CN100532732C - 钻孔灌注桩桩端后注浆施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种钻孔灌注桩桩端后注浆施工方法，具体步骤是：(1)注浆深度确定和注浆设备制作；(2)浆液配置；(3)注浆。本发明的后注浆工法注浆管路等核心设备构造简单、施工方便；对桩周桩端桩土边界具有物理加固和化学加固双重加固作用，其固化沉渣，在桩端形成扩径作用效果，改变持力层性质；同时，上泛的浆液固化桩周泥皮，起到增加桩侧摩阻作用；由于本发明的方法较好地解决了常规灌注桩桩土边界的施工缺陷，采用桩端后注浆工法的灌注桩的单桩承载力，在上海这样的软土地区，基本上要比常规灌注桩的单桩承载力能提高达20%～30%，极端甚至有达70%的个例。

Description

钻孔灌注桩桩端后注浆施工方法

技术领域

本发明涉及一种建筑施工中的注浆方法，尤其是一种用于钻孔灌注桩桩端后注浆方法。

背景技术

自上世纪80年代以来，钻孔灌注桩因为施工简便、无挤土、无振动、低噪音等优点被广泛用于高层建筑和市政建设。然而，钻孔灌注桩由于在泥浆护壁成孔工序中易形成过厚的桩底沉渣和桩侧泥皮、孔壁易受扰动及浸水泡软等影响，导致成桩质量、单桩承载力等指标出现离散性较大的现象。特别在上海这一典型的软土地区，若钻孔灌注桩穿越较厚砂层，且直径较大、桩长较长，其成桩质量更不易保证。

桩端后注浆技术是针对常规钻孔灌注桩工艺易产生的缺陷而发展起来的一项新技术，其可以减小成桩质量离散性，提高单桩承载力，降低地基沉降。该技术在欧洲应用已有50多年历史，国内于上世纪80年代开展研究与应用，上海在90年代后期开始对后注浆灌注桩进行了一些有益的探索。在上海应用初期，后注浆技术往往由于注浆器具、浆液材料、施工工艺的差别，无法形成统一的行之有效的施工方法。

发明内容

本发明是要提供一种钻孔灌注桩桩端后注浆施工方法，用于解决常规灌注桩桩土边界的施工缺陷，提高灌注桩的单桩承载力。

为实现上述目的，本发明的施工方法如下：

本发明的钻孔灌注桩桩端后注浆施工方法，具体步骤是：

1.注浆深度确定和注浆设备制作

(1)根据桩基持力层、桩所穿越的地层情况以及地下水位的情况，确定注浆量及压浆器埋入持力层的深度；

(2)注浆器的制作：

注浆器的底端制成锐角状，出浆孔控制在φ8mm以下，且布置根据地层情况采用环状均匀布置或梅花状布置，出浆孔处设置单向阀门；

(3)注浆管制作与设置

注浆管之间的连接采用螺纹连接，并在接头部位缠绕止水胶带；注浆管与钢筋笼之间采用铁丝绑扎固定，绑扎间距为2m；注浆管随钢筋笼同时下放或由引导钢筋引导下放，并且注浆管下放时进行防漏注水试验；注浆管底管端插入桩端注浆器持力层0.2～0.5m，顶端位置高出地面0.2m，注浆管上口用堵头封闭；

2.浆液配置

(1)浆液的原料采用42.5级、32.5级水泥，按水灰比在0.50～0.6之间进行搅拌配制，浆液比重控制在1.69～1.73之间；

(2)配制好的浆液在注入孔内之前经过湿磨机细化处理，处理时间控制在1～3分钟之间；细化处理后的浆液中水泥颗粒的大小有>80％的颗粒在40μm以下；

3.注浆

(1)确定注浆压力、注浆速度、注浆量

注浆压力：注入压力在0.6～0.8MPa之间；注浆速度：常规压力0.4～0.8MPa时，注入速度控制在32～47L/min；

总注浆量：Q＝Q_p+Q_s

其中：桩端加固注浆量： $Q_p=\mathrm{\λ}(\frac{\mathrm{\π}{d}^2}{4}h+8\mathrm{\ξ}{n}_0{d}^3)/J,$

桩侧返浆量：Q_s＝λπdl′ε/J

水泥用量：H＝Qγ₁/[1+c(γ₁/γ₀]

(2)开启注浆管，在压力作用下，注浆泵将浆液通过预埋在桩身中的注浆管，经桩端的预留压力注浆装置向桩端地层均匀地注入，当注浆量达80％且注浆压力达2MPa时，停止注浆。

