1、后注浆灌注桩的单桩极限承载力与其相关影响因素的研究后注浆灌注桩的单桩极限承载力与其相关影响因素的研究目 录1. 课题背景简介 1.1研究的主要内容 1.2采取的研究方法、技术路线 1.3项目组人员组成2. 灌注桩后注浆技术特征 2.1桩底注浆 2.2桩侧注浆 2.3注浆参数 2.4注浆顺序3. 后注浆单桩极限承载力增强机理 3.1后注浆的几种作用形式 3.2影响后注浆单桩极限承载力提高的主要因素 4. 资料收集 4.1资料收集原则 4.2资料收集情况5. 工程实例 5.1试桩压至破坏时的极限值与计算值的对比5.2单桩承载力设计值与计算值的对比5.3注浆桩与未注浆的承载力及桩顶、桩端沉降量的对比
2、5.4注浆量不同时承载力及与桩顶、桩端沉降量的对比6. 结论1. 课题背景简介 近几年，高层建筑在天津得到快速发展，建筑物的形体和荷重也越来越大，对桩基础的承载能力和抗变形的要求越来越高，只有桩长、桩径相应增加，才能满足上部建筑物的较大荷重，这使得工程造价提高。后注浆技术的开发成功，从一定程度上弥补了上述缺陷。所以后注浆技术在国内多个省市地区得到应用，适用的土层越来越广，从渗透性强的卵砾石层、砂土层、粉砂、扩展到渗透性较小的粉土、粘性土，都取得了很好的效果。根据多项工程实践表明，采用后注浆技术可以减小桩基沉降、稳定基桩质量、提高承载力、节约工程造价以及缩短工期。 与普通钻孔桩相比，后注浆桩的几
3、个优点: (1)钻孔桩施工过程中钻头扰动以及桩端沉渣降低了桩端持力层的端阻力值，桩端注浆相当于在桩端人为造了一个持力层。 (2) 桩底浆液会沿桩侧爬升置换了桩测泥皮，提高了桩土界面的摩擦力，大大提高桩侧摩阻力。 (3) 注浆压力作用于桩底好像对桩底施加了预应力，从而提高桩端和桩测阻力。 (4) 桩端注浆不仅提高了桩的承载力，相当于人为地固化了整个建筑物下及周围的桩端持力层并使其强度提高，从而使得整个建筑物沉降均匀且沉降量小。 虽然后注浆技术得到广泛应用，但系统的现场试验文献较少，几乎没有对于后注浆桩详细的综合研究。随着我院灌注桩后注浆施工项目增多，有必要对后注浆技术进行更深一步的分析、研究，比
4、如根据不同的土质或地层条件如何准确的控制注浆量? 注浆量大小和钻孔桩单桩极限承载力的提高幅度的关系？天津市区土质与滨海新区滨海相土质对注浆参数的要求、不同的土质对水灰比、注浆流量的要求？注浆后浆液的渗透范围？以上因素都能影响单桩极限承载力的发挥，很多施工单位和设计单位往往靠经验进行判断，特别是设计人在经验不足的情况下，单桩极限承载力到底能提高多少，有些设计人就把“难题”推到了施工方，所以我们应尽快找出能提高单桩极限承载力相关因素，研究钻孔灌注桩注浆后承载力的增加情况，进一步提高后注浆施工项目的使用效果，更好的指导生产。1.1研究的主要内容 钻孔灌注桩在成孔过程中，在桩侧会形成一层泥皮；桩端形成
5、一定厚度的沉渣；在孔内泥浆浸泡下，桩周土体的抗剪强度降低；混凝土灌注完毕，以上因素可使单桩极限承载力降低1030，甚至更高。但通过后注浆技术可有效克服以上缺陷，提高单桩极限承载力，减少沉降量，改善桩的承载特性。后注浆技术的注浆量（水泥用量）、土层的物理参数、施工工艺是影响单桩极限承载力的关键因素。适当提高注浆量，采取合适的土层的物理参数、改进桩机设备的施工工艺，是提高单桩极限承载力的关键因素。1.2采取的研究方法、技术路线 本次课题的主要研究方法和技术路线如下：（1）充分收集施工场地勘察报告、试桩报告、图纸设计说明。(2) 注浆前、后单桩极限承载力对比情况。（3）实际项目效果验证。1.3项目组
