工程建设与管理 ２０１２．８中国水利 复杂地质条件下 提高灌注桩承载力的技术措施 夏国春。翟高明。吴昊 （江苏省水利建设工程有限公司，２２５００２，扬州） 摘要：镇江市引航道水利枢纽工程经过对先期施工的３５根灌注桩进行检测，发现承载力达不到设计要求。经 研究，针对灌注桩在地下水水位高、地质条件复杂、成孔困难的实际情况，为了提高灌注桩的质量，采取了深基坑 梯级降水、换填黏土等措施，并采取桩内后注浆技术，提高了灌注桩承载力。对先期施工的３５根灌注桩采取桩底 压密注浆技术处理，使其达到了灌注桩承栽力的要求。 关键词：灌注桩；施工措施；后注浆；提高承载力 Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ ｆｏｒ ｅｎｈａｎｃｉｎｇ ｂｅａｒｉｎｇ ｃａｐａｃｉｔｙ ｏｆ ｐｏｕｒｉｎｇ ｐｉｌｅ ｕｎｄｅｒ ｃｏｍｐｌｅｘ ｇｅｏｌｏｇｉｃａｌ ｃｏｎｄｉｉｆｏｎｓ／／Ｘｉａ Ｇｕｏｃｈｕｎ，Ｚｈａｉ Ｇａｏｍｉｎｇ，Ｗｕ Ｈａｏ Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｔ ｗａｓ ｆｏｕｎｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｂｅａｔｉｎｇ ｃａｐａｃｉｔｙ ｏｆ ３５ ｐｏｕｔｉｎｇ ｐｉｌｅｓ ｉｎ ｔｈｅ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｏｆ Ａｐｐｒｏａｃｈ Ｃｈａｎｎｅｌ Ｗａｔｅｒ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｐｒｏｊｅｃｔ ｉｎ Ｚｈｅｎｊｉａｎｇ Ｃｉｔｙ ｃｏｕｌｄ ｎｏｔ ｍｅｅｔ ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔ．Ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｉｍｐｒｏｖｅ ｔｈｅ ｑｕａｌｉｔｙ ｏｆ ｐｏｕｔｉｎｇ ｐｉｌｅ，ｍｅａｓｕｒｅｓ ｏｆ ｃａｓｃａｄｅ ｗａｔｅｒ ｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎ ｉｎ ｄｅｅｐ ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ ｐｉｔ ａｎｄ ｃｈａｎｇｅ ａｎｄ ｆｉｌｌ ｃｌａｙ ａｒｅ ｅｍ— ｐｌｏｙｅｄ ａｎｄ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｏｆ ｐｏｓｔ－ｇｒｏｕｔｉｎｇ ｉｎ ｐｉｌｅｓ ｉｓ ｕｓｅｄ ｆｏｒ ｔｈｅ ｉｎｃｒｅａｓｅ ｏｆ ｂｅａｒｉｎｇ ｃａｐａｃｉｔｙ ｏｆ ｐｏｕｔｉｎｇ ｐｉｌｅ． Ｍｏｒｅｏｖｅｒ，ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｏｆ ｃｏｍｐａｃｔｅｄ ｇｒｏｕｔｉｎｇ ｕｎｄｅｒ ｐｉｌｅ ｉｓ ａｐｐｌｉｅｄ ｄｕｒｉｎｇ ｔｈｅ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｏｆ ３５ ｐｉｌｅｓ ＳＯ ｔｈａｔ ｔｈｅｙ ｃａｎ ｍｅｅｔ ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ｓｔｎｄａｒｄ．