鉆孔灌注樁的后壓漿技術研究與應用(PPT)

1、鉆孔灌注樁的后壓漿技術同濟大學地下建筑與工程系同濟大學地下建筑與工程系2006.11 目 錄工作機理工作機理 沉渣和泥皮的固化效應沉渣和泥皮的固化效應 滲入膠結效應滲入膠結效應 劈裂加筋效應劈裂加筋效應 擴底擴徑效應擴底擴徑效應 溶巖空穴樁端支承的溶巖空穴樁端支承的加固（吊籃式結構）加固（吊籃式結構）樁端壓漿地面示意圖樁端壓漿地面示意圖 樁側壓漿示意圖樁側壓漿示意圖a a）裝置；）裝置；b b）孔內布置）孔內布置 4 4、壓漿修補樁的缺損部位：、壓漿修補樁的缺損部位：灌漿材料主要以環(huán)氧樹脂類灌漿材料主要以環(huán)氧樹脂類為主的化學灌漿為主的化學灌漿 壓漿管布設方法：壓漿管布設方法： 樁底壓漿管采用兩

2、根通長注漿管布置于鋼筋籠內，樁底壓漿管采用兩根通長注漿管布置于鋼筋籠內，用鐵絲綁扎，分別放于鋼筋籠兩側。注漿管一般超出鋼用鐵絲綁扎，分別放于鋼筋籠兩側。注漿管一般超出鋼筋籠筋籠300300400mm400mm，其超出部分鉆上花孔，予以密封。，其超出部分鉆上花孔，予以密封。 樁側壓漿管由鋼導管下放至設計標高，用彈性軟管樁側壓漿管由鋼導管下放至設計標高，用彈性軟管（PVCPVC）連接。在預定的灌漿斷面彈性軟管環(huán)置于鋼筋）連接。在預定的灌漿斷面彈性軟管環(huán)置于鋼筋籠外側捆綁，鋼管置于鋼筋籠內，兩者用三連接，在彈籠外側捆綁，鋼管置于鋼筋籠內，兩者用三連接，在彈性軟管沿環(huán)向外側均勻鉆一圈小孔，予以密封。性

3、軟管沿環(huán)向外側均勻鉆一圈小孔，予以密封。3. 樁端后注漿技術 3.1 工程調查 3.2 樁端后注漿示意圖與注漿流程 3.3 注漿材料的性能和選擇 3.4 施工參數(shù)與施工設備 3.5 樁端后注漿工藝技術 3.6 注漿效果檢測 3.7 事故處理 3.1 工程調查 工程調查主要解決以下三個問題： （1）地層是否據有可注性； （2）地層注漿時，需要何種漿液材料，采用多大 壓力，注多少漿液，一般通過試注來確定； （3）能預計進行注漿后，強度增加的效果。 3.1 工程調查 工程調查的主要內容工程調查的主要內容 (1)注漿區(qū)的地質構造及漿液可能流失的通道和空穴； (2)地質分層及需要注漿處理地層的土質或巖性

4、特征； (3)調查需要處理地層的強度或滲透程度； (4)調查構筑物的損害程度和注漿會對周圍構筑物的影響； (5)調查注漿過程中，廢漿排放對環(huán)境的影響、注漿后地下水位的變化 對鄰近居民飲水及灌溉的影響。3.2 樁端后注漿示意圖與注漿流程下 鋼 筋 籠記 錄 最 大 壓 力 和單 管 最 終 注 漿 量成樁依 次 同理 注 漿反 饋 修 改方 案設 計參 數(shù)注 漿鉆孔觀 測 注 漿 壓 力 和 注 漿 量初注 配 置注 漿 液上 抬 量注 漿 管 開 塞監(jiān) 測 樁 預 埋注 漿 管清 孔水 灰 比兩 管 連 通 否天 齡 期經 7 15澆 灌 砼3.3 注漿材料的性能和選擇 土質條件是決定漿材的關

