后压浆灌注桩技术在高层建筑中的应用(徐承强高传印)

后压浆灌注桩技术在高层建筑中的应用论文提要: 通过两个实际工程的应用体会，本文简要介绍灌注桩后压浆技术原理，并提出后 压浆灌注桩基础设计建议，介绍后压浆灌注桩的工程应用情况与良好的技术经济效益，供大 家参考。关键词: 后压浆灌注桩 单桩 承载力 工程应用1概述泥浆护壁灌注桩具有适用于不同地层土质、高水位、桩径桩长变幅大、无噪声振动等优点， 已成为我国高层建筑的主导桩型。但这种桩型存在桩底沉渣和桩身泥皮的固有缺陷，影响其 承载力的有效利用和稳定性。灌注桩后压浆是中国建科院地基所近几年研制开发的一种新技术。通过桩底桩侧后压浆固化 沉渣和泥皮，并加固桩底桩周一定范围的土体，大幅提高桩的承载力，增强桩的质量稳定性， 减少桩基沉降，实现桩技术与土体加固技术的有机结合。2后压浆技术简介（1）桩底后压浆于钢筋笼上设置2 根底端带单向阀的注浆钢导管，成桩 3-30天内，采用压浆泵将调制的 水泥浆液通过钢导管实施桩底后压浆。（2）桩侧后压浆 于钢筋笼上设置与地层相适应的带单向阀的钢注浆管，在桩底压浆前数天实施桩侧压浆。（3）超声检测若需要对桩身完整性作超声检测，可利用2 根桩底注浆钢导管在注浆前进行。注浆钢导 管一般为直径25 左右的钢管，注浆后可取代等截面的桩身钢筋。3后压浆对承载力的增强机理（1）后压浆对桩侧、桩端的加固效应： 后压浆对桩底、桩侧土体的加固效应可归纳为以下三种（a）固化效应 桩底沉渣、沉淤及桩侧表面的泥皮因浆液的渗入、劈裂发生物理化学作用而固化。（b）充填胶结效应 桩底、桩侧的粗粒土（卵砾石、中粗砂）因渗入注浆而显示填胶结效应，使其强度显著 提高（c）加筋效应 桩底、桩侧的细粒土（粘性土、粉土、粉细砂）因劈裂注浆形成网状结石，显示加筋效 应，使被加筋的复合土体的钙化强度显著提高。（2）压浆对桩侧阻、桩端阻的增强特性 上述后压浆对成桩软弱层及桩侧、桩端一定范围的天然土体的加固效应导致 桩侧阻力和桩端阻力的增强。大量测试数据表明，后压浆对桩端阻、桩侧阻的增强效应 可归纳为如下特征。（a）桩底压浆使端阻力增长60300%，细粒土增幅小，粗粒土增幅大，长桩增幅小于 短桩。（b）桩底压浆不仅使端阻提高，而且由于浆液上扩，在桩底以上1020cm侧 阻增长2080%。(c) 桩底、桩侧联合压浆可使端阻、侧阻均获提高4 后压浆灌注桩的单桩承载力(1) 后压浆灌注桩的承载力随有关因素的变化 通过多项工程的后压浆与普通灌注桩的对比试验，其承载力变化特征如下。(a) 后压浆桩承载力增幅随持力层的变化粗粒土(卵砾石、中粗砂)持力层的后压浆单桩承载力高于细粒土(粘性土、粉土、粉 质粘土)持力层约 1040%(b) 后压浆桩承载力增幅随注浆量的变化对一定的桩径、桩长和土性而言，单桩承载力增幅与注浆量成正比，但压浆量不可能根 据承载力需求无限增加，存在合理注浆量。(2) 后压浆桩承载力变形特性(a) 后压浆桩的荷载-沉降性能得到改善通过对细粒土及粗粒土持力层压浆与非压浆桩的荷载 -沉降曲线分析可知，非压浆的Q-S 曲线为陡降型，而后压浆桩为缓变型。这一承载性状的变化对工程而言是很有 利的，其一，可使其承载力可靠度提高，其二，可使桩基在工作荷载下的沉降减小。(b) 桩端阻份额的提高 对于泥浆护壁灌注桩经后压浆可由原来的纯摩擦型转变为摩擦端承型。通过对卵石持力 层的中长桩(L/D=25)总侧阻、总端阻的测试结果发现，非压浆桩的总端阻占承载力份 额的 4%，而后压浆桩上升为 1417%，使较好的卵石持力层得到有效利用。(3) 后压浆灌注桩承载力估算后压浆灌注桩桩土界面及一定范围的土体经压浆加固后演变成水泥土和水泥结石复合加 筋体，其性质趋于复杂和不均，要通过土性参数测试确定其对桩端阻力、桩侧阻力的增强 效应，实际是不可能的，因此，对后压浆灌注桩的承载力只能通过静载对比试验建立经验 关系，其单桩承载力计算公式为：Q =Q +Q =(UZ g q L +g q A ) Auk sk pk si ski i p pk p g式中q q为极限侧阻力、极限端阻力标准值，按JGJ94-94取值sk pkL为桩侧第i层土的厚度iU A为桩身周长和桩底面积pg为侧阻力增强系数，按表1取值，桩底单一压浆情况侧阻的增强范围取桩端以上si1020cm，其它位置取1。0,对于桩侧注浆，在每个注浆断面以上1020cm范围进行修正g为桩端阻增强系数，按表1取值p入为注浆量修正系数g表2侧阻力增强系数g ,端阻增强系数g土层名称淤泥淤泥质土粘性土粉土si粉砂细砂中砂p粗砂砾砂砾石 卵石强风化岩g si1. 31. 41. 