（岩土工程专业论文）钻孔灌注桩桩底后压浆技术的工程应用.pdf

西安建筑科技大学硕士论文 钻孔灌注桩桩底后压浆技术的工程应用 专业：岩土工程 工程硕士生：吕旭东 指导老师：刘明振 摘要 泥浆护壁钻孔灌注有一定的缺陷，桩底后压浆技术有效地弥补j ，这些缺陷，并能大 幅度提高承载力。通过工程实例阐述了后压浆工艺构作用机理及工艺流程，指出了后压 浆技术韵发展前景。 关键词：桩底后j 盘浆；工艺流程；承载力变化 论文类型：工程实录 西安建筑科技大学硕士论文 e n g i n e e r i n ga p p l i c a t i o n 越叶e rp i l ed r i v i n ga t i nt h et e c h n o l o g yo fg r o u t i n g b o t t o m0 fp i l e s p e c i a li t y ：g e o t e c h n i c a l e n g i n e e r i n g p o s t g r a d u a t e ： l ux ud o n g t u t o r ：l i um i n gz h e n g a b s t r a c t t h et e c h n o l o g yo fg r o u t i n ga f t e r p i l ed r i v i n ga tt h eb o t t o mo fp i l em a k e s u pf o rs o b ei n h e r e n td e f e c t sc a u s e db yt h eb o r ec a s t i n - p l a c ep i l ep r o t e c t i n g b o r ew a l lw i t hm u da n dt h e r e b yi te n h a n c e st h e b e a r i n gc a p a c i t yo fp i l eg r e a t l y h e r et h ef u n c t i o nm e c h a n i s ma n dt h et e c h n o l o g i c a l p r o c e s so fg r o u t i n ga f t e rp i l e d r i v i n gt e c h n o l o g ya r ee x p l a i n e db ye n g i n e e r i n ge x a m p l e sa n dt h ed e v e l o p m e n t p r o s p e c tisp o i n to u t k e y w o r d s ：g r o u t i n ga f t e rp i l ed r i v i n ga tt h eb o t t o mo fp i l e ：t e c h n o l o g i c a l p r o c e s s ：b e a r i n gc a p a c i t yc h a n g e t y p eo ft h et h e s i s ：e n g i n n e r i n ga p p l i c a t i o n s 声明 yi ；1 6 5 7 3 本人郑重声明我所呈交的论文是我个人在导师指导下 进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特 别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表 或撰写过的研究成果，也不包含本人或其他人在其它单位已 申请学位或为其它用途使用过的成果。与我一同工作的同志 对本研究所做的所有贡献均已在论文中作了明确的说明并 表示了致谢。 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关 责任。 论文作者签名：、髟敌多彳，日期：弘移岁“，目 关于论文使用授权的说明 本人完全了解西安建筑科技大学有关保留、使用学位论 文的规定，即：学校有权保鼠送交论文的复印件，允许论文 被查阅和借阅：学校可以公布论文的全部或部分内容，可以 采用影印、缩印或者其它复制手段保存论文。 ( 保密的论文在论文解密后应遵守此规定) 论文作者签名：蝴、导师签名：孙魄隗埘儿t 西安建筑科技大学程硕士论文 第一章前言 我国的灌注桩工程自从1 9 6 3 年在河南省诞生以来，随着建筑业的迅 猛发展，特别是近几年高层、超高层建筑在全国各地蓬勃兴起，进一步促 进了桩基的发展。灌注桩由于具有施工简便、噪音和振动较小( 沉管灌注 桩除外) ，承载力高、桩径大、适应各类地质条件等优点，是桩基础中应 用最为广泛的基础形式之一。据有关资料统计，自从2 0 世纪9 0 年代以来， 灌注桩年使用量均在1 0 0 万根咀上，在现代大型土木工程建设项目中，用 于桩基工程韵费用往往达到工程总造价酌1 ，4 1 ，3 。