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桩端后注浆灌注桩承载力的研究 摘要 灌注桩桩端后注浆技术是一种新型的技术，由此理论形成的桩端后注浆桩 的应用有着广泛的前景。本文从模型试验、数值模拟、理论分析的角度对其进 行较系统的研究，研究桩端后注浆技术在提高该类桩承载力的机理及桩承载性 能与注浆技术参数之间的关系。 通过模拟实验和现场实验，研究了在厚软土地质条件下的桩端注浆桩的 p - s 曲线、极限承载力和沉降、桩身轴力和摩擦力、桩端土体和桩侧土体应力 分布情况。试验结果证实了注浆参数对桩基承载力有很大影响，并初步研究了 注浆参数和承载力之间的关系。通过现场实验研究，初步建立了估算极限承载 力的公式。 通过数值模拟分析，后注浆使浆液强行挤入桩底渣土及桩底土，使桩端持 力层土体压密加固，并形成桩底扩大端，大大提高桩端承载力，从而提高桩体 承载力。桩端后注浆属压密灌浆，设计计算时，可按圆柱形扩散渗入灌浆理论 确定注浆压力和注浆量。桩端注浆桩荷载曲线一沉降曲线与普通灌注桩比较，血 线呈“缓变型”，桩端注浆桩承载力比普通灌注桩承载力有显著提高。 通过球( 柱) 孔考虑材料应变软化扩张理论问题在桩端注浆的研究，提出 了计算端注浆桩的极限承载力的方法，并应用该方法计算的极限承载力和试验 结果做了对比，表明了该方法能有效地估算端注浆桩的极限承载力。 本文的研究分析为端注浆桩的设计和施工提供了很好的指导和借鉴。 关键词：灌注桩桩端注浆后注浆承载性能模拟试验现场实验 数值模拟球( 柱) 孔扩张理论 s t u d y o hb e a r i n gc a p a c i t yo fp o s t - 叫e c t i n g p a s t eb o r e d p i l e a b s t r a c t t h ea p p l i c a t i o no f p o s t g r o u t i n gt e c h n o l o g ya tt h eb o r e dp i l e - e n dh a saw e l l f o r e g r o u n d b u tn o wt h ep o s t i n j e c t i n gp a s t eb o r e dp i l e i s o b v i o u s l yl a g g e d b e h i n dp r o j e c tp r a c t i c ei nt h er e l a t i o n s t u d yb e t w e e nb e a r i n gc a p a b i l i t ya n d g r o u t i n g st e c h n i c a lp a r a m e t e r sa n dm e c h a n i s m sr e s e a r c ho fi m p r o v i n gi t sb e a r i n g c a p a b i l i t y t h i st h e s i s h a ss y s t e m i t c a l l yr e s e a r c h e di t sb e a r i n gc a p a b i l i t yf r o m m o d e lt e s t 、n u m e r i c a ls i m u l a t i o na n dt h e o r ya n a l y s i s a c c o r d i n gt ot h em o d e lt e s ta n df i e l dt e s t ，i th a ss t u d i e dt h ep - sc u r v e so f p o s t i n j e c t i n gp a s t eb o r e dp i l ew i t hl i m i t e db e a r i n gc a p a b i l i t ya n ds e t t l e m e n t ， s t r e s sa n df r i c t i o no fp i l eb o d y , s o i ls t r e s sd i s t r i b u t i o na tp i l e ss i d ea n d p i l e se n d t h er