6、人员组成姓名职务部门刘建茂组长岩二王欣华组员岩二杨子民组员岩二2. 钻孔灌注桩后注浆技术特征后注浆技术是将土体加固技术与桩工技术结合为一体，提高桩基承载力，减少沉降的有效方法。其特征如下： 2.1桩底注浆 在钢筋笼底端一般设置2根注浆阀，该注浆阀具备抗刮撞、抗磨擦。抵抗不小1Mpa的浆液压力。具备一定的逆止功能，防止浆液回流。钢筋笼沉入桩底后，注浆阀插入沉渣及桩端土的一定深度，注浆时，浆液以渗透、劈裂或挤密的方式(或者几种方式兼有)对桩底的沉渣或已扰动土层进行加固处理，提高桩底土体的强度和变形模量，桩端一定范围内的单一土体变成水泥土复合土体，并在桩端形成树根状的扩大头，提高桩端阻力。桩端饱和后
7、，浆液由桩端沿桩身继续上升，随注浆量的增加，上升范围会逐渐增高，并使此范围内的桩侧泥皮及桩周土强度、刚度提高。2.2桩侧注浆 对于泥浆护壁灌注桩，复式注浆时，桩侧注浆管在钢筋笼入孔时和钢筋笼连接在同一个圆周上，与加颈箍焊牢。桩侧喷浆环打开后，浆液沿桩侧上行或下行前进，随着注浆量的逐渐增加，桩下部浆液饱和后，浆液沿桩侧上行，最终浆液在桩顶处溢出，由于土层松散程度的影响，对桩侧土层的影响也不同。但都可以使得桩侧泥皮及更大范围的桩侧土的强度、刚度得到提高，增大了剪切滑动面，改变桩与桩侧土之间的性能；浆液在桩侧凝结以后增大了桩侧表面积，提高了桩侧摩阻力。2.3注浆参数 水灰比：根据土的饱和度、渗透性确
8、定，对于饱和土，一般为0.450.65；对于非饱和土，一般为0.70.9。 注浆压力：根据土的性质、注浆点的深度确定，同时受水灰比大小、注浆阀体上的开口小孔的数量影响。在饱和土中注浆时，注浆压力控制在14Mpa。流量：控制在5075L/min。流量不宜太大，流量太大时易发生劈裂注浆，使浆液在桩端不易聚集。2.4注浆顺序 复式注浆时，在饱和土中，后注浆施工遵从先桩侧，后桩端；在非饱和土中，后注浆施工遵从先桩端，后桩侧。对多个桩侧注浆横断面，后注浆宜先上后下，间歇时间24小时，当进行群桩注浆时，宜先外围、后内部，减少浆液流失。注浆作业宜于在成桩2天后开始，此时桩底沉渣、桩侧泥皮尚未充分固结和触变恢
9、复，使水泥浆在桩侧、桩底渗透充分。一般不宜超过成桩后30天注浆 。3. 后注浆单桩极限承载力增强机理 3.1 后注浆的几种作用形式在卵、砾、砂等粗粒中注浆时，水泥浆液以渗透等形式对桩周土体空隙部分进行充填，散粒被胶结，显示“充填胶结效应”，土体强度和刚度大幅度提高。如果是桩端，桩端阻力因扩底效应而提高；被加固土体处于桩侧时，侧阻力因扩径效应而显著增大。在粘性土、粉土、粉细砂中注浆时，后注浆液以劈裂形式使桩周土体加筋形成网状结石复合体，水泥浆液劈裂过程中还伴生土体固结和化学硬化作用，即粉砂、粘性土与Ca(OH)2起强烈的化学作用形成具有一定强度的结晶化合物，从而增大桩周土体强度，使被包围在水泥网
10、格内的土变得更加紧密相连。桩顶受荷后，桩侧和桩底的复合土体能有效的传递和分担荷载，从而提高桩的单桩极限承载力。 桩底沉渣、桩侧泥皮与后注浆液发生物理化学作用而固化，由于不等厚度的水泥结石固着于桩表面和桩底，因此起到一定的扩径和扩底效应。3.2 影响后注浆单桩极限承载力的主要因素 主要因素包括：注浆量、地质条件、注浆形式、成桩工艺。 3.2.1注浆量（水泥用量）：当土层参数一定的条件下，注浆量的多少直接决定了单桩极限承载力的增加幅度。建筑桩基技术规范JGJ942008中桩体后注浆量表达式如下：桩底注浆：Gc=p.d p：1.51.8之间 d：桩直径桩侧注浆：Gc=p.d+s.n.d p：1.51
