CN101704649A - 一种非取土引孔预应力管桩或预制方桩沉桩工艺的浆液配方 - Google Patents

Abstract

本发明向人们公开了一种确保工程质量、降低工程造价的非取土引孔预应力管桩或预制方桩沉桩工艺的浆液配方，其特征在于由水泥、膨润土、木质素磺酸钙、石膏按一定的配比组成(按土重)：水泥10％～12％，膨润土12％～15％，减水剂0.2‰～0.24‰，缓凝剂0.2％，浆液制作时水灰比0.6～0.8；应用膨润土在水介质中能分散呈有一定的粘滞性、触变性和润滑性胶体悬浮液，使沉桩时产生较小的压桩反力；随着浆液中水泥的固结硬化，桩周搅拌的土体强度超过原土体强度，桩周摩阻力达到甚至超过原状土的摩阻力，确保桩基承载力满足设计要求；本发明应用于拟建场地内浅部有较厚密实砂层，桩基持力层在砂层以下，对预应力管桩或预制桩施工需沉桩时。

Description

一种非取土引孔预应力管桩或预制方桩沉桩工艺的浆液配方

技术领域

本发明涉及一种用于拟建场地内浅部有较厚密实砂层，尤其是桩基设计选用持力层在砂层以下并且对预应力管桩或预制桩施工沉桩时所涉及的一种非取土引孔预应力管桩或预制方桩沉桩工艺的浆液配方。

背景技术

随着城市建设的迅猛发展，可用于建设的土地资源越来越少，因此房屋建筑向高层发展，各种高层及超高层建筑成为当前建设的主导。对于高层及超高层建筑的基础工程，基础承载力的要求越来越高，建筑物沉降变形要求也越来越高。为满足承载力及变形要求，设计往往采用深长桩基础。

预制桩及高强预应力混凝土管桩因其工厂化批量生产供应，具有单桩承载力高，桩身质量易控制保证，施工质量易控制，施工周期短，尤其静力压桩工艺具有施工噪声小的特点，得到广泛应用。基础设计时为满足单桩承载力的要求及建筑物变形要求，桩身往往需穿越较厚的密实砂层后至设计的桩端持力层，但由于密实砂层的存在，设计时往往考虑砂层内的沉桩困难，桩基选型时采用造价昂贵、施工质量控制相对复杂的钻孔灌注桩(钻孔灌注桩系是指在工程现场通过机械钻孔在地基土中形成桩孔，并在其内放置钢筋笼、灌注混凝土而做成的桩)。

在拟建场地存在较厚密实砂层时，如采用预应力管桩及预制方桩，传统的施工方法有选择大吨位压桩机，采用预钻孔沉桩、内(外)射水法沉桩，同时预应力管桩及预制方桩施工时须考虑沉桩挤土效应和对邻近建筑物、地下管线等的影响而采取其它辅助措施。如苏州三香广场大楼工程，自上而下土层为填土(层厚1.00～2.90)、粘土(层厚0.50～1.80)、粉质粘土(层厚1.00～3.00)、粉土夹粉砂(层厚1.90～4.50)、粉砂(层厚7.00～9.40)、粉质粘土(层厚3.50～7.30)、粘土(层厚1.50～4.00)、粉质粘土(层厚1.50～4.00)。设计试桩采用PHC500(100)-AB型管桩，桩长25米，因场地④2层为中密～密实的粉砂厚7.00～9.40米，采用YZY720型静压桩机施工，因压桩力较大(6根试桩压桩力均大于4500KN，且有二根桩因砂层内压桩力达4950KN产生爆桩，试桩时采用桩内射水法沉桩)，工程桩设计考虑管桩沉桩穿砂层困难及管桩的挤土因素改为钻孔灌注桩，单桩工程造价由管桩3250元/根变灌注桩6360元/根，整个工程桩基316根桩造价提高约98万元。