压浆器采用的压浆管选用内径为φ25mm的黑铁管，管壁≥3.2mm，压浆管之间采用丝扣连接；注浆器上设置注浆孔保护装置。

本发明的有益效果是：

1.后注浆工法注浆管路等核心设备构造简单、施工方便；

2.对桩周桩端桩土边界具有物理加固和化学加固双重加固作用，其固化沉渣，在桩端形成扩径作用效果，改变持力层性质；同时，上泛的浆液固化桩周泥皮，起到增加桩侧摩阻作用；

3.由于本发明的方法较好地解决了常规灌注桩桩土边界的施工缺陷，采用桩端后注浆工法的灌注桩的单桩承载力，在上海这样的软土地区，基本上要比常规灌注桩的单桩承载力能提高达20％～30％，极端甚至有达70％的个例。

附图说明

图1是本发明的施工工艺流程图；

图2是注浆器及安装示意图。

图3是注浆器上注浆孔成梅花状布置示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

一.本发明的钻孔灌注桩桩端后注浆施工方法，其施工工艺流程及操作要点如图1所示。

(1)施工材料和设备

地下注浆装置：桩身注浆导管，桩端注浆器等。

(2)注浆深度确定和注浆设备制作

A.根据桩基持力层、桩所穿越的地层情况以及地下水位的情况，初步确定注浆量及压浆器埋入持力层的深度。

压浆管选用内径为φ25mm的国家标准黑铁管，采用丝扣连接。为保证丝扣连接的牢固和承压能力，管壁应保证≥3.2mm。

B.注浆器的制作要点如下：

底端宜制成锐角状，以利压浆器插入持力层。

出浆孔宜控制在φ8mm以下，布置根据地层情况可以环状均匀布置亦可成梅花状布置(图3所示)，以利于浆液流出。出浆孔处须设置单向阀门，在下入时孔内保持密封，不易碰坏，使泥浆及注浆后浆液不回流入管内。

注浆器上必须设置注浆孔保护装置。

浆液宜选用42.5级水泥或32.5级水泥配置，按有关规定按批次送检，合格后方能使用。

C.注浆管制作与设置(图2所示)：

注浆管1的连接为螺纹连接，接头部位缠绕止水胶带，注浆管1应随钢筋笼2同时下放或由引导钢筋引导下放，注浆管1与钢筋笼2的固定采用铁丝绑扎，绑扎间距要求为2m。注浆管1下放时须进行注水试验，严防漏水。

注浆管1底标高设置要求管端注浆器插入桩端持力层0.2～0.5m，顶端位置宜高出地面0.2m，注浆管上口须用堵头3封闭。

非全笼钻孔灌注桩，视桩径大小采用与钢筋笼主筋同规格的4根钢筋加相应间距定位箍筋组成，下端长度以能顺利引导注浆管进入桩基持力层为准，上部接长至地面。

(3)浆液配置：

1)浆液的主要原料为42.5级32.5级水泥，按水灰比在0.50～0.6之间进行搅拌配制，配制过程中根据不同的地层应加入一定比例的外加剂，以增加浆液的可注入性。

外加剂的加入比例应根据现场试验取得，其比例的多少与地层的孔隙比、注入速度、注入压力及注浆器的构造均有关系。

配制好的浆液比重一般控制在1.69～1.73之间。

配制好的浆液在注入孔内之前必须经过湿磨机细化处理，处理时间控制在1～3分钟之间。

细化处理是针对上海地区的地层情况特别设计的一道工序，是决定单桩承载力稳定提高的关键工序之一，因此不可缺少。

细化处理后的浆液中水泥颗粒的大小一般认为有>80％的颗粒在40μm以下。

2)浆液浓度

常规0.55～0.60水灰比掺一定量的外加剂，同时做好浆液试样试压，可考虑用浆液比重进行控制，常规控制在1.69～1.73之间。

注浆时浆液浓度一般先稀浆、再中等浓度浆、最后浓浆，在条件许可时尽量用浓浆。

3)注浆压力

一般正常注入压力在0.6～0.8MPa，在设计浆量未全部注入的前提下，最高控制在2MPa为终止注浆的标准。

4)注浆速度

常规压力0.4～0.8MPa时注入速度控制在32～47L/min，压力偏高时取低值，压力偏低时取高值。

5)设计注浆量参考公式

总合理注浆量：Q＝Q_p+Q_s

桩端加固注浆量： $Q_p=\mathrm{\λ}(\frac{\mathrm{\π}{d}^2}{4}h+8\mathrm{\ξ}{n}_0{d}^3)/J$

桩侧返浆量：Q_s＝λπdl′ε/J

合理水泥用量：H＝Qγ₁/[1+c(γ₁/γ₀]