由此可知，如何提高钻 孔灌注桩韵承载力和保证其工程质量，无论是对工程结构韵重要性还是工 程费用而言，都是十分重要的。 钻孔灌注桩技术属于实用型的工程技术，影响其承载力的因素很多， 主要有以下几个方面： 1 桩身所穿越土层的强度、变形性质和应力历史。 2 桩端持力土层的强度和变形性质。 3 桩身与桩底的几何特征。 4 桩体材料强度。 5 群桩的几何参数。 6 成桩方法。 从钻孔灌注桩自身的特点来讲，它属于地下隐蔽工程，施工工序较多， 工艺流程相互衔接紧密，环环相扣，不宜长时间中间停顿，主要工序的施 工过程都在地下或水下进行，不便监督。除此之外，还受到气温、天气、 交通、水、电、环境、设备、材料等因素制约，难以准确预见，往往会出 现诸如桩身缩径、夹泥、断桩和沉渣过厚等各种形态的质量缺陷，影响桩 身的完整性和单桩的承载能力，尤其是泥浆护壁钻孔灌注桩，稠度过大形 成桩侧表面的“泥皮”会大大降低摩阻力，过厚的孔底沉渣会导致端阻力 明显降低。 如何提高钻孔灌注桩的侧阻力和端阻力是工程实践中迫切需要解决 的研究课题。桩端和桩侧后压浆工艺就是提高灌注桩承载力的有力措施之 西安建筑科技大学程硕士论文 一，本文着重就西安市北郊地区桩端持力层为中粗砂层的钻孔灌注桩桩底 后压浆机理、工艺及应用效果，结合工程实践作一阐述。众所周知，中粗 砂层钻孔灌注桩旌工中常常出现清渣难以干净和扰动中粗砂层使桩端承 载力降低的问题，而桩底后压浆有效地加固了中粗砂层，从而提高了桩的 承载力。同时由于桩端及其周围土层得到了加固、使得桩压浆后大大减少 了单桩的变形量，并可减少群桩豹不均匀沉降。 2 西安建筑科技大学程硕士论文 第二章桩端后压浆提高承载力的机理 桩端后压浆是指钻孔灌注桩在成桩后，通过预埋在桩身中的注浆管， 将能够固化的浆液( 如纯水泥浆、水泥砂浆、掺加外加剂的水泥浆、化学 浆液等) 用一定的压力压入桩端底层，并在桩底形成扩大头，这些浆液经 过渗透、填充、置换、劈裂、压密及固结等物理或化学形式的单独和共同 作用，改变桩端及其附近桩侧土体的物理力学性质，使桩端阻力和桩侧阻 力得到不同程度的提高，减少桩的沉降，桩的承载性能得到明显的改善的 一项工程技术措施。桩底后压浆效应示意见图2 1 ( o ) 开始压浆( b ) 压浆过程中( c ) ，结束压浆 图2 1 桩底后压浆效应示意图 2 1 问题的提出 根据建筑地基基础设计规范( g b 5 0 0 0 7 2 0 0 2 ) 式8 5 5 - 1 ，即单桩 竖向承载力特征值计算公式： r = q 嘏+ q ，= g ，以+ 唧目。厶 ( 2 1 ) 西安建筑科技大学程硕士论文 式中r 。单桩竖向承载力特征值； q 。、q s i 。一分别为桩端端阻力，桩侧阻力特征值。由当地静载荷 试验结果统计分析算得 a 。一桩底端横截面面积； u 。一桩身周边长度； l 。一桩体穿过的岩土层中第i 层岩土的厚度。 可知，单桩竖向承载力特征值r 。由单桩侧摩阻力特征值q 。和单桩端 阻力特征值q 。构成，欲提高单桩竖向承载力特征值r 。，可在以下3 个方 面采取措施： ( 1 ) 增加桩的几何尺寸，如桩长或桩径； ( 2 ) 提高桩端持力层的强度，即提高桩端阻力； ( 3 ) 改善桩一土相互作用，即提高桩侧摩阻力。 桩底压浆及桩侧压浆，即能在上述( 1 ) 、( 2 ) 两个方面提高桩的竖向承载 力。钻孔灌注桩进行桩底压浆时，可见浆液沿桩身周窜出，在一定程度上 将桩周的泥浆加固，从而在一定程度上起到增大桩径的效果。 22 桩靖压力注浆驹分类 钻孔灌注桩桩底后压浆按照目前韵施工方法和旅工工艺，其分类可以 从以下两个方面进行。即：注浆管旮勺埋设方法和注浆工艺两个方面： ( 1 ) 按注浆管的埋设方法分类 按注浆管的埋设方法分类：钻孔灌注桩桩端后压浆可分为成桩前预埋 注浆和成桩后钻孔埋管注浆两种。本文所涉及的注浆管埋设方法系指前 者，桩身预埋注浆指的是在钢筋笼绑扎完毕之后，将注浆管固定在钢筋笼 上，在钢筋笼下沉时，随其一起放入钻孔内。通常将注浆管放置在桩身主 筋位置，代替同部位的桩身纵向钢筋。 ( 2 ) 按注浆工艺分类 按注浆工艺来划分，桩端压力注浆可分为开式注浆和闭式注浆两类。 开式注浆是指浆液通过预埋的注浆管直接注入桩端，浆液与桩底沉渣、桩 端周围土体混合，在桩端形成复合地基的效果；闭式注浆是指将浆液注入 预制的弹性良好的腔体内，随着注浆压力和注浆量的增大，弹性腔体逐渐 4 西安建筑科技大学程硕士论文 膨胀、扩张，在桩端下土层中形成浆泡，浆泡的产生及其逐渐扩大必然会 对桩端土层产生压密作用。显然，采用闭式注浆，单桩承载力提高幅度比 较稳定，尤其是当桩端为砂土层时，效果更好。但闭式注浆旌工工艺比较 复杂，而开式注浆承载力提高虽不如前者，但施工工艺比较简单，应用比 较广泛。 本文所涉及的钻孔灌注桩桩端后压浆工艺采用的就是桩身预埋注浆 管的开式注浆工艺。 2 3 桩端后压浆提高承载力韵机理 2 3 1 利用预先埋设于桩体内的注浆系统，通过高压将浆液压入桩底， 浆液克服土粒之间抗渗阻力，不断渗入桩底沉渣及桩底周围土体孔隙中， 排走孔隙中水份，填充于孔隙中。