11、.8之间 s：0.50.7之间 n：桩侧注浆横断面数 d：桩直径依据上述估算式，注浆量的多少和桩侧、桩端注浆量经验系数取值及桩径、桩侧注浆横断面数有关。由于不同地区、其地质条件不同，即便是相同桩长、相同桩径的桩，其承载力的差异是很大的。当承载力要求较高时，桩侧、桩端注浆量经验系数取高值，适当增加水泥用量来弥补承载力不足还是必要的。3.2.2 地质条件：根据我院在我市及周边地区施工经验表明，相同桩长、相同桩径的桩其承载力的差异往往很大，其中地质条件是主要因素之一。注浆时，后注浆液沿桩土界面上升的高度受土的渗透性、土的抗剪强度及浆液压力等因素影响，上升的高度不同，侧摩阻力的发挥就不一样。对于桩底和
12、桩侧为砂、砾、卵石及含砂砾粘性土、粉土中的桩，注浆后，承载力增幅大；对于桩底和桩侧为粘性土的桩，注浆后，承载力增幅相对较小。 3.2.3桩底、桩测复式注浆或单一的桩侧、桩底注浆。在注浆量相同的条件下，桩底、桩测复式注浆高于单一的桩侧、桩底注浆。 3.2.4成桩工艺：钻孔成桩后，在桩土界面附着一层结构松散、强度低的泥皮或沉渣，泥皮或沉渣影响了后注浆单桩极限承载力的发挥。目前在天津市场上对于5501000的钻孔灌注桩，施工设备大多为潜水钻机。潜水钻机在钻进过程中，由于操作人员的操作水平和操作方法不尽相同，同样一根桩，不同人员操作时，成桩的质量也不完全相同。如果桩身垂直度控制不好，下钢筋笼会和孔壁产
13、生刮撞而产生沉渣，钻进较快易造成缩颈，都会降低桩的承载力。保持吊打慢钻，可以有效防止缩径；混凝土灌注前，进行二次清孔，减小沉渣和泥皮，杜绝桩身夹泥，因为桩身缩径和夹泥都会大大降低单桩极限承载力。4. 资料收集4.1资料收集原则 充分收集后注浆施工项目的施工场地的地质勘察报告、试桩报告、图纸设计说明及其它资料，分别包括试桩压至破坏时的极限值与计算值的对比、单桩承载力设计值与计算值的对比，注浆桩与未注浆的承载力及桩顶、桩端沉降量的对比，注浆量不同时承载力及与桩顶、桩端沉降量的对比情况。4.2 资料收集情况本次共收集不少于10个场地的桩的资料，具体详见表1 项目名称收集桩数项目分类开发区福林发展4号
14、地6试桩压至破坏时的极限值与计算值的对比金奥广场6富民里住宅小区1单桩承载力设计值与计算值的对比海逸长洲三期二组团1咸水沽红旗路春富里1其他3喜年广场4注浆桩与未注浆的承载力及桩顶、桩端沉降量的对比其他6注浆量不同时承载力及与桩顶、桩端沉降量的对比5. 工程实例根据资料收集情况，以工程实例的形式进行分类说明。5.1试桩压至破坏时的极限值与计算值的对比实例1. 开发区福林发展4号地工程位于塘沽开发区，为地上32层的高层住宅楼，埋深约3m，设计采用650的钻孔灌注桩，桩底注浆，桩长L=47.350.07m，场地地质条件如表1。 表1 地层分布及主要物理力学指标表 层号土层名称土层厚度/m含水量W/
15、%孔隙比e塑性指数Ip液性指数Il压塑模量Es(1-2)/Mpa侧摩阻qsik端阻qpk1素填土6.02184.4454.42.11/52粉质粘土2.028.30.812.10.853.753粘 土3.036.81.0518.10.873.1204粉质粘土0.531.50.8914.80.95.7205粘 土9.843.41.2221.20.892.5206粉 土2.033.80.9518.80.64/407粉质粘土5.523.10.6510.60.72/508粉质粘土3.017.00.49/659粉 土5.029.70.8417.10.57/5410粘 土2.929.20.8616.70.5
16、8/5411粉质粘土4.421.10.6011.10.50/5312粉质粘土0.723.40.646.20.06/6513粉 土16.319.40.6/80实例2.金奥广场桩基工程位于西青区李七庄中石油桥下。其中5栋20层的高层住宅楼，采用600钻孔灌注桩，桩长L=41.5m；8栋34层的高层住宅楼，采用700的钻孔灌注桩，桩长L=53.0m。实施桩底注浆，工程桩施工前，分别对600和700的钻孔灌注桩试桩各3根进行了静载试验。场地地质条件如表2。 表2 地层分布及主要物理力学指标表层号岩 性土层厚度/m含水量W/孔隙比e液性指数IL压缩模量Es(1-2)/Mpa侧阻qsik端阻qpk1-1杂