采用大吨位的静力压桩机或重锤锤击桩机，由于工程地质的复杂性，特别是有密实的粉细砂地层中，沉桩过程中由于砂层本身的密实度较高，且施工过程中产生的挤土作用和超孔隙水压力作用，使压桩过程中产生较大的压桩反力，反力过大时易产生爆桩或断桩现象(如苏州财富中心采用YZY720静压桩机施工试桩时，有三根试桩未引孔，桩端进入砂层3米时压桩力大于4950KN，且沉桩困难，其中一根桩当压桩力达到5300KN时，超过桩身承载极限，出现爆桩现象停压)；同时采用大吨位的压桩机对拟建场地要求较高，施工压桩前需对场地进行加固处理，增加工程造价另外采用重锤打桩产生较大的噪声及振动影响，不适宜在房屋、人口稠密地区即城市中心施工.

采用传统的引孔工艺即预钻孔沉桩，孔径约比桩径(或方桩对角线)小50～100毫米，深度视桩距和土的密实度、渗透性而定，深度宜为桩长的1/3～1/2，一般要求桩机宜具备钻孔沉桩双重性能。传统的取土引孔主要解决施工过程中产生的挤土作用和超孔隙水压力作用，但在密实砂层取土后成孔困难，尤其是砂层固有的特性决定了取土后不成孔的事实，不能完全解决沉桩反力大的问题。

发明内容

针对上述存在的技术情况，本发明的目的是：提出了一种在穿越密实砂层中能提高工程质量、降低工程造价的非取土引孔预应力管桩或预制方桩沉桩工艺的浆液配方。

本发明的技术方案是这样实现的：一种非取土引孔预应力管桩或预制方桩沉桩工艺的浆液配方，其重量比为(按土重)：水泥10％～12％，水灰比0.6～0.8；膨润土12％～15％；减水剂0.2‰～0.24‰；缓凝剂0.2％。

所述减水剂为木质素磺酸钙。

所述缓凝剂为石膏。

本发明各成分的作用为：水泥，固结硬化后使桩周搅拌的土体强度超过原土体强度，桩周摩阻力达到甚至超过原状土的摩阻力；膨润土，在水介质中能分散呈有一定的粘滞性、触变性和润滑性胶体悬浮液，使沉桩时产生较小的压桩反力；木质素磺酸钙，为减水剂，能减少拌合用水量、提高水泥土强度；石膏，为缓凝剂，延缓水泥土凝结时间而对后期强度无明显影响。

本发明各成分组合后的作用为：将水泥与膨润土配制的浆液通过输浆泵压入土体，经搅拌均匀后形成具有一定流塑性浆土混合体，使沉桩时产生较小的压桩反力，固结硬化后使桩周搅拌的土体强度超过原土体强度，桩周摩阻力超过原状土的摩阻力。

本发明所用原料来源为：水泥采用苏州南新水泥厂P.042.5普通硅酸盐水泥，膨润土为南京汤山膨润土厂生产的200目钙质膨润土，减水剂采用图们市青松木素化工厂木质素磺酸钙。

本发明浆液配方在非取土引孔预应力管桩或预制方桩沉桩工艺的应用为：

A.桩位测放：根据设计图测放桩位，将每根桩位用竹签打入地下做好标志；

B.引孔施工：采用SMW工法机或深层搅拌机进行机械切削搅拌，同时将以P.042.5普通硅盐酸水泥及膨润土为主要组成成份的浆液与土体强制搅拌。在钻机施工钻进过程中，供浆应保持连续均匀；引孔孔径应比管桩桩径大100～200毫米；同时钻机对粘性土层下沉或提升速度控制在1.2～1.5米/分，对砂性土控制在0.8米/分以内。

C.沉桩施工：引孔机械移位，压桩机就位，起吊管桩；沉桩即将桩插入土层，插入土层时的垂直度偏差不得超过0.5％；对于长桩需采用分段施工，桩接头之间用电焊接桩。

本工艺是在室外建筑场地进行，在常温环境下操作.上述普通硅盐酸水泥为P.042.5及以上的合格普通硅酸盐水泥(工艺实施例采用苏州南新水泥厂)，膨润土为土木工程泥浆用膨润土(API标准)，本工艺实施例用膨润土为南京汤山膨润土厂生产的200目钙质膨润土.引孔机械为SMW工法机或大动力的深层搅拌机械，工艺实施例采用宜兴市周铁镇聚杰基础工程机械厂生产的SJB-II型深层搅拌机，压桩机工艺实施例采用吴江良工机械有限公司生产的YZY600静压桩机.工艺实施例PHC管桩(或金属桩)为苏州市永固管桩制造有限公司的产品.