41. 62. 02. 21. 6鼻1. 61. 82. 42. 83. 42. 05后压浆灌注群桩承载力及变形性状(1) 后压浆群桩承载力及群桩效应 试验表明，后压浆群桩的群桩效应低于非压浆群桩，但两者均大于 1，且随桩距的增加而非 线性增加。（2）后压浆群桩侧阻力和端阻力特性后压浆群桩的平均侧阻随着沉降的发挥性能与非压浆群桩相似；桩距减少至3。75d时，后压 浆群桩的侧阻发挥值反比非压浆群桩略低；无论是压浆与非压浆，其群桩桩侧阻发挥值均低 于单桩；后压浆群桩的端阻发挥值显著高于非压浆单桩，且高于相应单桩。（3）桩土相对变形特性 通过设置分层标点实测不同桩距压浆与非压浆群桩桩土间竖向变形，得到以下结果：（1）对 较小桩距（S/d=3.75）,压浆群桩在工作荷载（Qu/2）范围内，桩土间无相对变形，在极限荷 载（QU）下的相对变形很小，非压浆桩则相对较大。（2）对于桩距较大（S/D=5）的桩间土相 对变形，压浆群桩与非压浆群桩差别不大，前者略小于后者。6后压浆群桩基础有关设计问题（1）桩端持力层的选择 由于后压浆桩的承载力大幅提高，如何调整设计达到最佳经济效果，应视具体情况而定，其 中桩端持力层的选择尤为重要。当存在较厚粗粒夹层，有无显著软弱下卧层时，可考虑减小 桩长，以此层为桩端持力层，一般均可保证单桩承载力及沉降要求，经济指标较好。（2）优化布桩 整体工作条件下侧阻力与端阻效应均随桩距增大而增大，两者随桩数的变化则相反。因此， 为提高柱下独立桩基群桩承载力效率，减小承台尺寸，宜采用桩侧桩底后压浆确保其理想的 工作性能，并根据持力层、桩侧土层、侧阻端阻份额等因素，调整桩数（桩径、）桩距，优化 布桩。7结论（1）灌注桩后压浆技术具有适用性强，操作方便，可靠性好、不与成桩作业交叉、承载力 增幅大、可与桩身完整性超声波检测相结合等优点，可有效的提高经济效益3050%。（2）后压浆桩不仅可以固化沉渣、泥皮，而且浆液通过渗入桩侧桩底一定范围的土体，使 之发生“充填胶结”效应而加固，桩承载力显著提高，在优化压浆参数的条件下，尤 其确保合理的压浆量，可实现单桩承载力的理想和稳定增长，当桩端持力层为细砂土 时增幅为4060%，为粗粒土时增幅为60100%，增幅大小尚受桩侧土层性质的影响。（3）桩端压浆可使侧阻和端阻同时得到增强，桩侧压浆仅使侧阻得到增强，并对桩端压浆 起封堵作用。无论桩端单独压浆或桩端桩侧联合压浆，其单位端阻力的增幅均大于单 位侧阻力的增幅。但侧阻增强对桩承载力的增长的贡献率大于端阻贡献率，并随桩长 的增加而提高。（4）后压浆单桩承载性状由于压浆效应而明显改善，主要表现为：荷载沉降曲线变化趋缓， 多数由陡浆型转变为缓变型，总端阻力占承载力份额增加。（5）后压浆群桩的桩土整体性能由于压浆效应而明显增强，侧阻发挥值降低，端阻发挥值 明显提高，群桩效应仍大于1；桩端刺入变形减小，沉降量降低明显，根据已建成的 高层建筑沉降观测表明，沉降比非压浆桩基减小30%以上。（6）后压浆群桩基础的设计应根据其性状的变化作适当调整，包括持力层的优选，桩身混 凝土设计等级的提高以适应由于单桩承载力的提高需满足桩身强度的要求，桩距的调 整，布桩优化，桩侧桩端土变形模量的调整等。8工程实例（1） 普利沿街公建（20层），框剪结构，3 万平方米，基础采用桩底后压浆灌注桩，桩径 800mm, 900mm两种，桩长14m左右，采用C35混凝土，桩端持力层为强风化石灰岩， 单桩极限承载力为7000KN及8000KN，总桩数156棵,承载力比非压浆灌注桩提高50%， 桩数减少40%左右。节省造价60万元。（2） 淄博东方之珠广场（两栋30层）剪力墙结构， 9。3万平方米，基础若采用普通灌注 桩，需要以强风化为桩端持力层，不但桩数量多，而且承台相碰形成桩筏，经济指标 较差。后改为桩侧桩底后压浆灌注桩，以12层粗砂层为持力层，桩长35m，比原来 减短10m左右，桩径为1000mm、800mm、700mm三种，采用C40混凝土，桩极限承载 力达13500KN、11000KN、8500KN,比同样桩径及持力层的普通灌注桩承载力提高60 70%，总桩数为 265 棵，比原来减少 50%，而且实现墙下布桩，承台大大减小，节省造价220万元。其桩大样见下图。艮运g8f 昌竽S二-3鬲毘為孝桩身详图-9.8 汕-11.C50 刖磺-11.600Z1(Z2,Z3)参考文献：【1】 刘金砺，祝经成等，泥浆护壁灌注桩后压浆成套技术，建筑科学研究报告，中国建筑科学研 究院，1998.1。【2】 刘金砺，竖向荷载下单桩和群桩的承载力，桩基工程手册，建筑工业出版社，1995。