e s u l to ft h et e s th a sv e r i f i e dt h a tg r o u t i n gp a r a m e t e r sh a v ev e r yh e a v y i n f l u e n c e st oi t sb e a r i n gc a p a b i l i t y ，a n di th a sp r e l i m i n a r yr e s e a r c h e dt h e r e l a t i o n so fg r o u t i n gp a r a m e t e r sa n db e a r i n gc a p a b i l i t y t h r o u g hn u m e r i c a ls i m u l a t i o n ，p o s t - g r o u t i n gs e r o u sf o r e e dt os q u e e z ei n t o t h eb o t t o ms e d i m e n tp i l e sa n dp i l e ss u b s o i l ，p i l e - b e a r i n gl a y e ro fs o i lc o m p a c t i o n r e i n f o r c e m e n ta n dt h ef o r m a t i o no ft h ee n do fp i l e e x p a n d i n gg r e a t l ye n h a n c e d p i l e c a r r y i n gc a p a c i t y ，t h e r e b ye n h a n c i n gp i l eb e a r i n gc a p a c i t y p o s t i n j c o t i n g p a s t eb o r e dp i l e i sc o m p a c t i o ng r o u t i n g t h ec y l i n d e rc a l ls p r e a di n t og r o u t i n g t h e o r y a n d g r o u t i n gp r e s s u r e p o s t i n j e c t i n gp a s t eb o r e dp i l e l o a d s c u r v e - s e t t l e m e n tc u r v ew i t ho r d i n a r yp i l e ，s l o w l yv a r y i n gc u r v et y p e i ti n d i c a t e s t h a tp o s t i n j e c t i n gp a s t eb o r e dp i l eb e a r i n gc a p a c i t yi ss i g n i f i c a n t l yi n c r e a s e d t h r o u g ht h er e s e a r c h i n go ng r o u t e d - - i np i l eb o t t o mw i t hs p h e r i c a l ( c o l u m n a r ) h o l ee x p a n s i o nt h e o r yc o n s i d e r i n gm a t e r i a ls t r a i n s o f t e n i n g ，t h et h e s i sp r o p o s e st h e m e t h o do fc o u n t i n gt h el i m i tb e a r i n gc a p a c i t yo ft h ep o s t i n j e c t i n gp a s t eb o r e d p i l e ，a n dm a k e st h ec o n t r a s tu s i n gt h i s m e t h o dc o m p u t a t i o nl i m i t s u p p o r t i n g c a p a c i t ya n dt h et e s tr e s u l