本发明的优点：

1、在引孔施工中按一定比例加入水泥、膨润土，利用膨润土和水、泥或砂等的掺合物有粘结性和可塑性；水泥作为一种固化剂，经搅拌后与土体经一系列的物理-化学反应，硬结后形成具有整体性、水稳性和一定强度的复合土体。引孔范围内的土体，因水泥及膨润土组成的浆液掺入，具有一定的粘滞性、触变性和润滑性，使压桩时的压桩反力明显减小，从而解决较厚密实砂层内的沉桩问题。

2、引孔直径只要根据管桩直径进行控制比管桩大100～200mm，因为砂层中如施工桩径较管桩小，效果同一般的取土引孔工艺，管桩压入时由于砂层一般摇震反应明显，挤压后仍有较大的超孔隙水压力产生；桩径过大，存在管桩施工时易产生桩身倾斜或桩位偏差较大的质量问题。

3、为了确保引孔施工时桩土经切割搅拌的均匀性，只要控制施工时提升或下沉速度，钻机对粘性土层下沉或提升速度控制在1.2～1.5米/分，对砂性土控制在0.8米/分以内。固化剂的控制是桩周土体在固结后的强度，确保管桩桩侧摩阻力大于等于原土体提供的摩阻力。

4、采用本发明浆液配方在非取土引孔预应力管桩或预制方桩沉桩工艺中进行压桩施工，同时可解决挤土问题；对桩基施工场地周边存在对变形要求较高的建(构)筑物时，施工开口管桩跟土长度达管桩的三分之二以上，可以明显减小或不产生挤土效应。

5、采用本发明浆液配方在非取土引孔预应力管桩或预制方桩沉桩工艺中进行压桩施工，可以加大单桩承载力，在承载力要求不变的情况下可减小桩长，节约造价；同时还可替代钻孔灌注桩穿越密实砂层，降低了工程造价。

具体实施方式

实施例一：

一种非取土引孔预应力管桩或预制方桩沉桩工艺的浆液配方，其配比为(按土重)：水泥按10％掺入，水灰比0.65，膨润土按12％掺入，引孔时根据工程特点加入减水剂木质素磺酸钙0.2‰，缓凝剂石膏2％。该工艺使用本发明浆液配方施工后，在水泥未硬化前，浆液为均匀的流态状混合体，压桩时的压桩反力明显减小，从而解决较厚密实砂层内的沉桩问题。

实施例二：

一种非取土引孔预应力管桩或预制方桩沉桩工艺的浆液配方，其配比为(按土重)：水泥按12％掺入，水灰比0.7，膨润土按15％掺入；施工时为夏季，加入0.2‰减水剂木质素磺酸钙，0.2％的缓凝剂石膏，该工艺使用本发明浆液配方施工后，待浆液中的水泥固结硬化后，经过搅拌的桩周土颗粒与水泥颗粒结合后的强度大大超过原状土体的强度，同时桩周摩阻力也成倍提高，桩周土体在固结后的强度大于原土体的强度，确保管桩桩侧摩阻力满足设计要求。

实施例三：

一种非取土引孔预应力管桩或预制方桩沉桩工艺的浆液配方，其配比为(按土重)：水泥按12％掺入，水灰比0.65，膨润土用不小于200目的钙质膨润土，按15％掺入，减水剂木质素磺酸钙按0.24‰掺入，的缓凝剂石膏按0.2％掺入.该工艺使用本发明浆液配方施工后，在水泥未硬化前，浆液为均匀的流态状混合体，此时的压桩反力小于原状土的压桩反力，待浆液中的水泥固结硬化后，经过搅拌的桩周土体强度大大超过原状土体的强度，同时桩周摩阻力也成倍提高，不但使压桩反力明显减小，还增大了单桩承载力.

