docx
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钻孔灌注桩后注浆施工工法
钻孔灌注桩后注浆施工工法
编制单位:
主要执笔人:
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
1I—A—
刖弓
特点2
适用范围2
工艺原理2
工艺流程及操作要点3
机具设备6
劳动组织6
安全保证措施7
质量保证措施7
效益分析8
工程实例8
钻孔灌注桩由于采用泥浆护壁和水下作业的先天不足,常常发生因桩底沉渣处理不干净而影响桩端承载力发挥,以及泥皮过厚而影响桩侧摩阻力发挥的问题。
而后注浆技术正是针对这样的不足而产生的一种新兴的施工工艺。
2特点
该工法施工设备简单,施工方便,利用后注浆工艺可以有效增强灌注桩的承载力,缩短桩长,降低桩基费用,同时该工艺无需向地而排浆,无振动、无噪声,有利于环保和文明施工,提高了经济和社会综合效益。
3适用范围
该工法适用于高层建筑深桩基工程的钻孔灌注桩的施工,特别是在粉砂和含砂砾层中的钻孔灌注桩的施工,其质量效果更好,有明显的经济效益。
4工艺原理
在灌注桩施工过程中,在钢筋笼上埋设注浆管和注浆阀,在成桩后7〜24小时首先进行清水霹雳,将桩底的注浆管头周围的混凝土以及土体的混合物劈开,保证管道的通畅,7〜25日(混凝土强度达到75%时)后再通过注浆管用高压泥浆泵将水泥浆压入桩底,其作用有二:
1、加固桩底沉渣及桩侧泥皮;2、对桩底和桩侧一定范围内的土体通过渗入(粗粒土)、霹雳(细粒土)和压密(非饱和松散土)注浆起加固作用,扩大桩端面积,从而增强桩端阻力和桩侧阻力,提高承载力,减少桩的沉降。
5工艺流程及操作要点
5.1灌注桩后注浆技术的施工工艺流程如图5.1所示:
注浆参数下钢筋笼淸孔经过7~24小时
图5.1灌注桩后注浆施工流程
5.2施工准备
5.2.1确定注浆参数
1.注浆压力的确定:
一般工程的注浆压力控制在2〜4Mpa。
2.单桩注浆量的确定:
根据工程桩的体量来确定或设计直接给出。
3.水灰比的确定:
一般在0.5〜0.6之间。
5.2.2清水霹雳及注浆时间的确定
1.注浆管清水霹雳时间:
在混凝土浇注完24小时内进行。
2.压浆时间:
在桩身强度达到75%后开始注浆,一般在7〜24天左右。
523注浆终止的标准
1.单桩水泥注入量达到单桩的最大注浆量;
2.注浆总量已经达到设计量的70%,且注浆压力达到设计注浆压力的150%,并维持5min以上;
3.注浆总量己经达到70%,且桩顶面或地面出现明显上抬。
5.3操作要点
531注浆管控制
一般注浆头应插入桩底土体0.5〜0.7m,且注浆头应用胶带封闭,否则将出现注浆管堵塞的现象,造成注浆失败,注浆管埋放见图5.3.1。
高出自然地坪3C〜50cm
\注浆出口用胶带包住,出浆面积不少于管径
图5.3.1注浆管埋放
5.3.2清水霹雳要及时
一般来说清水霹雳应该在混凝土浇注后7〜24小时内进行,这样
可以将注浆头周围的混凝土与土体的混合土体及时霹通,保证注浆管
的畅通。
5.3.3浆液浓度控制
在注浆过程中,浆液受到注浆压力与灌浆阻力的共同作用,悬浮在浆液中的水泥固体颗粒不断沉积在管壁,导致管道系统的摩擦力不断增加,流通面不断缩小,直到完全堵塞,浓度过大是导致这种现象发生的主要原因,因此应当控制好浆液的浓度。
水泥浆应当搅拌均匀,在抽入高压泵之前必须进行过滤。
对于同一根桩的各根注浆管应尽量保证等。
6机具设备
该工法仅需要1台双轴高压泵对注浆管进行清水霹雳及注浆即可,其他材料需要为普通铸铁管(使用无缝钢管效果更好),水泥(根据设计要求确定)。