t ，i ti n d i c a t e st h a tt h i sm e t h o dc a l le s t i m a t et h ei m i t b e a r i n gc a p a c i t yo f t h ep o s t i n j e c t i n gp a s t eb o r e dp i l e t h et h e s i so f f e r sav e r yk i n dr e f e r e n c ea n dg u i d et ot h e d e s i g na n d c o n s t r u c t i o no f t h ep o s t i n j e c t i n gp a s t eb o r e dp i l e k e yw o r d s ：b o r e dp i l ei n j c o t i n gp a s t et op i l et i pp o s t - i n j c o t i n gp a s t eb e a r i n g c a p a b i l i t y m o d e l t e s t f i e l dt e s tn u m e r i c a ls i m u l a t i o n s p h e r i c a l ( c o l u m n ) c a v i t ye x p a n s i o n 符号清单 符号或代号意义 a 桩身截面积皿h 2 e 桩身弹性模量 p a p 竖向荷载 n s 桩沉降量衄 d p桩径哪 v s 土体的泊松比 v p桩体的泊松比 v c 注浆体的泊松比 e o 空隙比 g 重力加速度n r e q注浆量 m 3 r 应变片标准电阻 r u 桩身周长 m 插图清单 l 一1单桩的荷载传递9 1 2典型的轴力分布情况9 l 一3桩周土层的位移和强度对荷载传递作用的简化模型1o 卜4桩端土破坏滑动面的主要形式ll 2 1实验装置系统图2 0 2 2位移计标定曲线图z 4 2 3测试系统图2 6 2 4不注浆实验时p s 曲线比较2 9 2 5桩端注浆桩p s 曲线比较3 0 2 6桩端注浆量与承载力及摩擦力的关系31 2 7不注浆桩身轴力分布图32 2 8k d l 桩身轴力及摩擦力分布图3 3 2 9k d 一2 桩身轴力及摩擦力分布图3 3 2 1ok d 一3 桩身轴力及摩擦力分布图3 4 2 一l l 压力盒布置35 2 一1 2 b z j 桩底土体应力分布3 5 2 13k d l 桩底土体应力分布35 4 - 1普通桩和桩端注浆桩荷载沉降曲线4 6 4 - 2桩顶荷载和桩端阻力的关系4 7 4 3不同压力时注浆桩的荷载一沉降曲线4 7 4 - 4注浆压力和桩端位移的关系4 8 4 5自重作用网格4 9 4 6 注浆前网格4 9 4 7注浆后网格4 9 4 8 压桩时网格4 9 4 - 9桩端土体影响4 9 5 一l扩张理论在桩端注降示意图5 l 5 2孔扩张5 2 5 3土的压缩曲线5 5 5 4应变软化典型模型5 7 5 - 5应变软化损伤典型模型5 7 5 6软化一损伤模型扩张57 5 7孔隙比和固结压力测定曲线6 1 图图图图图图图图图图图图图图图图图图图图图图图图图图图图图图图图图 表格清单 试桩资料比较1 8 土样参数指标1 8 实验基本条件2 l 土层厚度及控制参数2 1 试桩安排2 2 试验测试特征2 3 荷载传感器特征参数及标定2 3 电阻应变片特征参数2 3 应变片标定2 4 位移计参数2 4 土压力盒的特征及标定2 5 土压力盒的特征及标定( 1 4 2 2 ) 2 5 混凝参数2 7 实验土的物理性质2 7 浆液的物理性质2 7 实验重复性评价2 9 桩端注浆参数与结果3 0 桩端注浆提高承载力汇总表3 1 不同土层适用注浆方法3 7 实验后土体部分物理性质参数3 7 水泥土的物理性质参数3 8 某综合楼( 一) 地层岩性及物理性质指标4 0 某综合楼( 二) 地层岩性及物理性质指标，4 l 某综合楼( 三) 地层岩性及物理性质指标4 l 计算结果与试桩结果4 1 实验结果与试桩结果比值4 1 计算结果比较4 3 控制不同沉降量时桩端承载力比较4 6 模型桩的参数表4 8 土及桩一土接触面参数表4 8 按球孔理论计算参数表6 0 初始应力计算6 0 假设列表。