实施例四：

苏州金河雅苑：在拟建场地内主要有4幢拟建建筑物，为18～32层的高层住宅楼，另有一层商业用房和2层会所，还设置一座大型的地下车库，总建筑面积约106170平方米。

场地工程地质情况：

①素填土，以黄色素填土为主，局部夹三合土较多，因受回填及开挖影响，拟建场地内填土均较深，土质不均匀。层厚0.80～3.80，层面标高4.41～3.11。

④b粉质粘土，褐黄～青色，硬塑～可塑，含氧化铁斑点，局部夹粘土，土质尚均匀。层厚2.80～6.90，层面标高2.71～-0.04。

④c粉土，草黄色，很湿，中密，含云母屑及氧化铁斑点，局部夹粉砂，土质尚均匀。层厚1.00～3.30，层面标高-2.39～-4.46。

⑤b粉砂，灰色，饱和，中密～密实，含云母屑、石英等矿物，局部夹粉土，土质尚均匀。层厚9.90～15.00，层面标高-4.69～-6.79。

⑥b1粉土夹粉质粘土，灰色，湿，稍密～中密，含云母屑，局部夹粉质粘土，粉质粘土呈可塑状，土质不均匀。层厚3.10～24.50，层面标高-15.44～-20.89。

⑥b2粉质粘土夹粉土，灰色，湿，软塑～可塑，夹薄层状粉土，局部呈粘土，土质不均匀。层厚3.00～22.00，层面标高-20.44～-41.69。

⑥b3粉土，灰色，湿，中密～密实，含云母屑、石英等矿物，局部为粉砂，夹薄层粘性土，土质不均匀。该层呈透镜体状出现。层厚4.00～17.00，层面标高-27.67～-37.64。

⑨a1粉质粘土夹粉土，灰色，湿，软塑～可塑，局部夹薄层粉土，局部呈粘土，土质不均匀。层厚3.00～20.00，层面标高-35.34～-49.41。

⑨a2粉质粘土，灰绿色，稍湿，可塑，夹少量薄层粉性土，土质尚均匀。层厚2.70～11.70，层面标高-50.25～-57.69

⑨b粉砂，灰色，饱和，密实，含云母屑、石英等矿物，局部夹细砂，土质尚均匀。层厚3.00～9.40，层面标高-57.09～-62.33。

⑩粉质粘土，灰色，湿，可塑，夹少量粉性土，土质尚均匀。层厚6.50～9.30，层面标高-64.39～-67.79。

(12)粉质粘土，灰绿色，稍湿，可塑～硬塑，夹少量粉性土，土质尚均匀。层厚4.00，层面标高-72.49～-73.76。

因场地内土质截面中有一层厚在9.9～15.00米的中密-密实的灰色粉砂层，其顶板埋深黄海标高4.69～6.79。原设计考虑粉砂层沉桩困难，拟采用传统的钻孔灌注桩为基础，工程造价约3400万元，我公司经与业主、设计协商后采用本发明浆液配方施工，浆液配比为(按土重)：水泥11％，水灰比0.6，水灰比0.65，膨润土12％，减水剂木质素磺酸钙0.2‰，缓凝剂石膏0.2％。

桩基施工完毕后，经苏州质量检测中心及南京紫金科技检测中心分别进行静载荷试验，单桩承载力特征值均满足设计要求，一共完成947根工程桩的施工，工程造价约为1400万元，节约工程造价约2000万元。

