灌注桩后压浆技术在重级吊车厂房中的应用

0  引    言
灌注桩后注浆(Cast-in-place pile post grouting-简写PPG)是灌注桩的辅助工法。该技术在国内最新由中国建筑科学研究院地基基础研究所开发并获注册国家发明专利，旨在通过桩底桩侧后注浆固化沉渣(虚土)和泥皮，并加固桩底和桩周一定范围的土体，以大幅提高桩的承载力，增强桩的质量稳定性，减小桩基沉降。2008年4月颁布的《建筑桩基技术规范》（JGJ94-2008）规定灌注桩后注浆适用于除沉管灌注桩外的各类钻、挖、冲孔灌注桩。
鞍钢西区增建3#板坯连铸机工程连铸主厂房采用泥浆护壁钻孔灌注桩基础，并采用中国建筑科学研究院地基所的专利技术——桩底后压浆工艺改善成桩质量，提高桩基承载力，减少桩基沉降。为了确定合理的压浆施工控制参数及压浆后桩基的承载力和变形性状，为桩基的优化设计提供科学的依据，根据地质勘查报告在拟建场进行了 9 根后压浆桩和非压浆桩破坏性静载试验。本文结合试验结果，对后压浆技术在该工程中的应用效果及压浆提高钻孔灌注桩承载力的作用机理进行了分析评估。
1工程地质概况
       勘察资料表明，本工程场地地貌为山前冲积平原，场地地势平坦。在勘探深度45m范围内，除人工填土外，主要为第四纪沉积层的粉质粘土、粘土等，在垂直方向上形成多次沉积韵律，按土层的物理力学性质及工程特性可划分为6个大层及亚层。各层的主要土性指标见表1。
根据设计要求，桩端持力层位置依不同的桩型分别选定在第5或6层粘性土层，其极限桩端阻力分别为850kPa、1000kPa。根据工程经验，后压浆效果随土颗粒的减小而减小，对于本工程，持力层为粘性土层，后压浆的工艺流程实施参数效果是本次试桩工程重点考察的内容之一。

土层编号	土层名称	平均厚度 （m）	含水量 （%）	天然密度 （g/cm3）	e （Kpa）	φ （°）	压缩模量 （Mpa）	侧模阻标准值（Kpa）	端阻力标准值 （Kpa）
1	填土	3.3	29.1	1.89	－	－	－	18	－
2	粉质粘土	2.0	29.1	1.89	0.853	－	4.5	48	－
3	粉土	0.2	24.4	1.94	0.731	－	7.5	50	－
4	淤泥质粘土	0.6	34	1.82	1.013	－	3.5	18	－
5	粘土	5.4	28.6	1.89	0.853	16.7	7	60	300
6	粘土	5.45	27.4	1.92	0.796	17.1	11	65	750
7	粘土	19.3	26.1	1.94	0.772	16.9	13	75	850
8	粘土		30	1.90	0.868	19	15	80	1000

 
表1 地质剖面及主要土性指标

 
2 试验方案
 
2.1 试桩设计
 为了更好通过工程实践了解和验证后灌浆技术的可靠性，结合以前西区桩检测积累的实验数据（因在同一处地质条件下，故原有桩检测数据可以作为实验对比数据）确定如下检测方案：1m径（35m桩长）注浆后检3根，1m径（33m桩长）参考1m径（35m桩长）检测成果进行推算，不需检测，注浆前数据采用前西区检测数据；0.8m径（29m桩长）注浆前检3根；0.8m径（29m桩长）注浆后检3根。
试验区位置确定在土性相对较差的区域，根据建筑荷载分布情况和设计要求，在不同的区域布置不同桩径和桩长的试桩。抗压桩实施桩端压浆，桩端压浆量为1500kg。
 