ａ Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｐｏｕｒｉｎｇ ｐｉｌｅ；ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｍｅａｓｕｒｅ；ｐｏｓｔ—ｇｒｏｕｔｉｎｇ；ｉｎｃｒｅａｓｅ ｏｆ ｂｅａｒｉｎｇ ｃａｐａｃｉｔｙ 中图分类号：ＴＶ５５３ 文献标识码：Ｂ 文章编号：１０００－１１２３（２０１２）０８－－００４７－０２ 一、工程概况 设计值９ １５０ｋＮ要求。经研究将桩径 调整为１３０ ａｍ．每根桩预埋３根注浆 足工期的要求。现场又增加了１台套 ＡＦ一２２０旋挖钻机钻孔进行施工，该 钻机施工速度快，平均一天成孔１－２ 镇江市引航道水利枢纽工程位 于镇江市北部内河与长江镇扬河段 管，并进行后注浆。在两根试验桩达 到强度后经自平衡仪检测，承载力平 均为１４０９７ ｋＮ，满足了设计要求。因 建筑物允许沉降量很小，最终确定桩 长调整为６３ ６６ ｍ．桩径为１３０ ｅｍ。桩 的根数和桩位同原设计，混凝土总方 量约２８ ０００ｍ ，在桩成型后７天内对 孔，大大地加快了工程进度。 六圩弯道之间的引航道上，其主要功 能是挡洪、排涝、蓄水、引排水（换 水）、控制内江水位与水质并满足小 型船只的通航要求。工程由水闸、节 制闸，双向流的泵、船闸、公路桥以及 二、灌注桩施工存在的问 题及难点 该工程濒临长江．闸室中心距长江 边仅５００ｍ，围堰上游距长江约３５０ ｍ． 下游约７５０ ｍ。围堰底部及工程地基 景观塔楼、堤防等组成。主体建筑物 采用钻孔灌柱桩基础．设计桩径１２０ ｃｍ，桩长５０ｍ，共３５６根。 桩基进行后注浆处理。前期施工的灌 注桩进行桩底压密注浆处理。 设计变更后，桩比原来的更深． 桩径更大．原先使用的１６台ＧＰＳ一１５ 型钻机不能满足施工要求．后调整为 ｌ８台ＧＰＳ－－２０型回旋钻机成孔。但 每根桩成孔还需４—５天。清孔需２～３ 土主要为砂性土，但砂土中夹有中粗 砂混碎（砾）石层，土体孔隙率大，地 质条件复杂。土的渗透系数较大，地 下水为承压水，承压水头比成桩平台 要高一些。成桩过程中有动水压力产 生，灌注桩成孔困难。施工中采用普 通的黏性土护壁，泥浆的比重必然加 该工程在灌注桩施工完３５根 后，选择了４根桩进行了两次大应变 检测、两次静载试验、一次自平衡仪 检测共５次载荷试验，测得其实际承 载力在５ ４２２～６ ５３１ ｋＮ之间，达不到 收稿日期：２０１２—０３—１２ 天，单桩完成需７天左右。远不能满 作者简介：夏国春，总经理。高级工程师。 ４７— 工程建设与管理 ＣＨＩＮＡ ＷＡＴＥＲ ＲＥＳＯＵＲＣＥＳ ２０１ ２．８ 大，否则钻孔极易扩孔、坍塌。泥浆比 重加大，造成泥皮比较厚，桩侧的摩 擦阻力降低；而且由于泥浆比重大． 含砂量大，清孔时间长，孔内沉渣很 难清至设计要求，沉渣较厚．桩端承 载力必然下降。为解决施工中的难 题，该工程采取了一些施工措施。 三、灌注桩的施工措施 １．深基坑梯级降水，降低地下 水水位 通过观测井观测。地下水水位 高，且随长江水位变化极为明显，土 体渗透力强，渗水量大，施工中采用 了三级降水：在闸塘基坑四周布置第 一级降水．在主基坑四周布置第二级 降水，在基坑最深的中墩位置布置第 三级降水。现场共布设深井近２００ 口，轻型井点４００多延米．有效地降 低了地下水水位．减小了孔内外水头 差，减少了塌孔现象的发生。 ２．