由于浆液的充填、胶结作用，在桩底形 成一个扩大头；另一方面，随着注浆压力及注浆量的增加，一部分浆液克 服桩侧摩阻力及上覆土压力沿桩土间接触面不断向上返浆，高压浆液渗入 泥膜及桩侧土体，使桩得到挤密和胶结。浆液不断向上运动，上覆土压力 不断减小，当浆液向上传递的反力大于桩侧摩阻力及上覆土压力时，浆液 将以管状流溢出地面。因此，控制一定的注浆压力和注浆量，将使桩底土 体和桩周土体得到加固，从而有效地提高桩端阻力和桩侧阻力，达到大幅 度提高承载力的目前。一般认为，桩端压力注浆主要用来改善桩端土层的 性质，实际上桩端压力注浆提高桩基承载力的原因是多方面的。 2 32 桩底注浆机理可分为力学机理和化学机理，就浆液进入周围土 体的方式而言，一般可分为渗透注浆、压密注浆和劈裂注浆。 渗透注浆( 如图2 2 所示) 渗透注浆是指在注浆压力作用下，克服各种阻力而渗入土体的孔隙， 排挤出孔隙中存在的自由水和气体，在注浆过程中，地层结构不受扰动和 破坏的注浆形式。 劈裂注浆( 如图2 2 所示) 劈裂注浆是指在注浆压力作用下，地层韵初始压力和抗拉强度，引起 地层结构的破坏和扰动，沿垂直于小主应力的平面上发生劈裂，同时也沿 地层中原有的裂隙或孔隙不断向外伸展，在地层中形成条、脉、片状浆液 谣安建筑科技大学程硕士论文 固结体，达到增加地层强度的目的。 专j 漆j 图2 2 渗透及劈裂注浆原理示意图 ( = f ) 一浆液 ( 至) 一渗透的浆液( 通过劈裂面和钻孔边缘) _ 注浆劈裂面 压密注浆( 如图2 3 所示) 压密注浆是指浆液在压力作用下，使土体产生压密效应的注浆形式， 压密注浆固结体在土体中呈球状或块体状分布，又称“浆泡”。向外扩张 的浆泡对土体施加复杂的径向和切向应力，紧靠浆泡处的土体将产生剪切 破坏和压密，形成塑性变形区，离“浆泡”较远的土则基本上只发生弹性 变形，不会有明显的压密。 在实际注浆中，注浆体往往是以多种运动方式作用于土体的，现场开 挖试验证明，几乎找不到仅仅以某种单一方式加固土体韵浆液凝固体。因 此，所谓渗透注浆、压密注浆或劈裂注浆都只不过是指在注浆过程中，浆 液或以渗透形式为主，或以压密形式为主，或以劈裂形式为主的注浆形式 而已。 6 西安建筑科技大学程硕士论文 | 。| ff 形形形形形冽易形杉觋 f _ l 一注浆管 l | 1 dk 芦、u7 乌 图2 ，3 压密注浆原理示意图 2 3 2 ，1 桩底后压浆的力学机理 在钻孔灌注桩放置钢筋笼时预埋两根由3 0 由5 0 m m 的注浆管( 管底 预留注浆孔并临时封闭以防砼堵塞) ，然后在桩身砼初凝后，用清水在预 埋管底开塞，接着把已经配制好的水泥浆用高压泵注入桩底，注浆初期， 浆液在中粗砂层土体和桩身成孔时的沉渣中渗透，起到混合、胶结及压密 的作用，随着注浆量和注浆压力的增加，桩底扩大头逐渐形成，压密区范 围随之扩大，从而使桩底土的应力状态和周结状态改变。在注浆后期，如 果桩端砂层渗透性较差，髓着注浆压力的增大，注浆量增长缓慢，这时主 要表现为劈裂注浆形式。相反，如果桩端砂层渗透性较好，注浆量随注浆 压力增大持续增长，注浆扩散半径进一步扩大，此时注浆形式主要为压密 注浆形式。由此而知，桩底后压浆从注浆初期到注浆后期，随着注浆压力 和桩端持力层渗透性的变化，水泥浆与土层发生挤密、渗透、充填、劈裂 等一系列变化过程，从而会使注浆压力泵的压力表现为下降与回升的波动 现象，并非维持某一平稳状态，这是水泥浆与土体共同作用的结果，但总 泡一浆一一 一 一 一一 h一，妖 ，_i二二正 #rp魄； 西安建筑科技大学程硕士论文 的趋势是随着注浆压力的增大，注浆扩散半径也会不断增大。 2 3 2 2 桩底后压浆的化学机理 桩底后压浆浆液与桩端中粗砂层的物理化学作用一般可分为化学胶 凝作用、充填胶结作用、离子交换作用、加筋效应、固化反应等。 其中化学胶结作用是因为水泥浆砂粒间能产生胶结力，把砂石和土粒 连结在一起，从而使砂土的整体性得到加强，充填胶结作用主要是指填充 在砂石裂隙和土孔隙中的浆液凝固后，因具有不同程度的刚性而能改变砂 土对外力的抵抗能力，使砂土变形受到约束；而离子交换作用指前是浆液 在化学反应过程中，某些化学剂能与砂土中韵元索进行离子交换，从而形 成具有更加理想的新材料。与桩底后压浆的力学机理一样，上述几种化学 作用并不是单独发生的，而是相互交织的共同作用。其加固原理如下：当 浆液与砂土层充分接触后，由于普通硅酸盐水泥主要是由c a o 、s i 0 2 、a 1 2 0 3 、 f e 2 0 3 及s 0 2 等组成，这些不同的氧化物分别组成不同的水泥矿物如硅酸 三钙、硅酸二钙、铝酸三钙、铁铝酸四钙、硫酸钙等。这些矿物与水发生 水解和水化反应，增加了土颗粒间的粘结力，同时，生成氧化钙、水化硅 酸钙、水化铝酸钙、水化铁酸钙等具有较高强度的水稳性物质。 水泥与砂砾拌和后，水化产生c a ( o h ) 2 和c s h ( 水化硅酸钙) 等水化 物，溶液中韵c 一+ 与土颗粒产生阳离子交换作用，等当量置换出k + 、n a + ， 形成水泥与砂砾的团粒结构，并封闭了砂层中的空隙，出现坚固的联结， 形成了类似于砼的物质。