6 0 单独按球孔计算极限极限承载力和模拟实验比较 6 1 单独按柱孔计算极限极限承载力和模拟实验比较6 1 o l 2 3 4 5 6 7 8 9 o l l 1 吨q q巧娟。书曲1 1 q o o o o o o 1屯叫屯o巧书1屯1屯以巧 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 3 3 3 3 3 3 4 4 4 5 5 5 5 5 表表表表表表表表表表表表表表表表表表表表表表表表表表表表表表表表表表表 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所 知，除了文中特别加以标志和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果， 也不包含为获得金月墨王些盔堂 或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作 的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签字：；弹；隆q 签字日期： 年月日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解金胆王些盔堂有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并向 国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅或借阅。本人授权金g b 王些盔 堂一可以将学位论文的全部或部分论文内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫 描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文者签名：戈心撵、 导师签名： 签字日期：年月 日签字日期；年月b 学位论文作者毕业后去向： 工作单位： 通讯地址： 电话： 邮编： 致谢 本文是在导师王国体教授的悉心指导下完成的。首先对导师 为我所花费的心血和付出的劳动表示最深切的谢意。三年来，承 蒙导师在学习、生活上给予的谆谆教诲和关怀，使我深感终身受 益；导师高尚的人品、严谨的治学态度、兢兢业业的工作作风熏 陶我努力工作。导师的渊博的学识、敏锐的洞察力给了太多的帮 助，使我少走了不少弯路。值论文完成之际，学生向导师表示最 诚挚的敬意和感谢和最深深的祝福! 特别感谢王国体老师在我三年研究生学习期间，给予我的指 导和帮助，感谢王衍森博士在论文的数值模拟方面给予的指导和 帮助，感谢梁恒昌博士在试验方面的指导和帮助以及论文进展中 的共同探讨和合作，在此一并向这些老师和师兄及关心我论文进 展的老师表示感谢。 在论文试验过程中，得到导师王国体教授、王衍森诸多老师 的指导和帮助，感谢对本文试验调试和开展的合作所给予的大力 支持和帮助! 感谢在岩土试验中给予的指导! 感谢在试验设备方 面给予的帮助。 感谢土建学院王建国院长及各位授课老师无私的知识传授。 感谢班主任刘雪平老师给予的学习和生活上的帮助。 感谢与同学好友等所进行的有意义的交流和探讨。 家人和同事在生活和工作上给了我很多支持，使我能顺利完 成学业。在此，我衷心地感谢他们，他们给予我的无私的爱必将 激励我更加努力地工作。 感谢各位专家、教授在百忙中对论文的审阅和赐教! 作者：姚胜利 2 0 0 6 年1 1 月 第一章绪论 1 1 灌注桩桩端后注浆技术出现的背景和概念 当今国内外土木建筑深基础工程中，应用桩基是最主要的手段和形式，根 据其施工方法的不同，可分为预制桩和灌注桩两大类。近2 0 多年来，随着土木 建筑工程向群体化、大型化、重型化发展，以及城市改扩建工程向高层、超高 层建筑发展，各种类型的灌注桩的使用也越来越多。 在预制和灌注两大类桩中，钻空灌注桩较预制桩具有造价低、工期短、可 做成较大尺寸、钻入较深土层，能提供较大承载力等优点。我国对灌注桩的应 用数量非常巨大且急剧上升，目前约占我国桩基总数的7 0 左右。灌注桩施工 大部分采用泥浆护壁，泥浆护壁钻孔桩由于受施工工艺、施工方法，现场管理、 施工操作及地层土质等因素影响，会出现孔底沉渣、桩侧泥皮等现象。孔底沉 渣的存在使桩端持力层性质发生变化，形成可压缩的“软垫”，这是影响单桩承 载力的重要因素之一。