7劳动组织
施工时应根据现场实际情况配备作业班组,一般的劳动力安排见表7。
表7灌注桩后注浆劳动力安排
丿F
号
工种
人数
职责
1
钢筋匚
2
注浆管的安放,垂直度,长度的控制
2
搅拌工
4
负责浆液的搅拌
3
泵工
3
1人负责监督压力表的读数,2人负责接管头
4
焊工
1
标咼钢筋的点焊
8安全保证措施
&1注浆过程中要注意双轴高压泵的压力控制,必须将压力控制在最大压力值之下,否则将造成高压泵的轴头爆炸。
8.2注浆皮管需要定期检查,以免因长期使用不能承受高压泵的压力,导致爆管现象的发生,接头位置应定期更换并加固。
8.3注浆过程中若发现高压泵压力急速上升,当立即停止注浆,并做卸压处理。
9质量保证措施
9.1原材料复试措施
9.1.1水泥进场应附质保单,按规定做好原材料复试,水泥按每批每200t做一组原材料试验。
9.1.2注浆管进场时要验收质保书,,必须按规格、品种分别堆放,按规定做好原材料复试。
试验报告反映合格后方能使用。
每种规格、每批号每60t做一组原材料试验,不到60t按60t计。
9.2注浆控制
9.2.1注浆管的长度应当根据桩深来确定,一般大于桩长0.5~0.7m左右,过长则埋设时不方便,过短则注浆失去原有的意义。
9.2.2在混凝土浇注完的7~24小时内及时进行清水霹雳,保证注浆管的畅通。
9.2.3施工过程中浆液浓度应该由稀到浓过度,尽可能的减少灌浆的阻力,并控制好注浆的压力,保证注浆压力在满足设计压力的前提下恒定。
10效益分析
中建大厦通过灌注桩的后注浆工艺,桩基的单桩极限承载力提高至15OOOKN以上,比原设计普通灌注桩的单桩极限承载力提高了近90%(由2次试验桩的检测报告可知),设计在重新进行群桩验算的基础上将原303根工程桩降至274根,并且有效桩长缩短,幅度在5〜8m不等。
采用灌注桩后注浆工艺之后,因后注浆施工所带来的费用降低(因为桩数量减少和单桩长度缩短)和费用增加(包括后注浆所用的水泥、注浆管及副材等材料费用和人工费、机械用电用水等费用)两者相抵,整体工程造价降低了55.66万元,单桩节约了2031元,中建大厦因设计要求的无缝钢管成本比较高,因此导致了后注浆工艺成木的增加,如果在满足施工要求的前提下采用一般铸锌管或生铁管,节约的成木更多,桩基工程造价将节约在8%左右。
11工程实例
1L1工程概况
中建大厦(上海)位于上海市浦东新区陆家嘴世纪大道和浦电路交界的2-11-5地块,东北至世纪大道,西南至竹林路,东南靠浦项世纪广场,西北临东方大厦。
由约160m高的32层超高层甲级办公楼、2层(局部3层)的裙房和4层地下室组成,基地面积为9189.8m2,总建筑而积约为96655.575nV。
该工程业主为上海中建投资有限公司,设计为中建国际(深圳)设计顾问有限公司。
该工程桩基工程桩采用钻孔灌注桩(主楼巾850,裙楼*600),其中主楼工程桩设计为抗压桩,第二次试验桩检测结果后设计将原来的305根减至274根,有效桩长亦有原来的40m缩短至32m;裙楼桩为抗拔桩,共266根。
主楼抗压本工程桩基工程桩采用钻孔灌注桩
(主楼巾850,裙楼巾600),其中主楼工程桩设计为抗压桩,第二次试验桩检测结果后设计将原来的305根减至274根,有效桩长亦有原来的40m缩短至32m;裙楼桩为抗拔桩,共266根。
桩采用近几年国内大力提倡的灌注桩后注浆技术,此项技术极大的提高本工程桩基施工的技术含量并降低了工程造价。
11.2试桩概况
该工程共进行两次试桩检测:
第一次试桩,试验工程桩3组,桩径850mm,桩长59m,混凝土强度C35,持力层为⑦lb层,单桩承载力设计值为10240KNo第二次试桩,试验工程桩3组,桩径850mm,桩长51m,混凝土强度C35,持力层为⑦lb层,单桩承载力设计值为15000KN,采用灌注桩桩底后注浆技术,并对其中两根桩进行了桩身阻力测试,试桩概况详见表11.2:
表11.2试桩概况表
桩号
施工桩
长(m)
皱桩
长(m)
桩径
(m
m)
注浆压力
(Mpa)
注浆水
泥用量
(t)
备注
Ml
次试
桩
试1桩
59
40
850
未注浆
试10
桩
59
40
850
未注浆
试15
桩
59
40
850
未注浆
M2次试
桩
239
51
32
850
1.4
2
后注浆,预埋测力
元件
240
51
32
850
1.2-4
2.3
后注浆,预埋测力
元件
252
51
32
850
1.7
2.25
后注浆,
注:
因240号桩桩底注浆管堵塞,因此对其采用了桩侧注浆(桩侧另
部3根注浆管),由试桩检测报告得岀结论,桩侧注浆是成功的。
11.3地质概况
表11・3地质概况
土层分布
土层序
堆名称
层底标局
fs(kpa)(fp(kpa))
&
①
填土
2.83~-
15
0.25
②
褐黄~族黄色粉质
粘土
1.63~033
15
③
③
灰色淤泥质粉质粘
土
-4.6--5.98
15
-
③夹
灰色粉质粘土
-1.6~-
20
④
3.10
⑤
④
灰色淤泥质粘土
-9.6~-
20
la
11.67
⑤
⑤la
灰色粘土
-13.60--
30
lb
14.77
⑥
⑤lb
灰色粉质粘土
-19.69~-
40
⑦
21.76
la
⑥
暗绿~草黄色粉质
-25.80--
65
粘土
26.79
⑦
⑦la
草黄色粉质粘土
・35.82--
80
lb
38.37
⑦lb
草黄色粉砂
-56.15--
90(2800)
58.79
11.4试桩阶段注浆参数
1141注浆压力:
桩端终止注浆压力3Mpa
11.4.2单桩后注浆用水泥量:
2000Kg
11.4.3水灰比:
0.55
11.4.4终止注浆标准:
1、单桩水泥注入量达到2000Kg;
2、注浆总量己经达到设计量的70%,且注浆压力达到设计注浆压力
的150%,并维持5min以上;
3、注浆总量已经达到70%,且桩顶而或地而岀现明显上抬。
11.4.5压浆时间:
在桩身强度达到75%后开始注浆,一般在厂24天左右。
注浆管清水霹雳时间:
在混凝土浇注完24小时内进行。
11.5桩端后注浆施工情况介绍
第二次试桩共3根试桩,8根锚桩的实际注浆情况分以下几种:
1、第一种类型:
注浆过程中压力不稳定,不断增高,在3Mpa维持0~10分钟左右,而后急速上升,注浆被迫中断.注浆水泥量在500Kg左右,达不到设计要求的2000Kgo
2、第二种类型:
注浆过程中压力在1.4~2Mpa之间,注浆量在2000Kg~2500Kg之间。
3、第三种类型:
这种类型发生在240号试桩,该桩在清水霹雳时就未曾霹通,可能是因为注浆头过短埋入下方混凝土中的原因,后采取在桩侧打孔注浆来完成注浆。
11.6试桩检测报告分析
11.6.1静载试验结果汇总
表11.6.1静载试验结果汇总
试
最大
桩顶
极限承
极限荷
极限
端阻
极限承
备注
验
桩
编
加载
量
(KN
)
总沉
降
(mm)
载力
(KN)
载下桩
顶总沉
(mm)
侧阻
力
(KN
)
力
(KN
)
载力平均值
(KN)
Ml
试1
9216
59.47
7168
14.63
次
试
试
10
1126
4
81.73
8192
19.19
7851
未注
浆
桩
试
1024
83.99
8192
24.50
15
0
M2
239
1500