另外水泥土中的c a ( o h ) 2 与土中或水中的c 0 2 化 合生成不溶于水的c a c 0 3 ，这种反应也能使中粗砂层增加强度。 2 4 桩端后压浆的球( 柱) 形扩张理论 桩端后压浆的球形扩张理论和柱形扩张理论是目前用于解释在中砂 以上的地基中进行渗透注浆的两个有代表性的理论。球形扩张理论的计算 模式如图2 4 所示，其计算假定为： ( 1 ) 被注浆前砂土为均质韵和各向同向韵。 2 ) 浆液为牛顿体，一般把符合牛顿内磨擦定律即切应力与剪切变形 速度成线性关系的流体称为牛顿流体。 ( 3 ) 浆液从注浆管底端注入地基土中。 8 西安建筑科技大学程硕士论文 ( 4 ) 浆液在地层中呈球状扩散。 图24 注浆管底端浆液呈球形扩散示意图 利用此假定可以求出浆液在桩端的扩散半经。 在注浆过程中，假定浆液渗透符合达西定律： p = 船m t = 4 罔k g i r 2 f 砌 咖 代入( a ) 得： q = 。耖r 警 分离变量得： 积分后得 由r = r o 时，h = h o 卫妻：一砌 4 t d c tr 2 盟! ： + c 4 妇打r 9 ( a ) ( b ) 西安建筑科技大学程硕士论文 代入( b ) 式得： = 鬈 书 设浆液对孔隙的平均充满度为n ，则 q ；善嬲3 丹 ( d ) 将式( d ) 代入式( c ) 得： ：掣43 ( 矧一岛2 【素一寺j 一磐 书 3 肼l 矗 j 。 令( h o h 1 ) 等于浆液的压力水头与扩散体边缘处压力水头之差，式( e ) 改 写为： 幽= 迎仁t , r 0 3 a翻 c d 。 _ j 由于r 1 ”r o ，故 幽。王咝三 1 ，l = 计算参数为： k 一砂土的渗透系数( c m s ) ，假定注浆过程中不变； q 一注浆量( c m 3 ) ； k g 一浆液在地层中的渗透系数( c m s ) ，k g 。k d ； b 一浆液粘度对水的粘度比，假定注浆过程中不变； a 一渗透面积( c r l l 3 ) ； r l 一浆液扩散体的半径( c m ) ； 1 0 2 2 ) 西安建筑科技大学程硕士论文 h 1 浆液扩散体边缘处的水压力水头，厘米水头； h o 注浆管口处的浆液压力水头，厘米水头： h 注浆管口处地下水头和注浆压力之和( c m ) ； r 。注浆管的半径； t 一注浆时间( s ) ； n 一砂土的孔隙率。 由式( 2 2 ) 可以看出，加圃体大小随土体渗透性k 、出口处注浆水头差 厶h 增大而增大；随平均充满度a 、土体的孔隙率及浆液韵粘度( 水韵粘 度基本上是固定值) 增大而减小。另外，还可以看出，加固体还可以随时 间t 的增加而一直在扩大，这显然是不符合工程实际的。出现这一问题的 原因是忽略了土体的渗透系数k 随着孔隙充满度的增加而减小：在压密和 劈裂注浆中还应涉及土强度、应力应变关系以及加固过程中它们的变化。 所以，加固范围不可能随时间的增长而一直在扩大，时间t 的影响只能说 明，达到一定大小的加固范围，需要保证足够的注浆时间。 西安建筑科技大学程硕士论文 第三章桩端后压浆的施工工艺 钻孔灌注桩桩底后压浆属于隐蔽工程，限于目前的监测手段，其施工 质量主要依赖于注浆工艺，好的注浆工艺建立在桩底注浆机制的正确认识 上，它要求因地制宜、严密设计、优质施工、适时调控。一般地说，钻孔 灌注桩桩底后压浆应先进行试桩，然后再进行工程桩的施工。其工艺流程 如图3 1 所示，桩底注浆装置示意图如图3 2 所示。 方案设计钻孔- i 毯童l 预埋注浆管随堕董一浇灌混凝土 lj 经过十夭左右龄期 il i注浆管开塞 结束- 对第二：根管注自 一 !i i + 配置水泥浆 ji i i 水褒比 j 辱垂 | 本压垄雪。观测注浆压力及注浆量型燮! ! 塑初注 单管最终注浆量 + 一一。 图31 桩端注浆流程图 西安建筑科技大学程硕士论文 引 l d l i 厂_ r _ _ 厂_ 一 s 二= = 二| 注浆泵e 二二d 储浆橘e 二二二j 搅拌桶 l 【il 地面牺 一 注裳管 桩 图3 ，2 桩砥端注浆装置示意图 3 1 注浆管的埋设 注浆管一般采用由3 0 r a m 由5 0 r a m 的无缝钢管，钢管可作桩体钢筋笼 的一根主筋。在埋设注浆管之前，一定要认真了解地层情况，准确计算出 注浆管的长度，注浆管过长，会给埋设带来一定的困难，而且很可能影响 注浆效果；注浆管过短，达不到预定的位置，注浆无法进行。另外，保证 注浆管的接头质量十分重要，因为绑扎在钢筋笼上的注浆管在注浆过程中 要承受很大的压力。注浆管埋设好后，要立即向管内注满清水并把两端密 封，以减少管内外压力差，防止注浆管的变形和异物酌进入，堵塞管路， 影响注浆效果。 3 2 桩开始注浆的时闻 泥浆护壁灌注桩水下混凝土初凝期需1 0 天左右，故注浆时间宣在混凝 土初凝( 即i o 天左右) 后进行，注浆过早，会因桩身混凝土强度过低而导致破 坏桩体：注浆过晚，桩底沉渣凝固硬化影响注浆通道的形成，从而使桩底形 成未经加固的低强度区，浆液被迫流向远处地层处。 