为此国内外把地基处理灌浆技术引用到桩基，采取对桩 端和桩侧实施压力注浆措施，即所谓的后注浆技术。钻空灌注桩后注浆技术是 成桩时在桩底或桩侧预布置管路和注浆装置，待桩身达到一定强度后，通过注浆 管路利用高压注浆泵压入以水泥为主的浆液，对孔底和桩侧泥皮进行固化，从而 消除传统灌注桩施工工艺所固有的缺陷，以达到提高桩承载力、减少沉降量的一 种科学先进的技术方法，其中以桩端压力注浆效果教好。桩端后注浆灌注桩是将 压力注浆技术引入到桩基工程面发展起来的一种桩。后注浆技术在我国起步较 晚，目前还没有形成一套完善的理论，因此进一步研究桩端后注浆灌注桩具有重 要的现实意义。 1 2 桩端后注浆技术的研究现状 1 2 1 注浆技术 一注浆技术及注浆材料的发展 最早的注浆实例是法国人查理士贝里尼( c h a r l e sb e r i g n y ) 于1 8 0 2 年首次 用冲击泵注入粘土和石灰加固港口砌筑墙。1 8 3 8 年英国汤姆逊隧道开始用水泥 浆进行填充注入。后来人们在实践中发现普通水泥的粒径较大，当向较小间隙 的土体注入时显得无能为力，因而不得不研究溶液态的化学浆液材料的注浆。 1 8 8 4 年，英国豪斯古德( h o s a g o o d ) 在印度建桥时，首次采用化学药品固结砂获 得成功。1 8 8 7 年，德国切撤尔斯基利用一个钻孔注浓水玻璃，邻近孔注氯化钙。 创造了原始的硅化法并获得专利。1 9 0 9 年，比利时人勒马尔塔蒙特( l e m a i r e d u m o n t ) 在水玻璃中加入稀酸，发现了改变水玻璃p h 值的凝固机理，并提出了 双液单系统的一次压注法并获得专利。1 9 1 4 年，比利时的阿尔伯特弗兰科伊斯 ( a l b e r tf r a n c o i s ) 用水玻璃和硫酸铝注浆。1 9 2 0 年，荷兰采矿工程师尤斯登 ( e j j o o s t e n ) 首次论证了化学注浆的可靠性，并提出了使用水玻璃、氯化钙 的双液双系统的注入方式，于1 9 2 6 年获得专利。由于水玻璃浆液价格便宜、无 毒，所以从那时起直至现在一直被广泛地用于基础、大坝、隧道等领域。 水玻璃类浆液虽然具有价格便宜、无毒性等优点，但是这种浆液的固结强 度和耐久性均差，故对要求加固强度和耐久性高的工程而言，水玻璃浆液已不 能满足工程的需要。随后，高分子型新的注浆材料相继问世。其中有代表性的 高分子材料就是5 0 年代美国人推出的粘度近于水，凝胶时间任意可调的丙烯酰 胺浆液a m 一9 ，原苏联推出的m 巾一1 7 脲醛类浆液。1 9 7 4 年5 月，日本国福冈县 发生了下水道工程注入丙烯酰胺污染附近井水的事故。人们又把目光转向混凝 土类材料，但是普通水泥的粒径较大，对渗透系数为1 0 4 1 0 1 c m s 的中砂、细 砂土层而言，无法注入。为此，s h i m d a 和c h a r k e 分别于1 9 8 2 年和1 9 8 4 年提 出用超细水泥浆液注入上述细砂土层，来达到防渗的目的。 此外，在一些领域中出现了另一些新的注入材料，如1 9 8 3 年，加拿大人在 s t e w a r t v i l l e 大坝的两个坝段的坝基的防渗堵漏中，注入热沥青浆液进行堵漏 收到了满意的效果。1 9 9 1 年，有人试验成功了一种常温下水中固化型沥青类新 型复合注浆材料，这种浆液由沥青乳剂+ 水泥剂+ 吸水性聚合物组成，具有极佳 的防渗性和柔性，极适于作为抗震性的防渗填充材料使用。 二注浆技术在岩土工程中的应用 在地层加固方面，注浆可用于地下工程开挖时防止基础或地面沉陷、斜面 塌方、以及隧洞、巷道、竖井围岩加固、开挖基坑时对附近已有构筑物的防护、 挡土构筑物墙后加固、滑坡加固、岩溶加固、流砂层加固等。 在地基加固方面，注浆和高压喷射注浆广泛应用于各种地基加固，提高地 基承载力，已建建( 构) 筑物沉陷地基的加固和抬升，桩底注浆加固、提高桩基 承载力，铁路、公路路基和机场跑道下沉的加固等。 在矿山巷道、竖井、隧洞、海底隧道、地铁等地下工程开挖时采用注浆防 渗帷幕可控制涌水或防渗堵漏。坝体坝基的防渗堵漏、基坑周边渗水和基底涌 水涌砂都可采用注浆法处理。 三注浆技术在桩基上的应用 桩端压力注浆于1 9 5 8 年在委内瑞拉修建m a r a c a i b o 大桥基桩中首次运用 ，之后在世界多个国家的桥梁中得到广泛的应用。p a r a n a 运河上桥梁桩端注 浆采用砾石篮装置”1 。