5、鍵，其次是環(huán)境條件、注漿目的和要達到的預期效果等因素。 理想的注漿材料應該滿足以下一些要求： （1）漿液粘土低，流動性好，可注性好，能夠進入細水孔隙和粉細砂礫層； （2）漿液凝固時間能夠準確控制； （3）漿液的穩(wěn)定好3.3 注漿材料的性能和選擇 （4）漿液無毒、無臭、不污染環(huán)境； （5）漿液對注漿設備、管路損傷小，并且容易清洗； （6）漿液固化時收縮小，并能牢固與巖土粘結；（7）漿液結石率高，易于形成結合體； （8）結合體耐態(tài)化性能好； （9）注漿材料的粒度較細，易于擴散流動；3.3 注漿材料的性能和選擇 （10）漿液配置方便，操作容易掌握，原材料來源豐富，且價格便宜。 通常樁底注漿采用水灰比

6、0.40.6的純水泥漿，對滲透性好的地層可摻入膨脹劑或注水泥砂漿。3.4 施工參數(shù)與施工設備 施工參數(shù) 注漿量、注入率、注漿壓力和注漿速度 注漿壓力是注漿施工效果好壞的關鍵因素之一。注漿壓力的確定要考慮下列3個方面：最終注漿壓力要小于樁上抬的摩阻力，即注漿時不能使樁向上嚴重位移；最終注漿壓力要盡可能使樁端、樁身混凝土少破壞；最終注漿壓力要使注漿量達到設計要求，形成擴大頭，使樁端加固明顯。 施工設備 注漿泵，拌漿裝置，輸漿管，流量計 注漿泵一般采用電動式泥漿泵，一般要求最大壓力達10MPa以上，排漿量大(5m3h以上)；流量計，通常多為雙筆自動式電磁流量計 3.5 樁端后注漿工藝技術 注漿管設置

7、與制作 樁開始注漿時間 壓水試驗(開塞) 初注 注漿量 注漿壓力 漿液濃度（水灰比） 注漿節(jié)奏 注漿次序 注漿后的保養(yǎng)齡期 樁身強度設計 注漿管設置與制作 注漿管采用30mm50mm鋼管 用榔頭將鋼管底端砸成尖形開口 距底端30mm左右鉆若干小孔，并在小孔放圖釘（單向閥作用），再用絕緣膠布加膠帶包裹 鋼管可作為鋼筋籠的一根主筋，用絲扣連接或者外加短套管電焊 注漿管開塞 注漿時間宜在混凝土初凝（715天左右）后進行。過早，會破壞樁體本身；過晚，不容易打開注漿通道。 成樁后至灌漿前，應進行壓水試驗，以疏通注漿通道，即進行開塞，提高樁底可灌性。 壓水開塞一般用清水，按23級壓力逐級進行，壓水量一般控

8、制在0.6m3，開塞壓力一般小于8MPa。漿液濃度 稀漿（水灰比0.8：1），滲透力強，便于加固預定范圍周邊地帶 中等濃度漿液（水灰比0.6；1），加固預定范圍的核心部分，起充填、壓實、擠密作用 濃漿（水灰比0.4：1），對已注漿體起脫水作用，最后注入濃漿可摻加減水劑（木鈣）、固化膨脹劑（UEA）和早強劑（石膏） 一般是先稀后濃，即水灰比從0.6 0.4。高壓注漿 將水泥漿通過高壓泵（要求最大壓力達10MPa以上）壓入地下被注土層中。 初注壓力較小，漿液由稀到稠。 關注注漿壓力、注漿量和注漿皮管變化，并控制注漿節(jié)奏。 用百分表監(jiān)測樁的上抬量。注漿量 注漿量是主控因素。 應由樁端、樁側土層類別、

9、滲透性能、樁徑、樁長、承載力增幅要求、沉渣量、施工工藝等因素控制 可參照右表一般礫石層注漿水泥量經驗參數(shù)表(單位：kg）樁徑（mm）滲透性好持力層厚滲透性好持力層薄滲透性差持力層厚滲透性差持力層薄800200030001000150010001500800100010003000400015002500150025001000200012004000500025003500250035002000300015005000350035003000注漿壓力容許注漿壓力與地層密度、滲透性、初始應力、鉆孔深度和位置以及灌漿次序密切相關土層滲透性好，注漿壓力較低，一般在4MPa以下土層滲透性差，注漿壓力