西安建筑科技大学程硕士论文 3 3 压水疏遁注浆管 压水试验又称开塞，是注浆施工前必不可少的重要工序。当桩身混凝 土达到一定强度时，应及时对注浆管实施预先压水，通过这一工序，可以预先 疏通注浆通道。待注浆管畅通之后，再压注水泥浆液。这是因为清水中沉淀 物少，即使出现注浆管不通畅也不致堵塞管路，把细颗粒的沉渣推至注浆范 围之外，同时还可以为确定初始注浆压力提供依据。注浆管预压水的时间 一般在混凝土浇筑之后的3 7 天进行；压水宜按2 3 级压力逐级旎加，并要 求有一定韵压水时间与压水量，压水量一般控制在0 6 m 3 左右，开塞压力一 般小于6 m p a ，以注浆管疏通为准，如果另一管冒水，则表示注浆管饲连通。 压水试验不会影响注浆固结体的质量。这是因为受注体是开放空间， 无论是压水试验注入的水，还是注浆浆液所含的水，都将在注浆压力或地层 应力作用下逐渐从受注区向外渗透消散。 3 4 初注 在压水试验之后，就可以将配置好的水泥浆液通过高压泵和预埋管注 入到桩底。在这一阶段，注浆压力要小，浆液由稀到稠。初注时要密切注意 压力，注浆量和注浆管的变化，并注意注浆节奏，同时用百分表监浏桩的上 抬量。 35 注浆量 合理的注浆量是由许多因素决定的。如桩端和桩侧土层类别，渗透性 能、桩径、桩长、承载力增幅要求、注浆压力、沉渣量等，在实际注浆中， 还需根据压水试验情况及注浆过程中的反应适当调整注浆量。可通过对注 浆压力、浆液浓度、注浆方法等因素的调整，将所需注浆量灌注到设计要 求范围内。显然，浆液浓度和注浆量愈大，注浆压力愈高加固效果愈好。 一般情况下，注浆量的计算，可根据桩端后压浆扩大头部分的体积先 进行试算，确定一个基本值，然后通过试验结果进行调整。其计算模型见 图3 3 。 西安建筑科技大学程硕士论文 图33 桩端注浆扩大头计算模型 ( 1 ) 桩端后压浆扩大受力面积的计算 a 桩端压浆后新形成的扩大头部分侧面积( s 侧) d 删口：亘：亘：芒 彳0 2 7r _ a d 2 b = 2 0 l 。= 嚣 将胶结体看作高度为h 的柱体时： s 伽= ( 2 x 2 府- 2 k ) h ( 3 _ 1 ) b 扩大头底面积 s 猢= 。：。一s 一：= 丢，2 ( 2 e s i n 2 功 西安建筑科技大学程硕士论文 s 扁= 2 n r 2 2 s 日( 3 - 2 ) ( 2 ) 加固体的体积v v = s 底h( 3 - 3 ) ( 3 ) 计算注浆量q q = v nb(1+y)(3-4) 式中：q - 注浆量( m 3 ) ； v 受注体体积( m 3 ) ： n 桩端土层的孔隙率： 1 3 可灌注率，一般按0 9 计； y 浆液损失率，按2 0 计； 此外，文献【2 1 】根据试验结果的分析，认为在浆液水灰比在o 5 - 0 ，5 5 之间的情况下，对于常规桩距的桩，桩端注入水泥量，可按下式计算： g p = ( l t d + 1 1 。d3 ) 1 0 0 0( 3 - 5 ) 式中：g p 一桩端注入的水泥量( k g ) ： d 一桩径( m ) ； l 一注浆时浆液沿桩身上升的高度m ，一般在5 - 15 m 之间； t 一桩侧浆液钓厚度，其值在5 2 0 m m 之间，一般取1 0 r a m ； n 。一桩端土韵孔隙率： 一注浆率，对于卵、砾、中粗砂为o 3 0 7 ，对于粘、粉土、 粉细砂为0 2 0 3 ； 3 6 注浆压力 在注浆过程中，通过注浆压力的变化可知桩底可灌性的变化。注浆压 力还和桩长有关。桩身越长，则所需的注浆压力越大：越短，则所需压力 越小。此外，对于同一根桩在不同的注浆阶段，所需要的注浆压力也不同。 注浆开始阶段由于需要克服很大的初始阻力，所需要的压力较大：平稳注 浆过程中，所需要韵压力较小：注浆结束阶段，由于孔隙韵充满度比较高， 此时所需要韵压力较大。在一般地层中，初始和结束阶段啻勺注浆压力为 2 - 3 m p a ，中间阶段的注浆压力一般为1 - 2 m p a 。 另一方面注浆压力与设计的浆液扩散半径有关。较高的注浆压力能使 1 6 西安建筑科技大学程硕士论文 一些微细孔隙张开，有助于提高可灌性。当孔隙被某些材料充填时，较高 的注浆压力能在充填物中造成劈裂灌浆，使软弱材料的密度，强度以及不 透水性得到改善。较高的注浆压力还有助于挤出浆液中的多余水分，使浆 液胶结体的强度得到提高。但是，当注浆压力超过桩周土的上覆自重压力 时，将有可能导致上覆土层的破坏，桩身上抬。有时注浆压力过高也会使 注浆管爆裂。因此，容许注浆压力一般以不使地层结构破坏或少量破坏为 前提条件。同时，容许注浆压力与土体的密度、渗透性、初始应力、钻孔 深度和位置以及注浆次序等都有密切韵关系。但这些因素是难以准确预知 韵。故通常可按注浆试验结果确定注浆压力。试验过程中，可从开始阶段 逐步增加注浆量和注浆压力，绘制出注浆量和注浆压力之间的关系曲线， 如图3 4 所示。当注浆压力升至某一数值注浆量突然增大时，此压力值即 可作为注浆压力的控制标准，有时也可按下面的经验公式来确定注浆控制 压力p 。 