该工程使用几百根长达7 5 米、直径2 米的桩，通过桩底 压力盒对每根桩进行预加载。压力盒有单向压浆阀的作用。用注浆导管将浆液 从注浆吊篮的顶部导入压力盒的各个部分，吊篮内装满粗砂，作为“浆液和压 力分配室”固定在钢筋笼的底部。施工时，用水灰比为0 6 的净水泥浆液每隔 1 2 小时压注1 次。根据桩径不同，每一间隔的最终注浆量为5 0 0 1 0 0 0 k g ，重复 2 注浆，直到最终压力达到l o m p a 且维持5 m i n 或桩顶上台量达到2 0 m m 为止。 b o l o g n e s i 和m o r e t t o 观察到桩端注浆不仅可以改善桩端下土的特性，而且还可 以用来提高桩侧阻力。 桩端后注浆技术在我国用于桩基始于二十世纪八十年代初，最早提出这一 技术的是北京市建筑工程研究所。他们针对北京地区普遍存在的桩底虚土过厚， 严重影响沉降和承载力的问题，在参考法国丰德迪勒( f o n d e d i l e ) 公司预承桩等 资料的基础上，设计了钻孔灌注桩孔底压浆施工工艺及孔底压浆装置。并于 1 9 8 1 年开始桩端压力注浆、压密虚土的模拟试验研究。1 9 8 3 年北京市建筑工程 研究所在国内首先研制开发出预留压浆方式的桩端压力注浆桩并首次在北京崇 文7 # 住宅楼( 1 4 层) 进行桩端压力注浆试点工程，桩长0 1 8 7 9 米，桩径0 4 米，共7 7 3 根。静载试验表明，桩端压力注浆桩的承载力为为未压浆桩的 2 r 3 i 倍左右n 1 。 1 9 8 5 年交通系统公开报道用桩身预埋的声测管进行桩底注浆处理桩底沉渣 【町 沈汉宝和曾明与1 9 8 7 年研制开发出带活动钢板的预留压浆空腔方式的桩 端压力注浆装置。 1 9 8 8 年徐州第二建筑设计院首先在国内研制开发出泥浆护壁灌注桩的预留 压浆通道的桩端压力注浆技术。 进入2 0 世纪9 0 年代后，桩端压力注浆技术在国内得到蓬勃发展，目前已 有1 6 种桩端压力注浆装置。1 。 黑龙江省桩基础公司在1 9 9 5 年研制开发出有压浆管及溢浆管的桩端压力 注浆人工挖孔桩。 1 2 2 桩端后注浆桩施工工艺及工程应用现状 一注浆桩施工工艺 注浆桩经过近二十几年的探索和发展，其施工工艺发展较为完备，出现了 用于不同的地质情况各种施工工艺。 按施工机具和注浆先后顺序的不同大体可分为两类：一类是前处理注浆桩， 借助于专用的钻机设备，在浇注砼桩体前，对桩端、孔壁进行压力注浆；另一 类是后处理注浆桩，即采用常规的成孔设备，预埋注浆装置，在浇注砼体后， 向桩端或桩侧土层注浆。 前处理注浆桩，其成桩的基本原理是：螺旋钻头钻至设计深度时，由设在钻 头的喷嘴泵出细石混凝土或水泥浆，边灌注边拔钻，直至地面，从而形成桩体。 随后置于钢筋笼顶部的振动器振动钢筋笼沉入素砼或水泥浆体。其工艺流程为： 下钻，灌注水泥浆( 砼) 并提升螺旋外管，拔钻清土，振沉钢筋笼；成桩。 后处理注浆桩，其成桩过程不需要专门的机具，按普通钻孔灌注桩造孔浇 砼，然后待桩砼达到一定的强度后，利用预埋的注浆设施对灌注桩桩底和桩周 土进行压浆处理。 桩底注浆按施工工艺可以分为闭式注浆和开式注浆工艺陆1 。按根端预留压 力注浆装置形式划分：( 1 ) 预留压力注浆室；( 2 ) 预留承压包；( 3 ) 预留注浆空 腔；( 4 ) 预留注浆通道；( 5 ) 预留特殊注浆装置。 桩端注浆指配制好的水泥浆液经压浆泵加压输入设置于钢筋笼上的钢导 管，高压浆液冲出导管底部的单向阀( 逆止阀) ，通过渗入、劈裂作用注入桩底 一定范围的土体中。高压浆液注入桩底附近土体中的同时，一部分沿软弱桩土 界面上扩至桩底以上1 0 2 0 r a ，甚至更高的范围。 桩端注浆工艺简介o 。”1 1 闭式注浆工艺”1 闭式注浆工艺是将预制的弹性良好的腔体( 又称承压包、预承包、注浆胶囊 等) 或压力注浆室随钢筋笼放入孔底，成桩后在压力作用下，浆液注入腔体内； 随注浆压力和注浆量的增加，弹性腔体逐渐膨胀、扩张，在桩端土层中形成浆 泡，浆泡逐渐扩大、压密沉渣和桩端土体，并用浆体取代( 量换) 部分桩端土层， 在压密的同时，桩端土体及沉渣排出部分孔隙水；再进一步增加注浆压力和注 浆量，水泥浆土体扩大头逐渐形成，压密区范围也逐渐增大，直至达到设计要 求为止。 在欧洲，采用桩端压力注浆工艺提高单桩承载力的作法已有3 0 多年的历 史。1 9 8 1 年l i z z i ，f t 6 j 介绍一种f c p 桩，该桩采用闭式注浆工艺。