10、較高，可達410MPa實測浙江大學港灣家園14M3注漿壓力、注漿量曲線 實測浙江大學港灣家園14S1注漿壓力、注漿量曲線 注漿節(jié)奏 為使有限漿液盡可能充填并滯留在樁底有效空間范圍內，應實行間歇注漿。 間歇時間長短可依據壓水試驗確定。 短樁，樁底注漿會出現(xiàn)上冒，應在冒漿后停止幾個小時，待樁周漿液凝固后再注。注漿終止條件 單管注漿量達到設計要求。 第一根管未達到注漿量設計要求，第二根達到。 兩根均未達到，但注漿壓力達10MPa，且穩(wěn)定5分鐘以上。 樁體發(fā)生上抬。注漿次序 在設計樁端后注漿時，應當考慮以什么樣的次序進行注漿。 同一承臺樁，盡可能同時注漿。 對整個群樁基礎注漿，先中間再周圍，一般可注性

11、好，漿液易注入；先周圍再中間，注漿效果較好。 一般原則是從外圍進行注漿，逐步到內部的樁，以獲得良好的注漿效果。 注漿后齡期保養(yǎng) 一般要保養(yǎng)20天以上。樁身強度設計 樁端阻力和側阻力因注漿而顯著提高，因此設計中應相應提高樁身強度，并按建筑樁基技術規(guī)范驗算，避免樁身強度先于土阻力破壞而使注漿失效。后注漿樁的混凝土強度等級一般應較普通樁提高13個等級，常用C30C40。 3.6 注漿效果檢測 由于樁端后注漿屬于地下隱蔽工程，對其進行完整的注漿效果檢測難度較大。 除了在注漿過程中嚴格遵守注漿規(guī)程外，對其注漿效果檢測一般是對注漿樁抽樣進行靜載荷試驗，并與未注漿樁進行對比。對深度不大的樁，也可以采取鉆芯取

12、樣的方法。3.7 事故處理常見事故及處理措施 注漿中斷 注漿達不到結束標準 注漿管路堵塞 環(huán)境污染 漿液流失 樁體上抬和地面隆起注漿中斷 應盡量避免被迫中斷注漿。注漿中斷后應立即查明原因，采取有效措施排除故障，盡快恢復注漿?；謴妥{時宜從稀漿開始。若進漿量與中斷前接近，則可盡快恢復到中斷前的稠度，否則應逐級增加漿液濃度。若進漿量減少較多，注漿壓力上升幅度較大，短時間內即結束注漿，說明被注介質內的裂隙被堵塞，應重新掃孔和沖洗后再行注漿；若仍無改善，則應考慮間歇一段時間后在附近鉆孔補注。注漿達不到結束標準 降低注漿壓力，限制漿液流量，以便減小漿液在裂隙中的流動速度，使?jié){液中的顆粒盡快沉積。 采用水

13、灰比比較大的漿液，即提高漿液的濃度。 加入速凝劑，如水玻璃等，控制漿液的凝膠時間。 采用間歇注漿的方式，促使?jié){液在靜止狀態(tài)下沉積，根據地質條件和注漿目的決定材料用量和間歇時間的長短。若有地下水的流動，宜反復間歇注漿。 若為填充注漿，可在漿液中加入砂等粗粒料，采用專門的注漿設備。 注漿管路堵塞 設計方面的原因如漿液配比不準，速凝劑比例不當，此時應在注漿前進行室內和現(xiàn)場注漿試驗，取得準確的設計參數(shù)。 施工方面的原因，如施工工藝問題：攪拌站與注漿點的距離過大，輸漿管彎道太多，漿液流動受阻；操作問題：如速凝劑計量不準，使得漿液凝膠時間縮短，在未達到注漿要求的距離時，漿液初凝而堵塞管路；漿液攪拌時外加劑

14、加入順序不符合要求也可縮短漿液凝膠時間，設備問題如注漿設備老化，閥門、管路老化等影響漿液的流動。環(huán)境污染 在注漿工程的施工過程終，應盡量避免對認和周圍環(huán)境的污染，環(huán)境污染包括三個方面：噪音污染，振動污染，毒物污染。 在注漿施工前，應了解注漿設計的使用是否對周圍環(huán)境有噪音和振動的影響以及工程所在地的環(huán)境保護標準，避免對相當范圍內的生活環(huán)境和人們的身心健康產生影響。 當采用化學注漿時，應充分了解化學漿材的毒性及工程所在地的水文地質條件。調查水源的位置、深度及使用狀況；了解河流、湖泊、海域等水域及飲用水的貯水池、養(yǎng)魚池等設施的位置、深度、形狀及使用狀況。對擬使用的漿液種類、性質、有毒程度進行認真評價