p 。= d q s i l i + 4 g d 2 ( 3 - 6 ) 式中：e 一桩身抗拔和抗压承载力系数，一般取0 7 ； d 一桩径，( m ) ； q i 一第i 层桩侧阻力，( k p a ) 1 i 一桩在第i 层中韵长度，( m ) ； g 一桩的自重，( k n ) ； 另外，还可根据前面前述压水试验时疏通注浆管的压力作为注浆的初 始压力，将初始压力的2 - 3 倍作为注浆的压力。 1 7 西安建筑科技大学程硕士论文 汪 浆 压 力 v 图3 4 注浆压力与注浆量之间的关系曲线 3 7 浆液浓度 不同浓度的浆液具有不同的性能；稀浆( 水灰比约为o 8 ：1 ) 便于输送， 渗透能力强：中等浓度的浆液( 水灰比约为o 6 ：1 ) 起充填、压实、挤密作用； 浓浆( 水灰比约为o 4 ：1 ) 对于已经注入的浆液有脱水作用。在桩底注浆的不 同阶段，调配不同浓度的注浆浆液，并采用相应的注浆压力，才能做到将 有限的浆量压送到桩底的有效空间范围内。实际注浆时，一般先根据压水 试验情况选择初注浓度。先用稀浆，再用中等浓度的浆液，最后用浓浆。 在桩底土可灌性好韵条件下，应尽量多用中等浓度以上饷浆液，以防浆液 作无效扩散。必要时可掺加适量韵外加剂( 如掺加水泥用量o ，2 5 韵木钙做 减水剂，或者加入水泥用量1 2 的u e a 膨胀剂等) 以改善浆液的性能， 提高注浆效率。 西安建筑科技大学程硕士论文 3 8 注浆龄期 由于注浆时需要对桩身施加较高的压力，所以必须要等到桩身具有一 定强度之后才可进行。根据经验，当桩身混凝土强度达到设计强度的8 0 并大于2 0 m p a 之后方可开始注浆。从灌注桩浇筑到开始注浆的时间间隔一 般为1 0 天左右，夏季间隔时间可适当缩短，但不得少于7 天；冬季间隔 时间要适当延长， 3 9 注浆节奏 3 9 ，l 间歇式注浆 为了使有限的浆液尽可能充填并滞留在桩底有效空间范围内，在注浆 过程中可采用间歇式注浆方法。采用这样的方法可以利用瞬间高压，使浆 液在孔隙间进行充分的扩散，取得理想的效果。间歇时间的长短需根据压 水试验结果而定，并在注浆过程中依据注浆压力的变化，判断桩底的可灌 性，以便加以调整。问歇时间掌握得好，既可以使注浆效果明显，又可防 止因间歇停注时间过长堵塞通道而使注浆半途而废。对于短桩，桩底注浆 时往往会出现浆液沿桩周上冒的现象，此时应在注入一定浆液后停止1 2 天，待桩周浆液凝圃后，再次注浆，这样可以达到设计要求的注浆量：对 于桩端为粗砂层时，由于颗粒伺孔隙较大，宜采用间歇式注浆，先开启注 浆泵注浆4 5 分钟，停泵4 5 分钟，然后再注浆，如此反复，直到结束， 效果较好。 3 9 ，2 二次注浆 第一次注浆结束后，浆液只能扩散到一定的范围。为了充分发挥注浆 的作用，可进行第二次甚至多次注浆，这样可取得更佳的效果。第二次注 浆的注浆管最好与第一次注浆的注浆管呈对称分布。第二次注浆量一般为 第一次的1 3 1 4 ，水灰比可适当提高。 3 1 0 停止注浆的条件 当桩底注浆达到如下条件之一时便可终止注浆，否则应在桩边另设注 浆孔进行补浆： 注入的水泥量已达到设计要求。 注入的水泥量已达到设计要求的6 5 以上，且入口压力已达到试 1 9 西安建筑科技大学程硕士论文 验确定的最大压力。 注入的水泥量已达到设计要求的6 5 以上，且地面已冒浆。 2 0 西安建筑科技大学程硕士论文 第四章工程实例 4 1 工程概况 陕西省统一建设办公室北郊二号住宅区是陕西省跨世纪重点项目，住 宅区由高层建筑群及辅助建筑物组成，五号、六号楼是1 0 栋高层住宅中 的两栋，五号、六号楼地上2 5 层，地下一层，地面以上建筑高度7 3 0 5 0 米，采用现浇剪力墙结构，其标准层平面见图4 1 ，南立面见图4 2 ，剖面 见图4 3 。 4 2 建筑场地岩土工程地质条件 根据西北综合勘察设计院提供的 ，建筑场地前 地质条件如下： 4 2 1 地形地貌 建筑场地地貌单元属渭河i i 级阶地，地面开阔，地势平坦，地面标高 介于3 9 4 4 9 0 3 9 7 0 0 米。 4 2 2 ，地层结构及岩性描述 建筑场地9 0 0 米深度范围内地层划分为1 3 个单元，自上而下为人工 填土，第四纪全新世冲洪积黄土状土，第四纪晚更新世风积黄土，残积古 土壤，冲洪积粉质秸土和砂类土，第四纪中更新世冲积、湖积粉质粘土和 砂类土。 各土层的厚度、层底深度、层底标高及岩性描述见表4 1 ，地基土的物 理力学性质指标见表4 2 。 2 l i l 。甲。w 1 。 m “l 4rl - “阿 4 l “f _ 疗 _ 1i ii 碍【血窀 ! l 二 l 叠善 。现逮f 4 量 = il ： 毽1 。l j 目 e ； a f 建卜瓢1 ld 誓!= j g i 国 e气b 槲 l l 掌 圉翡 gl ! i一商 _ 工t l 型 尔 l 唪- l ll 曲 痹 照 鸳暴 日 少一w i 一 童 l 碹i 五 鬟 i i l l 。敲c 主量， 茸鸳睦嘲h 铘二- _ ，l 。 l 口 囟。