式中：

Q—桩端后注浆灌注桩单桩合理注浆量；

Q_p—桩端注浆量，桩端注浆量主要考虑两个部分，其一是桩端以下h范围内虚土的劈裂填充加固，其二便是桩端周围土体的渗透填充加固，使其在桩端处形成一个扩大头，假设该加固体体积相当于一个2d边长的正方体，体积为8d³；

Q_s—桩侧注浆量，用于浆液沿桩身填充桩身与周围泥皮间的空隙，约3～5mm；

d—桩直径；

h—桩端虚土劈裂加固的高度，取为注浆管进入桩底土体的长度，也可按0.4d～0.6d取值；

l′—设计中综合确定的沿桩身的返浆高度；

λ—浆液损耗系数，取1.1～1.3；

ξ—注浆填充率(渗入性注浆为土孔隙填充率，劈裂性注浆为土体挤压填充率)，对于粗粒土(卵、砾、中粗砂)ξ取0.4～0.6，对于细粒土(粘性土、粉土、粉细砂)ξ取0.2～0.4；

n₀—桩底或桩侧土的孔隙率， $n_0=\frac{e_0}{1+e_0},$ e₀为土体的天然孔隙比；

ε—为包裹于桩周的浆液厚度，可取3～5mm；

J—水泥浆的结石率，可取0.85；

H—基本水泥用量；

γ₁—水泥的密实度；

γ₀—水的密度；

c—水灰比；

(4)开始注浆时间

开始注浆时间一般在成桩3天后，控制在3～7天。

(5)压水试验(开塞)

在注浆之前，均要采用清水进行开塞，一是压通注浆管路；二是检查注浆管路状况。

0.8～1.2MPa的压力出现现并于瞬间归零，可视为注浆器开塞成功。

(6)注浆顺序

注浆顺序是先周边桩后中间桩，中间群桩注浆应间隔跳开施工，独立单桩逐个进行注浆；先施工的桩先注浆。

(7)注浆终止标准

实行注浆量与注浆压力双控制标准，以注浆量控制为主，注浆压力控制为辅。

当注浆量达设计要求时，可终止注浆。

当注浆压力>2MPa并保持3分钟，且注浆量达到设计注浆量的80％时，可终止注浆。

(8)注浆后的保养龄期

一般控制在同试桩桩身的养护，按成桩后3～7天开始注浆计，注浆后21～25天可进行试桩。

(9)检测及分析

1)静载荷试验检测比例为总桩数的1％，并不少于3根。对于同一场地、同一桩型的试桩，应进行1～2根桩端未注浆的与已注浆的桩的对比试验，以了解桩端注浆前后承载力的变化情况。

2)设计应充分预估最大试验荷载，根据目前掌握的试验结果，可在依据地质报告预算的基础上提高30％～50％，尽可能做注浆前后的破坏性对比试验。

3)对大吨位后注浆灌注桩，用高应变法测试承载力应限于用作对静载荷试验的补充，试验目的主要为扩大承载力测试的检测面，用作对工程设计校验和工程验收。对同一场地、同一桩型应做动静对比试验，高应变抽检率应不少于总桩数的2％，并不少于3根。

4)宜采用自平衡法静载荷试验方法测试后注浆灌注桩的承载力、特别是端承力。对同一场地、同一桩型的试桩，宜做自平衡法与传统静载荷试验的对比试验。

二.本发明的钻孔灌注桩桩端后注浆施工方法的原理

桩端后注浆是指钻孔灌注桩成桩后，桩身混凝土达到一定强度时，在压力作用下，浆液通过预埋在桩身中的注浆管，经桩端的预留压力注浆装置向桩端地层均匀地注入，消除桩底沉渣及桩侧泥皮，使桩底和桩侧土体强度得到一定程度的提高，从而提高桩周土体的粘结力，使桩身强度得到加强，最终一定程度上提高钻孔灌注桩的承载力和减少桩身的沉降量。

其作用机理是浆液在一定的压力下通过桩端注浆器向周围扩散，同时沿桩身上泛，浆液中矿物与水发生水解及水化反应，通过渗透、劈裂和挤密作用，固化桩端沉渣，改善持力层性质，改善泥皮性质，由此达到改善桩端土体的受力特性及改变桩侧土体的受力特性，从而达到提高桩端阻力和提高桩侧阻力的双重效果。