 
2.2 试验方法
静载试验采用配重法，试验装置包括加压部分和沉降观测部分。静荷载通过由安装在桩顶的千斤顶提供，由经室内校准率定的压力传感器控制荷载；
量测桩顶沉降的仪表为位移传感器，现场测试和室内测试数据的分析处理全部由RS-JYC 桩基静载荷
测试分析仪完成。
为了满足设计要求，试验采用快速维持荷载法。
每级荷载值为设计单桩竖向抗压承载力极限值的1/10，在每级荷载作用下维持一小时，并按0、5、10、15、30分钟测读桩顶沉降值，一小时后即施加下一级荷载，直至桩显现出破坏特征达到破坏状态或满足设计要求为止。有关试验程序及结果判定均严格按《建筑桩基技术规范》JGJ94—2008和《建筑基桩检测技术规范》JGJ106—2003中的要求进行。

 

3 试验结果及分析
3.1 试验结果
     在静载试验前对试验桩进行了桩身完整性检测，测试结果表明桩身完整性良好。通过对上述三种桩型的静载试验，得出相关检测数据，将这些数据分别进行整理、比较、分析。总结出各类型桩的承载力特征值汇总如表2所示。从表2中可以看出，各类型后压浆灌注桩承载力均满足设计要求。
3.2 试验结果分析
3.2.1 后压浆对抗压桩承载力性状影响分析
      表2对各类桩型承载力特征值进行了对比。从表2中可以看出桩型JZ-1、2、3非压浆桩承载力试验值与计算值（依据勘察报告提供的参数）相差不到10％，说明承载力计算值可以反映相应桩型普通灌注桩承载力的实际值，因此可以用非压浆计算值与压浆后承载力的实测值进行对比来说明承载力的提高幅度。从表2中可见，后压浆能大幅度提高桩基的抗压承载力。试验结果表明，只要合理确定压浆参数，严格控制施工过程，对于粘土层，后压浆提
 
高灌注桩抗压承载力的效果是很显著的。
3.2.2 后压浆对抗压桩变形性状影响分析
      图1为桩型JZ-1后压浆与非压浆共六根试验桩的荷载沉降Q～s曲线。其中ZA-4、ZB-3、ZB-4为非后压浆灌注桩，其余三根均为后压浆桩。从图1中可以看出，未压浆的ZA-4、ZB-3、ZB-4的Q～s曲线属明显的陡降型，具有摩擦桩的显著特征，说明桩底沉渣的存在严重影响了端承力的发挥。另外三根后压浆桩ZB-1、ZB-2、ZC-2的Q～s曲线基本属缓降型，平缓段明显变长，因而其极限承载力较非后压浆桩大幅提高。
综合考虑六根试桩的试验结果，桩型JZ-1后压浆试桩单桩极限承载力为3900kN，非后压浆试桩单桩极限承载力为2371kN，承载力提高幅度为64％。后压浆试桩的单桩极限承载力达到3900kN时其沉降仍比非后压浆试桩单桩极限承载力2371kN的桩顶变形小很多。后压浆桩达到极限荷载时，其桩顶沉降量为12mm，在相同的桩顶荷载作用下，非后

4 结 论
（1）本次在大吨位吊车厂房柱基础和工业设备基础设计中均采用灌注桩，并进行后压浆技术，经过试桩和设备运行检验表明该项目的桩基工程采用后压浆工艺是合理可行的，对于粘土层，工业设计中采用后压浆工艺，能显著地提高灌注桩承载力，应用的压浆参数是适当的；
（2）后压浆灌注桩荷载－变形曲线平缓段较非压浆桩明显变长，后压浆工艺能显著地减少桩基沉降量，从而提高承载力；
（3）后压浆能提高灌注桩的承载力并可减小沉降，从而可以减少桩径、桩长和桩数，既节省投资又可节省工期，本项目而言采用后压浆工艺具有巨大的经济效益，节省30％工程投资。
参考文献：
[1]. 刘金砺, 祝经成. 泥浆护壁灌注桩后压浆技术及其应用［J］.建筑科学, 1996, (2)．
[2]. 建筑桩基技术规范(JGJ94-2008)[S].北京:中国建筑工业出版社，2008.
[3]. 刘金波. 建筑桩基技术规范理解与应用[M].北京:中国建筑工业出版社，2008