壹匡 i 垒 i l 瑙8蛩蓖- 七 舀 冒蝴掣：k 1 - 一 j ，4 ir 席l 疃 l 二j i - v让k 呵 p 目 l i 黧 掩# ” 引一p ll i l 1 5 f 潆 i 雷t 1 f i gi - a ： 一嘲圉 _ g q 虬_ - _ i i 1 。l i i ai 嫩l i 蹦貂 鼍 譬 t s l l l ：幽s i 烈 i 1 二 i l li l l d 耐 - h _l-al i 口 _ 。m - i 墨 l 一衙 ： l f f t f o 西安建筑科技大学程硕士论文 第四章工程实例 4 1 工程概况 陕西省统一建设办公室北郊二号住宅区是陕西省跨世纪重点项目，住 宅区由高层建筑群及辅助建筑物组成，五号、六号楼是1 0 栋高层住宅中 的两栋，五号、六号楼地上2 5 层，地下一层，地面以上建筑高度7 3 0 5 0 米，采用现浇剪力墙结构，其标准层平面见图4 1 ，南立面见图4 2 ，剖面 见图4 3 。 4 2 建筑场地岩土工程地质条件 根据西北综合勘察设计院提供的 ，建筑场地前 地质条件如下： 4 2 1 地形地貌 建筑场地地貌单元属渭河i i 级阶地，地面开阔，地势平坦，地面标高 介于3 9 4 4 9 0 3 9 7 0 0 米。 4 2 2 ，地层结构及岩性描述 建筑场地9 0 0 米深度范围内地层划分为1 3 个单元，自上而下为人工 填土，第四纪全新世冲洪积黄土状土，第四纪晚更新世风积黄土，残积古 土壤，冲洪积粉质秸土和砂类土，第四纪中更新世冲积、湖积粉质粘土和 砂类土。 各土层的厚度、层底深度、层底标高及岩性描述见表4 1 ，地基土的物 理力学性质指标见表4 2 。 2 l i l 。甲。w 1 。 m “l 4rl - “阿 4 l “f _ 疗 _ 1i ii 碍【血窀 ! l 二 l 叠善 。现逮f 4 量 = il ： 毽1 。l j 目 e ； a f 建卜瓢1 ld 誓!= j g i 国 e气b 槲 l l 掌 圉翡 gl ! i一商 _ 工t l 型 尔 l 唪- l ll 曲 痹 照 鸳暴 日 少一w i 一 童 l 碹i 五 鬟 i i l l 。敲c 主量， 茸鸳睦嘲h 铘二- _ ，l 。 l 口 囟。壹匡 i 垒 i l 瑙8蛩蓖- 七 舀 冒蝴掣：k 1 - 一 j ，4 ir 席l 疃 l 二j i - v让k 呵 p 目 l i 黧 掩# ” 引一p ll i l 1 5 f 潆 i 雷t 1 f i gi - a ： 一嘲圉 _ g q 虬_ - _ i i 1 。l i i ai 嫩l i 蹦貂 鼍 譬 t s l l l ：幽s i 烈 i 1 二 i l li l l d 耐 - h _l-al i 口 _ 。m - i 墨 l 一衙 ： l f f t f o 、f 一 西安建筑科技大学程硕士论文 第四章工程实例 4 1 工程概况 陕西省统一建设办公室北郊二号住宅区是陕西省跨世纪重点项目，住 宅区由高层建筑群及辅助建筑物组成，五号、六号楼是1 0 栋高层住宅中 的两栋，五号、六号楼地上2 5 层，地下一层，地面以上建筑高度7 3 0 5 0 米，采用现浇剪力墙结构，其标准层平面见图4 1 ，南立面见图4 2 ，剖面 见图4 3 。 4 2 建筑场地岩土工程地质条件 根据西北综合勘察设计院提供的 ，建筑场地前 地质条件如下： 4 2 1 地形地貌 建筑场地地貌单元属渭河i i 级阶地，地面开阔，地势平坦，地面标高 介于3 9 4 4 9 0 3 9 7 0 0 米。 4 2 2 ，地层结构及岩性描述 建筑场地9 0 0 米深度范围内地层划分为1 3 个单元，自上而下为人工 填土，第四纪全新世冲洪积黄土状土，第四纪晚更新世风积黄土，残积古 土壤，冲洪积粉质秸土和砂类土，第四纪中更新世冲积、湖积粉质粘土和 砂类土。 各土层的厚度、层底深度、层底标高及岩性描述见表4 1 ，地基土的物 理力学性质指标见表4 2 。 2 l i l 。甲。w 1 。 m “l 4rl - “阿 4 l “f _ 疗 _ 1i ii 碍【血窀 ! l 二 l 叠善 。现逮f 4 量 = il ： 毽1 。l j 目 e ； a f 建卜瓢1 ld 誓!= j g i 国 e气b 槲 l l 掌 圉翡 gl ! i一商 _ 工t l 型 尔 l 唪- l ll 曲 痹 照 鸳暴 日 少一w i 一 童 l 碹i 五 鬟 i i l l 。敲c 主量， 茸鸳睦嘲h 铘二- _ ，l 。 l 口 囟。壹匡 i 垒 i l 瑙8蛩蓖- 七 舀 冒蝴掣：k 1 - 一 j ，4 ir 席l 疃 l 二j i - v让k 呵 p 目 l i 黧 掩# ” 引一p ll i l 1 5 f 潆 i 雷t 1 f i gi - a ： 一嘲圉 _ g q 虬_ - _ i i 1 。l i i ai 嫩l i 蹦貂 鼍 譬 t s l l l ：幽s i 烈 i 1 二 i l li l l d 耐 - h _l-al i 口 _ 。