实施例五：

苏州财富中心：拟建建筑物包括1幢18层住宅楼，1幢18层办公楼，及1幢4层裙楼，并设有二层地下室和半地下车库。

场地工程地质情况：

①1杂填土：黄褐～灰褐，色杂，松散，以粘性土为主，局部地段上部含较多的碎石、碎砖等垃圾，土质不均，属近代人工堆积物。层厚0.6～2.3m，层底标高0.46～2.09m。该层压缩性高，场地内均有分布，工程性能差。

①2淤泥质粉质粘土：灰色，流塑，含腐植物和少量有机质，夹少量碎石。该土层场地内均有分布，层厚0.4～2.8m，层底标高-1.04～1.07m，系高压缩性、低强度土层，工程性能差。

③1粘土：黄褐色～灰黄色，硬塑，均质致密，含铁锰质结核，夹青灰色条纹。无摇振反应，刀切面具油脂光泽，干强度高，韧性高。该土层场地内均有分布，层厚1.9～3.8m，层底标高-3.14～1.93m，系中等压缩性、中等强度土层，工程性能良好。

③2粉质粘土：可塑，底部粉粒含量较高呈流塑状，含铁锰质斑点，局部夹灰绿色条带，中下部夹有薄层粉土。无摇振反应，刀切面稍有光泽，干强度中等，系中等压缩性、中等强度土层，工程性能中等。

④1粉土：灰黄～灰色，稍密，很湿，夹较多层薄层粉质粘土，底部夹粉砂，摇振反应迅速，刀切面无光泽，干强度低，韧性低。该土层场地内均有分布，厚度2.4～4.8m，层底标高-9.47～-7.75m，系中等压缩性、中等强度土层，工程性能中等。

④2粉砂：灰色，密实，饱和，偶夹薄层粉质粘土，矿物成份以石英、长石为主，云母次之。颗粒大小较均匀，分选性好，级配差。该土层场地内均有分布，层厚5.0～7.7m，层底标高-15.58～-14.47m，系中低压缩性、中等强度土层，工程性能良好。

⑤粉质粘土：灰色，软塑，局部流塑，少见腐植质及浅灰色泥质结核，含少量贝壳碎片，本层下部夹薄层粉土。无摇振反应，刀切面稍有光泽，干强度、韧性中等。该土层场地内均有分布，层厚5.0～6.0m，层底标高-20.71～-19.87m，系中等压缩性、中等强度土层，工程性能一般。

本工程所采用的浆液配比为(按土重)：水泥12％，水灰比0.6，膨润土14％，减水剂木质素磺酸钙0.2‰，缓凝剂石膏0.2％。

根据建筑物荷载情况，可以采用的桩型为钻孔灌注桩和预应力管桩二种，在桩长、桩数相同、承载力相等的情况下，按有效桩长17.5米计算，钻孔灌注桩单桩的造价约6800元，预应力管桩单桩的造价约3600元。按总桩数300根计算桩基工程预应力管桩比钻孔灌注桩节省约96万元。

试桩施工结束后，经苏州新新土木检测有限责任公司进行静载荷试验，单桩承载力极限值大于4800KN。

Claims (5)

1.一种非取土引孔预应力管桩或预制方桩沉桩工艺的浆液配方，含有水泥、膨润土、木质素磺酸钙、石膏，其特征是：所述浆液配方(按土重)为，水泥10％～12％，膨润土12％～15％，减水剂0.2‰～0.24‰，缓凝剂0.2％，浆液制作时水灰比0.6～0.8。

2.根据权利要求1所述的非取土引孔预应力管桩或预制方桩沉桩工艺的浆液配方，其特征是：所述减水剂为木质素磺酸钙。

3.根据权利要求1所述的非取土引孔预应力管桩或预制方桩沉桩工艺的浆液配方，其特征是：所述缓凝剂为石膏。

4.根据权利要求1所述的非取土引孔预应力管桩或预制方桩沉桩工艺的浆液配方，其特征是：所述水泥按土重量的11％掺入量。

5.根据权利要求1所述的非取土引孔预应力管桩或预制方桩沉桩工艺的浆液配方，其特征是：所述膨润土按土重量的13.5％掺入量。