17、填土3.333.3/0.995.16/2淤泥质土1.246.8/1.152.38/3-1粉质粘土1.530.20.840.865.3745/3-2粉质粘土1.926.40.981.0112.235/4粉质粘土6.333.70.861.144.4825/5粉质粘土1.924.10.680.665.4850/6粉质粘土3.926.40.760.566.0855/7粉质粘土10.126.00.740.546.07605508粉质粘土3.924.00.680.466.1263/9-1粉质粘土2.223.00.670.486.25637509-2粉质粘土2.823.00.670.5912.9658809
18、-3粉 砂1.020.40.62/16.17510009-4粉质粘土8.627.00.760.526.1607509-5粉 砂1.521.00.63/13.982101010粉质粘土5.224.50.706.56.566900实例1与实例2的计算结果与试桩结果对比根据建筑桩基技术规范（JGJ94-2008）提供的钻孔灌注桩桩基参数，二项实例数据是根据地质勘察报告提供的各层土的物理力学指标统计结果获得，按照统计结果分别计算注浆前、注浆后的单桩竖向极限承载力标准值Quk未及Quk注，静载荷试桩结果列于表3。表3 计算结果与静试桩结果对比表 工 程 项 目桩长/m桩径/m单桩竖向极限承载力标准值Qu
19、k未注浆桩底注浆计算结果/KN静载荷试桩结果/KN对应的沉降/mmQuk注/Quk未实例147.300.653891600013.861.5447.350.653899550012.931.4147.40.653907650016.051.6649.600.654266700021.601.6449.650.654274700020.231.6450.070.654343650023.921.50实例241.50.603906700020.251.7941.50.603906700017.241.7941.50.603906630021.021.6153.00.7064101100026.34
20、1.7253.00.706410900029.761.4053.00.7064101000020.241.56从表3对比可看出，注浆后单桩极限承载力可提高40%79%，除实例2的3根600试桩未压至破坏外，其余试桩全部压至破坏，表中所列的静载荷试桩结果为破坏值的前一级数据。5.2 单桩承载力设计值与计算值的对比实例3. 武清富民里住宅小区工程，为地上18层住宅楼，埋深约4.5m，采用600钻孔灌注桩，有效桩长L=28.0m，实施桩底注浆。场地地质条件如表4。 表4 地层分布及主要物理力学指标表层号岩性土层厚度/m含水量W/孔隙比e塑性指数Ip液性指数IL压缩模量Es(1-2)/Mpa侧阻qsi
21、k端阻qpk1杂填土22a粉质粘土2.8/取0.2827.70.7912.40.774.7282b粉 土225.80.729.70.6414.5383粘 土2.836.41.0520.70.655.0204a粉 土1.924.10.6811.90.6213.79484b粘 土5.337.11.0521.00.663.9285粉质粘土2.028.00.79140.674.8436粉 土626.40.747.80.4314.5477a粉 土4.023.30.6410.80.7514.6608粉质粘土3.031.60.9019.60.435.5525509粉质粘土0.825.00.7114.80.4