12.14
>
34.37
1387
>
次
0
15000
7
1123
试
240
1500
15.90
>
36.27
1115
>
>
后注
桩
0
15000
5
3845
15000
浆
252
1500
11.74
>
32.64
0
15000
由表1161看出,采用桩底后注浆后,试桩的极限承载力远大于
未注浆桩承载力,增幅大于80%,且桩顶总沉降仅为原普通灌注桩的
15%~25%。
11.6.2荷载-沉降(Q-S)曲线比较
第2次检测3根桩静载试验,单桩承载力均达到设计要求,取其
中239号与240号后注浆灌注桩与相临试1普通灌注桩试桩结果见表
11.6.2-1及图11.6.2-1
239
荷我(KN)
0
2500
3750
5000
6250
7500
8750
1000()
11250
12500
13750
1500()
累计沉降
(mm)
0.00
2.68
4.91
7.46
9.98
12.74
15.61
18.59
21.69
25.06
29.18
34.37
240
荷拔(KN)
0
2500
3750
5000
6250
7500
8750
1000()
11250
12500
13750
15000
累计沉降
(mm)
().0()
2.94
4.94
7.08
9.39
12.19
15.16
18.48
■■•JAv
26.65
31.05
36.27
试1桩
荷栽(KN>
0
2048
3072
4096
5120
6144
7168
8192
9216
累计沉降
(mm)
0.00
1.97
3.51
5.39
7.82
11.05
14.63
38.57
7036
由图11.6.2-1可以看出采用后注浆工艺的239号、240号灌注
桩载荷试验Q-S关系曲线呈缓变形,上部加载曲线较平直,最大加
载端部未见破坏点,这说明极限承载力大于试验最大加载值15000KN,
根据分析后注浆灌注桩静载试验所显示的缓变型曲线,是注浆液加固
了桩端虚土和地基土,以及桩周泥皮,并在桩底凝结形成一扩底扩径
的水泥结石层所致。
而试1桩Q-S曲线呈陡降型,桩端临近破坏点,说明极限承载力等于或接近最大加载值。
桩体岀现较大沉降,可能与桩端有虚土,桩周有泥皮所致。
11.6.3桩侧摩阻力与桩端阻力分析
第2次试桩过程中对239号及240号桩进行了桩身轴力以及桩侧
摩阻力测试。
详见表11.6.3-1>表1163-2、图11.6.3-1、图11.6.3-2
表11.6.3-1239#加载15000KN时轴力分布
深度
轴力
分段桩
段内平均
周长
分段土
单位摩
土层名称
(KN)
长
直径
(m)
阻力
阻力
(m)
(mm)
(KN)
(Kpa)
1.0
15000
1.0
950
3.1
3.6
14730
2.6
1000
3.1
270
33.1
②层
9.1
14005
5.5
1000
3.1
725
42.0
③层
24.1
11136
15.0
950
3.0
2869
64.1
④、⑤la、⑤
lb
30.6
8810
6.5
950
3.0
2326
120.0
⑥层
41.6
4414
11.0
1000
3.1
4396
127.3
⑦la层
50.0
1123
8.4
850
2.7
3291
146.8
⑦lb层
表11.6.3-2240#加载15000KN时轴力分布
深度
轴力
分段桩
段内平均
周长
分段土
单睛
土层名称
(KN)
长(m)
直径
(m)
阻力
阻力
(mm)
(KN)
(Kpa)
1.0
15000
1.0
950
3.0
3.6
14765