m - i 墨 l 一衙 ： l f f t f o 、f 一 西安建筑科技大学程硕士论文 表4 1 建筑工程场地土层岩性描述 层地层 土性描述 土层厚度层底深度 层底标高( m ) 序名称( m ) m ) 黄褐色，土质不 素填土均，结构较乱，硬 l0 5 0 3 6 0o 5 0 - 3 6 03 9 09 9 - 3 9 56 0 q 4 塑可塑，具湿陷 性 黄土状黄褐色，硬塑可 2塑，具湿陷性，土 o 5 0 2 6 02 o 5 3 03 9 l0 6 3 9 4 1 0 q 2 z + p l 质较均 黄土 褐黄色，硬塑，具 3湿陷性，土质较均， 1 0 0 - 4 1 04 2 0 7 o o3 8 8 9 7 - 3 9 1 8 6 q 3 2 5 。1 大孔发育 黄土 黄褐色，硬塑，具 4湿陷性，土质均 1 2 0 - 3 7 06 6 0 - 8 5 0 3 8 6 7 7 - 3 8 9 2 6 q 3 2 。1 匀，孔隙发育 黄土 黄褐色，可塑，个 5别土样具湿陷性， 3 6 0 5 6 01 1 4 0 - 1 2 9 03 8 2 0 0 3 8 4 3 9 q 3 2 。1 土质均匀 古土壤 浅棕红色，可塑， 6中压缩性土，土质 2 9 0 60 01 5 4 0 - 1 8 9 0 3 7 7 3 5 - 3 8 0 2 6 q 3 1 。 均匀 中粗砂 黄褐色，成分以长 7石，石英为主，中8 7 0 一l5 5 0 2 5 6 0 3 2 o o3 6 3 6 8 - 3 6 9 7 0 q 3 1 8 1 密密实。 粉质粘 黄褐褐灰色，可 8塑中压缩性，局部 4 o o t o 7 03 3 7 0 - 3 8 4 0 3 5 7 13 - 3 6 2 4 4 土q 3 1 8 1 夹粉土、砂土 中粗砂 黄褐褐灰色，长 9石石英为主，分选 4 3 0 1 0 3 04 1 0 0 4 6 3 03 4 8 7 8 - 3 5 5 3 6 q 性好，中密密实 4 2 3 地f 水位 场地的地f f 水主要是潜水和浅层承压水，潜水主要蕴藏于晚更新世纪 风积黄土和冲洪积粉质粘土及砂类土中，浅层承压水则蕴藏于中更新世粉 质粘土和砂类土中。稳定水位埋深i 3 1 0 m 1 5 7 m 。场她地下水对混凝土 结构无腐蚀性，对钢筋混凝土结构中的钢筋具弱腐蚀性。场地土对混凝土 结构和钢筋混凝土结构中的钢筋均无腐蚀性。 西安建筑科技大学程硕士论文 4 ，3 基础型式 由以上地层岩性描述可知，建筑场地地下浅层( 标高3 7 7 3 5 3 8 02 6 米) 埋藏有较厚的中粗砂层，层厚约为8 7 0 米1 5 5 0 米，埋藏稳定，厚度大， 从上至下呈颗粒由细渐粗的沉积规律，是桩基良好的持力层。五号、六号 楼0 0 0 0 相当于绝对标高3 9 5 7 5 0 米，建筑物地下室地坪标高5 4 0 0 m ，基 础采用桩基础，墙下条形承台，基础底板厚5 0 0 m m ，基底标高一7 9 0 0 m ，其 上部结构标准层平面见图4 4 ，基础结构平面见图4 5 ，桩位平面见图4 6 。 采用灌注桩，砂层的护壁及桩底韵沉渣清除施工难度均较大。经建设单位同 意，为充分利用中粗砂层酌承载力，本工程采用锅锥成孔灌注桩，桩端进 入砂层较浅，桩端用后压浆工艺加固，使桩端砂层固化、扩径或者局部扩 底，以提高单桩竖向承载力。为此，在本建筑场地东北侧场地外，在工程 桩施工前进行了钻孔灌注后压浆桩的试验，以期了解压浆前后，钻孔灌注 桩的工程特性，并为设计提供计算参数。 4 4 试桩区的岩土工程勘察资料 地基土自上而下土性描述如下： 黄土：黄褐色，土质均匀，大孔发育。硬塑可塑，具轻微湿陷性，属 中等压缩性，本层厚度为5 o o m ，层底标高3 8 5 5 6 - 3 8 5 6 6 m 。 黄土：褐黄黄褐色，土质均匀，下部稍具块状结构。可塑硬塑， 本层厚度为1 6 0 0 1 7 0 0 m ，层底标高3 8 3 8 8 - 3 8 3 9 6 m a 古土壤：黄棕色，土质较匀，孔隙发育，具块状结构。可塑软塑， 属中等压缩性土。本层厚度为3 9 0 0 4 o o m ，层底标高3 7 9 9 6 3 8 0 0 6 m 。 一1 粉砂：黄褐色，矿物成份以石英、长石为主，含云母及暗色矿物， 上部夹粉土簿层，分选性好，饱和，稍密中密。本层厚度为o 8 0 0 1 o o m ，层底 标高3 7 9 0 6 3 7 9 18 m 。 中粗砂：灰黄黄灰色，矿物成份以石英、长石为主，含云母及暗 色矿物，分选性好，含圆砾，具二元结构特征，饱和，密实。本层厚度为 9 6 0 0 9 9 0 0 m ，层底标高3 6 9 2 8 0 3 6 9 4 6 0 m 。 粉质粘土：褐黄一黄褐色，土质较匀，硬塑可塑，属中等压缩性土， 在实验区内揭露厚度为4 。8 0 0 4 9 0 0 m ，相应标高3 5 7 ，1 3 3 6 2 4 4 m 。 j a l bjiiisil ljli j jil jiil l i：liji ai自iii l 5 l i 王 t i l 闱8 ( i i。喊1 p 1 e 嗣盯 l l i 暑 牌