22、56.755800实例4 该工程位于西青区友谊南路西侧海逸长洲三期二组团工程，为地上2427层在住宅楼，地下1层，埋深约6m，设计采用600钻孔灌注桩，有效桩长L=36.05m。场地地质条件如表11。表5 地层分布及主要物理力学指标表层号岩性土层厚度/m含水量W/孔隙比e塑性指数Ip液性指数IL压缩模量Es(1-2)/Mpa (1-2)/Mpa Es(1-2)/Mpa侧阻qsik端阻qpk1填土42新近淤积层251.41.523.31.052.2203粉质粘土1.031.30.8912.80.855.4364粉质粘土9.232.40.9112.10.955.1325粉质粘土2.023.90.6
23、712.10.546.4466a粉质粘土4.028.70.8112.40.677506b粉 土1.021.60.6213557a粉质粘土8.026.50.7514.80. 56.4547b粉 土1.619.60.5516.6678a粉质粘土11/1823.90.6812.40.61757550实例5 该工程为津南区咸水沽红旗路春富里桩基工程，为地上2531层高层住宅楼，地下1层，埋深约3m，设计采用650钻孔灌注桩，有效桩长L=38.04m。场地地质条件如表9。表6 地层分布及主要物理力学指标表层号岩 性土层厚度/m含水量W/孔隙比e塑性指数Ip液性指数IL压缩模量Es(1-2)/Mpa (1
24、-2)/Mpa Es(1-2)/Mpa侧阻qsik端阻qpk1a填 土1.22粘 土1.831.70.9218.10.574.9323a粉质粘土2.028.90.8211.80.935.9283b淤泥质粉质粘土7.538.11.0615.31.33.6203c粉质粘土4.027.30.7612.10.835.6324a粉质粘土3.522.90.6511.90.486.5504b粉 土3.022.30.6415.6605a粉质粘土5.522.40.6511.10.567.3546a粉质粘土9.521.20.6111.40.437.2565006b粉 砂3.0419.70.5616.8729507
25、a粉质粘土6.2250.7112.30.667.3515007b粉 砂实例6. 某工程为地上12层综合楼，高约50m，地下2层，埋深约11m，采用650钻孔灌注桩，有效桩长L=26.5m，实施桩底注浆。场地地质条件如表7。 表7 地层分布及主要物理力学指标表层号岩性土层厚度/m含水量W/孔隙比e塑性指数Ip液性指数IL压缩模量Es(1-2)/Mpa (1-2)/Mpa Es(1-2)/Mpa1杂填土1.42粘 土1.828.70.8118.50.35.283粉质粘土1.9425.50.710.40.768.144粉质粘土7.431.40.8912.10.984.35粉质粘土4.325.60.7
26、111.60.564.796粉质粘土7.125.60.7310.80.776.577粉质粘土5.224.20.6511.10.575.828粘 土1.9525.80.7217.10.346.839粉质粘土1.522.00.6211.40.557.210粘 土1.626.60.7817.60.335.4111粉质粘土3.421.00.6110.70.516.7312粉 砂2.919.70.5314.0实例7. 某工程为地上30层高层住宅楼，高约90m，地下1层，埋深约5m，设计采用700钻孔灌注桩，有效桩长L=39.5m。场地地质条件如表8。 表8 地层分布及主要物理力学指标表层号岩性土层厚度/m含水量W/