2.6
950
3.0
235
303
②层
9.1
14098
5.5
1000
3.1
667
38.6
③层
24.1
11398
15.0
950
3.0
2700
60.3
④、⑤la、⑤
lb
30.6
9855
6.5
900
2.8
1543
84.0
⑥层
41.6
6522
11.0
950
3.0
3333
101.6
⑦la层
50.0
3845
8.4
860
2.7
2677
118.0
⑦lb层
由表11.6.3-1、表11.6.3-2可以看出239号桩的土体的摩阻力累计达到13877KN,而240号桩的土体摩阻力累计只达到11155KN,经分析后发现主要原因是240号桩桩底注浆未成功,后采用桩侧注浆工艺,而桩侧注浆3根注浆管仅两根成功,总体的效果自然比桩底注浆稍差。
但总的来说桩身的单位摩阻力随着深度的增加而不断增长,可以推断在注浆过程中,浆液在桩端己经基木达到饱和,沿桩身上传,加固桩端以上一定高度范围内的泥皮,充填桩身与桩周土体的间隙,使更大范围的桩周土被调动起来参与承载,而浆液量由桩端往上不断减少,这也与单位摩阻力的增长是相互对应的,证明后注浆可以达到提高桩身摩阻力,增加极限承载力的作用。
239桩身轴力图
图11.6.3-1239桩身轴力图
240桩身年由力I冬I
图11.6.3-2240桩身轴力图
通过比较图11.6.3-1、图11.6.3-2可以看出,在各等级承载力下,桩深在-1.0〜-9.1之间变化都相对平缓,而自-9.1以后轴力曲线的下降梯度变得陡峭,并且随着深度加大,幅度越来越大,这也与表11.6.3-1、表11.6.3-2中的摩阻力的不断增加是吻合的。
11.7施工中的问题
11.7」注浆管不通的原因
1、注浆管长度控制不到位
施工过程中注浆管未根据实际桩长进行控制,一般注浆头应插入桩底土体0.5〜0.7m,而在试桩过程中240号桩的注浆管埋设深度不够,导致注浆头被混凝土覆盖,清水霹雳无法霹通。
2、清水霹雳不及时
一般来说清水霹雳应该在混凝土浇注后7~24小时内进行,这样可以将注浆头周围的混凝土与土体的混合土体及时霹通,保证注浆管的畅通。
3、浆液浓度过大
在注浆过程中,浆液受到注浆压力与灌浆阻力的共同作用,悬浮在浆液中的水泥固体颗粒不断沉积在管壁,导致管道系统的摩擦力不断增加,流通面不断缩小,直到完全堵塞,浓度过大是导致这种现象发生的主要原因,因此应当控制好浆液的浓度。
水泥浆应当搅拌均匀,在抽入高压泵之前必须进行过滤。
对于同一根桩的各根注浆管应尽量保证等。
11.7.2施工建议
1、注浆管的长度应当根据桩深来确定,一般大于桩长0.5~0.7m左右,过长则埋设时不方便,过短则注浆失去原有的意义。
2、在混凝土浇注完的7〜24小时内及时进行清水霹雳,保证注浆管的畅通。
3、施工过程中浆液浓度应该由稀到浓过度,尽可能的减少灌浆的阻力,并控制好注浆的压力,保证注浆压力在满足设计压力的前提下恒定。
11.8结论
1181桩底后注浆技术提高了基桩的单桩承载力,减少了桩基沉降,改变了桩的承载性状,有效地加固了桩侧泥皮和桩端虚土,桩侧阻力较未注浆桩有明显提高,具体表现在桩身下部的侧阻力增幅较大。
11.8.2由于承载力的提升,在经过设计群桩验算后,桩长及桩数均可相应降低,因而总体的经济效益是可观的。
11.8.3通过在桩体内埋设测力元件,可了解桩的承载特性,获得各土层摩阻力和端阻力参数,为工程桩的设计提供技术支持,同时为工程桩后注浆施工积累了宝贵的经验。
11.8.4施工设备较简单,方法易于掌握、费用低、缩短工期;无需向地而排浆,无振动、无噪声,文明施工,提高了社会、经济、环境综合效益。