换填黏土，填筑施工平台， 减小承压水头 上下游围堰虽然采用了高喷桩 防渗处理．基坑第一节降水也已形 成．地下水水位有了明显下降，但在 整个降水系统尚未完全建立前，地下 水水位、承压水水头都很高，不易成 孔。因此在河道清淤后，在河道内填 筑２ ｍ厚黄黏土（填筑后顶面高程约 为一０．５ ｍ），既为灌注桩的施工提供了 平台．又减小了承压水水头，为桩基 在高水位状况下顺利施工创造了条 件，加快了工程进度。 ３．采用特殊的护筒形式，减少 塌孔现象发生 因灌注桩位于砂土层中。地下水 水位高，在试桩过程中多次出现塌孔 现象．施工中采用以下两种特殊的护 筒形式．以减少塌孔现象发生： ①双层钢护筒。钻孔前在桩的位 置先埋设外层钢护筒。钻至８ｍ深时 停机，再安放内层钢护筒。内层护筒 顶部焊接吊环与桩机基座连接。以防 塌落下沉。 一４８ ②用压密注浆加固桩位孔口周 边土体，代替加长钢护筒。在桩的位 置设５个注浆孔．注浆直径１ ｍ，注浆 孔深８ ｍ。其中上部２ １１＇１不注浆，下部 ６ｍ范围注浆。注浆施工完成后７天 进行灌注桩成孔施工。 ４．采用膨润土减小泥皮厚度， 采用分离技术降低泥浆含砂率 由于场地上全是砂性土，造浆采 用膨润土，并适当加入ＣＭＣ稳定剂 及纯碱。膨润土形成泥皮薄而密．具 有较高的黏结力。钻进过程中经常测 定泥浆浓度，过浓影响钻进速度。过 稀不利于护壁、排渣。根据施工经验。 比重控制在１．１５～１．３０之间。泥浆采 用高压正循环施工方法。由于泥浆浓 度高，含砂量较高，成孔过程中采用 泥砂分离振动筛和泥砂分离离心泵 两种方法进行过滤。再经多个泥浆 池过滤沉淀后循环人造浆池使用． 大大地降低了沉渣厚度。 ５．控制钻机的速度 初钻时，以低挡慢速钻进，使护 筒刃脚处形成坚固的泥皮护壁；钻至 护筒刃脚下２～４ ｍ，速度控制在每小 时１．５ｍ左右．这样既能保护孔壁完 好。又有利于保持循环泥浆钻渣含量 基本稳定，使排渣顺畅、均匀。正常钻 进时．合理调整钻进速度但不随意提 动孔内钻具，并减小钻具的晃动。 ６．采用反循环清孔、泥砂分离 机或多个泥浆池过滤 因泥浆中砂土淤积速度快。沉渣 厚．在钻孔到达设计深度清孔时，将 钻头慢慢放到孔底先开动泥浆泵，进 行冲洗，２～３ ｍｉｎ以后，再开动钻机， 让钻头在原位旋转，进行循环换浆。 观察清出的泥浆比重及含砂量，逐步 注入较稀的泥浆。每台钻机配备一套 反循环机械辅助清孔．泥浆中的砂采 用泥砂分离机或多个泥浆池过滤，再 用挖掘机或泥浆泵清除。清孔时间控 制在３０～９０ ｍｉｎ之间。泥浆比重应在 １．１５～１．２５之间．砂率为小于６％，黏度 在１７～２０ ｓ之间。清孔结束后，稍停机 ５～１０ ｍｉｎ，用测绳进行沉渣厚度的测 定。若沉渣厚度符合规范要求。停止 清孑Ｌ；否则。进行二次清孔。 四、灌注桩桩端后注浆技术 １．注浆管制作 选用直径４８ ｍｉｌｌ、壁厚３．５ ｍｍ钢 管作注浆管。注浆头制作：先将注浆 钢管底端５～１０ ｃｍ范围加工成圆锥 形．钢管锥形以上４０ ｃｍ范围４个方 向各打上１排直径为８ ｍｍ小孔．间 距５ ｃｍ。然后在每个ｔＪ，ＴＬ上放上图钉 ｆ作简易逆止阀），再用绝缘胶布加硬包 装袋缠绕包裹。以防小孔被浇桩的混 凝土堵塞。在注浆范围上下各设钢环 保护，以防止包裹物在埋入时脱落。 ２．注浆管埋设 每根灌注桩设３根注浆管。注浆 管与主筋平行。沿钢筋笼箍筋内侧均 匀布设，并与钢筋笼加强筋焊接牢 固．注浆管之间采用丝扣连接．避免 焊接。连接处满足强度和密封要求， 以防泥浆侵入管内。人孔时随钢筋笼 徐徐放入孔内．