该装置主要 由两块打孔的圆形钢板和定距块( 或肋板) 组成。上下两块钢板的间距为2 0 3 0 m m ，钢板的直径比孔径略小一些。上钢板与注浆管和溢浆管的下端相连接。 整个压力注浆室用两层密封层( 里层是麻布或橡胶，外层是塑料布) 包裹。压力 注浆室随桩身钢筋笼下放至孔底。当桩身混凝土达到一定强度后，既可以通过 注浆管向在钢筋笼底部的预留压力注浆室压注水泥浆，待出浆管冒浆后，便堵 注出浆管，进行高压注浆。随水泥浆的继续压注，密封层被破坏，上下钢板分 离，上钢板仍固定在钢筋笼底部，下钢板随压力增大而下沉，在桩端形成水泥 浆液扩大头。意大利威尼斯及罗马一佛罗伦萨高速新干线桥基的8 根桩( 其中5 根普通钻孔桩，3 根f c p 桩) 的静载试验，结果表明，经压力注浆的f c p 桩的承 载力为未注浆桩的2 倍以上。 g s c h n j t t e r 1 报道了一种复合工艺桩，其施工工艺如下：( 1 ) 先将内径为 1 5 0 m 的钢管打入到设计持力层；( 2 ) 将外径1 3 5 r a 、内径0 9 9 m 、壁厚1 8 0 m m 的钢筋混凝土空心桩插入钢管内，随即用混凝土封闭桩端；( 3 ) 在桩端上装上橡 皮袋和4 个注浆孔道；( 4 ) 在空心桩内灌注c 3 0 混凝土，将钢管拔出；( 5 ) 混凝 土经过几天养护后，通过注浆管向桩端进行压力注浆，该桩的承载力为未注浆 桩的2 2 5 倍。 4 法国专利( 编号：2 3 3 1 6 4 6 ) “1 发明特征是预留压力注浆室，采用闭式注浆工 艺。封闭室的目的是为注浆留出一个足够的空间，第一次注浆后形成第一个水 泥浆球体，该球体在胀大的过程中，挤压周围地层；如有必要进行第二次注浆， 则在第一次浆液完全硬化之前，对封闭室进行部分的冲洗，以便重新形成一个 适当容积的注浆室后进行第二次注浆；如有必要，可再进行冲洗和注浆，直到 最后一次注浆量很少为止。 l i t t e j o h n ，e ta l “”提到一种袖阀管桩端注浆装置。此装置适用于低渗透 性且低粘性的粉质砂土层。为了形成扩大头，首先，在桩端注射一种特殊配方 的浆液；然后，通过桩身预留的l o o m m 中心管，将钻杆放至孔底，并钻至桩下2 m 处，接着置入压浆管并用水泥膨润土形成包裹层。3 d 后，进行注水试验，再进 行桩底注浆。为了确保地基的强度，可在第1 次注浆完成后2 4 h ，进行二次注浆， 使浆液尽量通过每个注浆袖阀管。l i t t e j o h n 提到在c o r n i c h ec e n t r e ，j e d d a h k s k 的工程中运用了袖阀管桩端压浆装置，注浆试验表明：对于孔隙率为2 5 一3 3 的地基土，化学浆液可以扩散1 8 m 一2 1 m ，深入到桩端土层至少1 m 。 0 1 e v s k i j “”介绍了一种通过桩端注浆来挤出桩底泥炭夹层，以减少住宅 的次固结变形的新地基处理方法。通过桩端注浆，最终形成的水泥结石体加固 了桩端地基，预防了住宅的次圃结变形。 在国内，孔清华“列提出，预承力桩的预承包装置，即在桩底设置一个预承 包，其上固定连接板，并有注浆管通过桩身与控制阀相连。通过注浆管向预承 包内注入浆液，使预承包鼓大，挤压桩端土层，并扩大端承面积，从而提高桩 承载力。 西南交通大学等“”“1 研制开发出注浆腔式的桩端压力注浆装置，注浆腔由 弹性材料制成，在压力作用下，将浆液压入注浆腔，腔体膨胀，亦即用浆体取 代并压密桩底沉渣及土体。在压密的同时，土体及沉渣排出部分孔隙水。随进 浆量及压力的增加，扩大头逐渐形成，压密区范围也逐渐增大，一直达到设计 要求为止。 所有桩端闭式注浆的设计思想都比较相似，预设注浆承压装置，成桩后压 力注浆，对桩预加荷载并扩大端承面积，从而提高承载力。桩端闭式注浆的优 点是设计思想比较明确，荷载传递明确。而且对桩起到一定的预加应力作用， 对土层只起到压密作用。适用于下部土层和岩层的承载力比较大的情况。 2 桩端开式注浆工艺“” 开式注浆工艺是指浆液通过注浆管( 单、双或多根) ，经桩端的预留注浆空 腔、预留注浆通道或预留的特殊注浆装置等，直接注入桩端土、岩体中，浆液 与桩端沉渣和周围土体呈混合状态，呈现出渗透、填充、置换、劈裂等效应， 在桩端显示出复合地基的效果。 