15、，防止其對人體健康的損害和對地下水的污染。 漿液流失 采用速凝漿液，即在水泥漿液中加入速凝劑； 采用水泥水玻璃雙漿液； 控制水灰比，增加水泥用量。樁體上抬和地面隆起 在進行樁端后注漿的時候，如果成樁時間短，注漿壓力過大，就有可能造成樁體上抬。如果樁本身比較短，還有可能造成地面隆起。當注漿過程中發(fā)現(xiàn)樁體有明顯上抬現(xiàn)象或地面有隆起時，應立即降低注漿壓力，再繼續(xù)灌注一段時間停止，然后查明導致樁體上抬和地面隆起的原因，采取有效措施。因此，在進行樁端后注漿時，應對地面和樁頂進行隆起觀測。 4. 樁端后注漿應用研究 與經濟效益分析 4.1 樁端后注漿應用效果研究 4.2 注漿樁破壞方式 4.3 工程實例分

16、析 4.4 普通灌注樁，擠擴支盤樁和樁端后注漿 灌注樁應用效果對比 4.5 樁端后注漿經濟效益分析 4.1 樁端后注漿應用效果研究 不同持力層注漿效果實測分析 鳳起路B7 海寧海昌大廈 杭州某高樓 持力層為礫石層進行后注漿效果最為明顯，可提高單樁承載力3080，持力層為粉土的樁注漿后承載力可提高20%左右。對持力層為基巖的樁，只要樁底沉渣能保證清理干凈且基巖性狀好，則沒有必要實行樁底注漿。但對樁底沉渣不能保證及泥皮原因有特殊要求的樁，建議也可實行樁底注漿?；鶐r中注漿量一般小于1噸水泥。粘土層作為樁基持力層的樁進行注漿承載力可提高約15%左右。鳳起路B7 高層持力層為礫石層 樁長42.83m，樁

17、徑800mm，入礫石層1.5m， 注漿后比注漿前承載力提高50%左右,且沉降減少明顯 S4樁注漿前后Qs曲線 05101520250200040006000800010000荷載 Q /kN沉降 s/m m注漿前St注漿前Sb注漿后St注漿后Sb海寧海昌大廈持力層為粉土層 試樁S1和S2長58.33m ，樁徑800mm承載力可提高20%左右，樁端沉降量減少較大注漿前后Qs曲線 051015202530354002000400060008000荷載 Q /kN沉降 s/mmS1未注漿StS1未注漿SbS2注漿StS2注漿Sb杭州某大樓持力層為基巖樁長45.5m，樁徑均為800mm，C30砼,樁入

18、中等風化安山玢巖為1.06m。 基巖中注漿量一般小于1噸水泥。注漿前后Qs曲線 05101520250200040006000800010000荷載 Q /kN沉降 s/mmS1未注漿SbS2注漿StS2注漿SbS1未注漿St4.2 持力層為礫石層注漿樁破壞方式 對于以基巖作持力層的樁，破壞性試驗時，一般為樁身壓縮。當對于以粘土、粉土、礫石層為持力層的樁，破壞性試驗時多發(fā)生刺入性破壞。對持力層為礫石層的樁端后注漿樁進行破壞性試驗，其破壞方式不同于無注漿樁，將發(fā)生樁身壓碎破壞。 因此對于支撐于清渣干凈的基巖、注漿的砂礫石層且承受高水平荷載的樁，其承載力設計要進行樁身強度的驗算。因為此時持力層較好

19、，一般樁端沉降和樁頂沉降較小，在變形控制范圍內，此時的破壞形式主要是樁身壓碎破壞，而不是發(fā)生樁端刺入破壞。持力層為礫石層注漿樁破壞方式浙大港灣家園，位于浙江大學紫金港校區(qū)，屬典型的沖積平原。設計采用600鉆孔灌注樁，以72層圓礫作為樁端持力層，樁端進入持力層1.5D。采用樁端后注漿技術。對6S1和8S1試樁進行了破壞性試驗。其Q-S曲線如圖所示。在最后極限荷載作用下，兩根樁樁頂均產生了較大的沉降，6-S1為74.79mm，8-S1為92.66mm，而兩樁的樁端沉降僅只有2.92mm和3.10mm，判斷樁身壓碎破壞。浙大港灣家園注漿樁破壞性試驗Q-S曲線4.3 工程實例分析 蕭山開元名都大酒店，