入孔后及时在注浆管 内注水检查其密封性，全部入孔后立 即向管内注满清水．观测水位变化无 异常后，在其上口拧上堵头。注浆管 底端比配筋的钢筋笼长５００ ｍｍ，管顶 超出１ ０００ｍｍ。 ３．注浆泵的选择 注浆泵选用最大注浆压力２０ ＭＰａ 以上，排浆量为５０—３００ Ｌ／ｍｉｎ。性能稳 定、操作方便的高压注浆泵。注浆作 业于成桩３天后开始。 ４．压水试验 在桩端注浆前。通过压水试验来 探明并疏通注浆通道，确认桩底可灌 性。压水按２～３级压力顺次逐级进 行．开塞压力采用８～１０ＭＰａ压力打 开，压水量控制在０．６ ｍ 左右，并根据 具体情况随时调整。如压水能连续下 灌则表示已开通，即可停止，随即初 注。对混凝土浇筑过程中塌孔、扩孔、 充盈系数过大的灌注桩，必须提前进 行压水试验。 （下转第６４页） 水利财务与经济 （上接第４８页） 水灰比选用０．４５～０．６５，先用稀浆，随 面，注浆管尾节开孔正对桩中心．在注 ５．初注 在压水试验之后．将配制好的水 泥浆通过高压泵和注浆管注入桩端 土层中。初注时压力较小．浆液由稀 后渐浓，最后注浓浆。 浆管下放完毕后，在注浆管四周用黏 土封闭，在管内注满清水，管顶加上 堵头封闭，以防堵塞。 ７．终止注浆 注桩顺序先外围桩、后内部 桩，注浆时同一根灌注桩的注浆导 ２．注浆参数的选择 注浆管预埋完成７天后进行注 到稠。注意注浆压力、注浆量和压力 软管变化，并注意注浆节奏。同时，用 百分表监测桩的上抬量。注浆完毕或 较长时间停泵时，须对高压注浆泵、 浆液拌和机及地面管路系统等认真 清洗，以防水泥浆结块，堵塞管路和 管实施等量注浆。终止注浆以注浆 量为主控条件，注浆压力为辅控条 件。在施工过程中当注浆总量和注 浆压力均达到设计要求或注浆总量 已达到设计值的７５％时．且注浆压 力超过设计值满足条件之一时终止 注浆。 浆．注浆水泥用量为每孔２ ｔ，每根桩 ６ ｔ．水灰比控制在１：１～０．６：１，压力控 制在２～４ＭＰａ以内。 ３．注浆总体控制 同一底板下的桩注浆尽可能短 泵体。完成注浆后须立即将注浆管顶 端用堵头封闭．以免回浆而降低注浆 效果。 时间连续施工完成，由于高压注浆水 泥浆流向的相对不确定性，先进行周 边桩的注浆，后中间桩；先外围桩，后 五、先期施工的灌注桩桩 底压密注浆措施 １．注浆管制作、埋设 注浆管与后注浆法的注浆管制 作基本相同，不同之处在于注浆头只 在管径９Ｏ度角内开３排孔。呈梅花 ６．注浆参数的选择 注浆包括注浆量、注浆压力、注 浆浓度３个参数。设计注浆量每根 桩水泥用量为３ ｔ，注浆流量控制在 ７５ Ｌ，ｍｉｎ以下：注浆压力根据注水试 里面桩。注浆结束待孔中泥浆沉淀 ３０ ｍｉｎ后．在孔中灌人Ｃ２０细石混凝 土进行封孔。 参考文献： 『１１张忠苗，等．灌注桩后注浆技术及 工程应用『Ｍ１．北京：中国建筑工业出 版社．２００９． ■ 验数据和以往类似工程的施工经验确 形布置。注浆孔采用钻头直径２０ ｃｍ 小型钻机成孔，每根桩周围埋设３根 注浆孔，距桩中心ｌ～１．１ ｍ，互成１２０ 度夹角。孔深至一５４．５ ｍ，钻孔垂直度 保证小于１％。成孔后将注浆管放入 定．当注浆压力长时间低于正常值、地 面出现冒浆或周围桩孔串浆时，改为 间歇注浆，间歇时间为３０～６０ ｍｉｎ；注 浆浓度根据土的饱和度、渗透性确 定，由于地基土为砂性土，渗透性好， 『２１地基处理手册（第二版）编写委员 会．地基处理手册『Ｍ１．北京：中国建筑 工业出版社．２００４． 孔中，注浆头放人孔底，管顶露出地 责任编辑韦凤年 曩６４