三.本发明的钻孔灌注桩桩端后注浆施工方法的特点

(1)后注浆工法注浆管路等核心设备构造简单、施工方便；

(2)对桩周桩端桩土边界具有物理加固和化学加固双重加固作用，其固化沉渣，在桩端形成扩径作用效果，改变持力层性质；同时，上泛的浆液固化桩周泥皮，起到增加桩侧摩阻作用；

(3)由于本发明的方法较好地解决了常规灌注桩桩土边界的施工缺陷，采用桩端后注浆工法的灌注桩的单桩承载力，在上海这样的软土地区，基本上要比常规灌注桩的单桩承载力能提高达20％～30％，极端甚至有达70％的个例。

四.本发明的钻孔灌注桩桩端后注浆施工方法的适用范围

在上海地区桩端持力层为以下土层的钻孔灌注桩，都适合采用桩端后注浆工法：

⑤₂粉质粘土层、⑦₁灰色粉砂层、⑦₂粉细砂层、⑧_2-1粉质粘土与粉砂互层、⑨₁含细砂夹粘性土层、⑨₂中粗砂层等。

Claims (3)

1.一种钻孔灌注桩桩端后注浆施工方法，其特征在于，具体步骤是：

1)注浆深度确定和注浆设备制作

(1)根据桩基持力层、桩所穿越的地层情况以及地下水位的情况，确定注浆量及注浆器埋入持力层的深度；

(2)注浆器的制作

注浆器的底端制成锐角状，出浆孔控制在φ8mm以下，且布置根据地层情况采用环状均匀布置或梅花状布置，出浆孔处设置单向阀门；

(3)注浆管制作与设置

注浆管之间的连接采用螺纹连接，并在接头部位缠绕止水胶带；注浆管与钢筋笼之间采用铁丝绑扎固定，绑扎间距为2m；注浆管随钢筋笼同时下放或由引导钢筋引导下放，并且注浆管下放时进行防漏注水试验；注浆管底管端插入桩端注浆器持力层0.2～0.5m，顶端位置高出地面0.2m，注浆管上口用堵头封闭；

2)浆液配置

(1)浆液的原料采用42.5级或32.5级水泥，按水灰比在0.50～0.6之间进行搅拌配制，浆液比重控制在1.69～1.73之间；

(2)配制好的浆液在注入孔内之前经过湿磨机细化处理，处理时间控制在1～3分钟之间；细化处理后的浆液中水泥颗粒的大小有>80％的颗粒在40μm以下；

3)注浆

(1)确定注浆压力、注浆速度、注浆量

注浆压力：注入压力在0.6～0.8MPa之间；注浆速度：常规压力0.4～0.8MPa时，注入速度控制在32～47L/min；

总注浆量：Q＝Q_p+Q_s

其中：桩端加固注浆量： $Q_p=\mathrm{\λ}(\frac{\mathrm{\π}{d}^2}{4}h+8\mathrm{\ξ}{n}_0{d}^3)/J$

桩侧返浆量：Q_s＝λπdl′ε/J

水泥用量：H＝Qγ₁/[1+c(γ₁/γ₀]

式中：

d—桩直径；

h—桩端虚土劈裂加固的高度；

l′—设计中综合确定的沿桩身的返浆高度；

λ—浆液损耗系数；

ξ—注浆填充率；

n₀—桩底或桩侧土的孔隙率， $n_0=\frac{e_0}{1+e_0},$ e₀为土体的天然孔隙比；

ε—为包裹于桩周的浆液厚度；

J—水泥浆的结石率；

H—基本水泥用量；

γ₁—水泥的密实度；

γ₀—水的密度；

c—水灰比；

(2)开启注浆管，在压力作用下，注浆泵将浆液通过预埋在桩身中的注浆管，经桩端的预留压力注浆装置向桩端地层均匀地注入，当注浆量达80％且注浆压力达2Mpa时，停止注浆。

2.根据权利要求1所述的钻孔灌注桩桩端后注浆施工方法，其特征在于，所述的注浆设备制作步骤中，注浆器采用的注浆管选用内径为φ25mm的黑铁管，管壁≥3.2mm；且注浆管之间用丝扣连接。

3.根据权利要求1所述的钻孔灌注桩桩端后注浆施工方法，其特征在于，所述的注浆管制作与设置步骤中，注浆器上还设置注浆孔保护装置。

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