1 9 8 3 年，北京市建筑工程研究所在国内首先研究开发出预留注浆空腔方式 的桩端压力注浆桩，在室外进行了2 根桩端压力注浆小桩( 直径1 2 8 、1 3 4 r a m ， 有效桩长2 4 3 、2 5 l m ) 的静载试验。1 9 8 3 年在北京崇文门7 号楼( 1 4 层住宅工 程，建筑面积2 5 4 9 9 m 2 ，地下2 层) 首次应用预留注浆空腔方式的桩端压力注浆 桩，共计7 7 3 根( 桩径0 4 m ，桩长6 1 8 7 9 0 m ) ，该桩采用长螺旋干作业成孔方 式，在桩底设置固定式隔离钢板，采用钢管和p v c 管的组合管作为注浆管。此 后该种桩型在北京、沈阳及锦州地区得到推广应用。 沈保汉和曾鸣于1 9 8 7 年研制开发出带活动钢板的预留注浆空腔方式的桩 端压力注浆装置。f l e m i n g ，w j k o 介绍一种u 形注浆管，在灌注桩身混凝土前， 将u 形注浆管随钢筋笼一起放入孔底。u 形管通常采用直径约3 0 m m 的钢管，由 3 段组成，即第1 段为桩顶至桩端的进浆管，第2 段为横穿桩端并用橡胶密封 的穿孔管，第3 段为由桩端回到桩顶的出浆管。视桩径大小采用2 4 副u 形注 浆管，其中应留备用u 管。在某些情况下，注浆管可兼做超声波检测管。u 形 注浆管装置欧洲地区很常用。u 形注浆管装置属于开式注浆工艺的预留注浆通 道装置，为欧洲地区常用的基本装置。1 9 8 8 年徐州市第二建筑设计院在国内首 先研制开发出泥浆护壁灌注桩的预留注浆通道方式的桩端压力注浆技术。 进入2 0 世纪9 0 年代后，桩端压力注浆技术在国内得到蓬勃发展，具体表 现在作为桩端压力注浆施工工艺的核心部件一桩端压力注浆装置形式众多。杨 耕、易良“”研制开发出人工挖孔桩桩端压力注浆工艺，其特征是在灌注混凝土 形成桩体前预埋注浆导管，在注浆前，用工程地质钻机在注浆导管中打入注浆 花管或袖阀管至桩端以下一定深度，然后进行压力注浆。 黑龙江省桩基础工程公司则在1 9 9 5 年研制开发出有注浆管及排废管等的 人工挖孔桩桩端压力注浆工艺。 南通市房屋建设开发公司“们研制开发出泥浆护钻孔灌注桩的简易桩端压 力注浆装置。 中国建筑科学研究院地基基础研究所祝经成心们研制开发出排浆管管壁径 向间隔设置压浆孔、外壁上压接包有双层胶套、管底部设有封堵钢板、外部包 有保护编织物的桩端压力注浆装置。 武汉地质勘察基础工程( 集团) 总公司于1 9 9 6 年研制开发出独特的桩端压 力注浆装置，该装置构造合理，使用方便，压浆成功率1 0 0 ”。 应权和沈保汉于1 9 9 7 年研制开发出y q 桩端中心压力注浆装置和注浆工艺 他”。y o 压浆系统有以下四个部分组成：桩顶上部的置换控制阀；桩身部分 的压浆管；桩端中心调节器；桩端适量填料。 桩端闭式注浆，主要是起到了扩径的效果：而开式注浆，主要是对桩端土 体进行加固，桩端土体由于挤密、加紧、充填等而得到加强，小部分水泥石固 结于桩端，扩径效果很小。 6 1 2 3 桩端后注浆技术工程应用现状 近年桩端注浆桩在工程中的应用在不断拓展，按使用功能主要包括以下几 个方面： 1 用于工业民用建筑( 高层建筑) 、公共设施建筑的基础桩； 2 用于边坡支护桩或基坑支护的帷幕桩； 3 在基础托换工程中用注浆桩提高荷载增量下的地基承载力； 4 用于桥基或旧桥改造加固工程。 下面举例说明桩端注浆桩作为工业民用建筑基础桩的应用 1 淮河防汛调度楼工程 淮河防汛调度楼位于蚌埠市新区龙子湖畔，是整个淮河流域防汛调度的枢 纽，塔楼高1 1 5 m 。场地为第四期二级阶地，从上至下场地地特征为粘土层、( 粉 土层) 粉质粘土层、强风化花岗岩层、中风化岩层。桩基为混凝土灌注桩，桩径 8 0 0 r a m ，设计桩长2 4 m 计4 5 根，桩长2 1 m 计5 5 根，属摩擦端承桩，设计单桩竖向 极限承载力5 4 0 0 k n 。为保证桩基工程质量，采用桩端后注浆工艺，完工后本工程 3 根试桩静载试验采取深层静载自平衡法检测，经测试，承载力均达到6 0 0 0 k n 以上。工程桩1 0 0 动测，从反射波形分析，桩端波幅衰减不明显，说明注浆后桩端 与岩层结合较好，工程封顶后，对1 3 个沉降测点统计，最大沉降9 m m ，最小沉降5 m m 。 沉渣对工程质量的不利影响得到了有效控制。 2 北京崇文7 # 住宅楼工程 北京崇文东街为1 4 层住宅，建筑面积2 5 万8 1 2 ，地下2 层( 埋深5 0 9 m ) ， 地质表层为厚5 m 左右的杂填土，以下