20、杭州富陽三方綜合樓，海寧海昌大廈，杭州大劇院、杭州市市民中心（在建），杭州朝暉現(xiàn)代城，臺州黃巖新世紀大廈，臺州體育中心，臺州新臺州大廈、溫州會展中心，溫州東都大廈，溫州金鼎大廈，溫州南亞城市花園，溫州瑞安外灘大廈，寧波嘉和中心等幾十個工程 。 杭州蕭山開元名都大酒店 杭州第二長途通信樞紐大樓杭州蕭山開元名都大酒店（1）杭州蕭山開元名都大酒店 （2）主樓主樓44層，有裙樓2層，地下室1層，高218m，框剪結構。設計采用1000鉆孔灌注樁，設計要求單樁豎向承載力特征值為5800kN。原持力層設計為中風化基巖，樁長約70m。 由于進入中風化持力層要穿過1214m厚的卵石層以及近10m厚的全風化凝灰?guī)r

21、層，施工難度比較大，施工質量及工期不易保證。我們建議將持力層改為8-3卵石層，樁長約45m，樁徑不變，但進行樁端后注漿。試驗采用錨樁反力架裝置，共進行3組試錨樁試驗，其中S1、S2、S4試錨樁均注漿，S3未注漿。每根注漿量為3.5噸水泥，水灰比0.5。通過注漿，三根試樁在隨后加載13200kN時。樁頂沉降均小于20mm，樁端沉降最大僅為3.6mm。三根試樁的極限承載力至少可取13200kN，比地質報告提供的卵礫石層作持力層得極限承載力提高約1倍?，F(xiàn)該工程已竣工并投入使用。工后沉降觀測表明，整個基礎沉降約為16mm，且比較均勻。在樁徑及布樁位置不變的情況下，該工程根鉆孔樁每根樁節(jié)省米，整個工程基

22、礎節(jié)省投資約700萬元，工期縮短3個月。開元名都大酒店地基土主要物理力學性質指標參數(shù)表（3）編號土層名稱層厚含水量比重eEsIpcqsuqpumMPakPakPa1雜填土0.51.22粉質粘土0.01.731.12.710.8865.4311.632.021.5163-1淤泥質粉質粘土0.02.039.32.721.1023.7114.215.014.8153-2砂質粉土0.04.034.32.700.9267.179.27.826.9224-1砂質粉土2.05.232.02.700.82811.509.04.830.4264-2砂質粉土8.511.326.12.700.71511.914.0

23、31.5555淤泥質粉質粘土14.019.342.42.731.1793.3714.116.214.7186粉砂1.08.429.82.700.9296.719.67.328.5507粉質粘土0.05.732.42.720.9883.9710.819.320.2288-1圓礫0.03.52.661008-2淤泥質粉質土0.03.433.62.721.0013.9711.422.316.6228-3卵石11.914.427.02.65130350010-1全風化凝灰?guī)r5.18.316.52.690.46910.725.033.550150010-2強風化凝灰?guī)r2.310.228.52.730.8

24、567.5316.154.018.01303500杭州蕭山開元名都大酒店（4）開元名都S1試樁Q-S曲線 開元名都S2試樁Q-S曲線開元名都S4試樁Q-S曲線杭州第二長途通信樞紐大樓 （1）杭州第二長途通信樞紐大樓（2） 總高度209m，設計采用1500mm鉆孔樁群樁基礎，樁長為4042m，樁端持力層為砂礫石層，入礫石層8m(本處礫石層較松散)，設計單樁豎向極限承載力為16MN。 樁底未注漿的S2試樁到第9級荷載14.283MN時，樁頂本次沉降為4.60mm，累計沉降為34.87mm；但在第10級荷載15.525MN時，樁頂本次沉降量23.06mm，達到了5倍。這表明樁端礫石層本身被逐漸擠開并

25、產生滑移，最后在該級荷載下樁頂累計沉降57.93mm，樁端累計沉降達到38.54mm。 相鄰相同尺寸的S1試樁在注漿25d后載荷試驗的結果為：加載到第11級荷載18.63MN時，樁頂累計沉降量13.57mm，樁端累計沉降量只有4.36mm。該樁的豎向極限承載力至少可取18.63MN，比S2樁提高了30。該S1樁的極限側阻力可取10.867MN，比S2試樁例阻7.762MN提高了40，而樁端阻力也至少比S2試樁提高了19。 該建筑竣工沉降量約為mm杭州第二長途通信樞紐大樓（3）4.4普通灌注樁，擠擴支盤樁和樁端后注漿灌注樁應用效果對比 （1） 杭州某花園城本對普通灌注樁、擠擴支盤灌注樁和樁底后注

26、漿灌注樁分別進行了單樁豎向靜荷載試驗。各類型樁的技術指標見表。擠擴支盤樁S2和S3主樁徑800mm，設置三個承力盤，承力盤直徑1.6m，分別設置在7-3粉質粘土層，8-1粘土層和8-2粉質粘土層。注漿樁S1采用樁底后注漿技術，在成樁15天后高壓灌注水泥漿液。試樁技術指標編號樁型樁徑(mm)樁長(m)持力層砼標號支盤位置(地面標高下/m)S1注漿樁800469-3圓礫C30S2三支盤80048.79-3圓礫C4025.03，31.03，40.83S3三支盤80048.559-3圓礫C4024.85，30.85，40.30S4普通樁80048.79-3圓礫C30普通灌注樁，擠擴支盤樁和樁端后注漿灌

27、注樁應用效果對比 （2）圖7.17 試樁QSt曲線圖7.18 試樁 QSb曲線注漿樁S1與擠擴支盤樁S3的QSt曲線均為緩變型，對比普通樁，單樁承載力均有提高。從S3的試驗結果看，采用擠擴支盤樁并沒有解決砂礫層灌注樁施工中的三個問題：一是施工使砂礫石層擾動，降低端阻；二是清孔時易于將其中的小顆粒清除，使得持力層孔隙比增大，壓縮性增加；三是采用泥漿護壁，使側阻降低。在加載前期，支盤樁效果并不明顯。這主要是因為該設計中的支盤位置比較靠下，因此在深厚軟土地區(qū)，由于上部沒有合適土層供設置支盤，支盤位置比較靠下，其承載性能及發(fā)揮時間與在非軟土中不同，適用效果還需要進一步探討。加載后期，注漿樁與支盤樁出現(xiàn)

28、了不同的發(fā)展趨勢，注漿樁QSt曲線更加平緩，承載力更高。 4.4 普通灌注樁，擠擴支盤樁和樁端后注漿灌注樁應用效果對比（3）相同荷載水平下，注漿樁的樁身壓縮量小于支盤樁，支盤樁小于普通樁。注漿樁在相同荷載水平下樁身壓縮量最小，更有利于樁承載性能的發(fā)揮。 綜述在有合適的土層和一定層厚條件下，軟土地基中可以使用支盤樁，其極限承載力較普通樁有較大幅度提高，但其沉降受樁端沉渣及持力層等因素影響。從單樁承載性能來看，在軟土地基中注漿樁效果最好，支盤樁次之。樁身壓縮量曲線4.5 樁端后注漿經濟效益分析 通過對杭州開元名都大酒店，海寧海昌大廈，桐廬望江高層公寓，富陽三方綜合樓，杭州市市民中心，建德新安江大廈，臺州黃巖新世紀大廈，溫州會展中心，溫州金鼎大廈，溫州南亞城市花園，溫州瑞安外灘大廈，寧波嘉和中心等三十多個工程的成功應用節(jié)省投資約萬元，同時保證了工程安全5 樁端后注漿技術規(guī)程 定義與適用范圍 設計依據及引用標準 樁底后注漿設計施工要點 對注漿效果的檢驗和樁基驗收 對注漿管堵塞事故的處理 鉆孔樁后注漿配筋構造圖 樁底注漿記錄表定義與適用范圍 樁底后注漿定義 是指鉆孔灌注樁在成樁后，通過預埋的注漿通道用注