关于PHC预应力混凝土灌装后注浆施工技术的探究

 

引言

PHC预应力混凝土管桩具有强度高，施工方便快捷，单桩承载力高等特点，是高层建筑物中常见的一种桩基础，对场地土层在桩长范围内为黄土粉状土、粉土、含砾粉土、粉土和粉质黏土地基承载力有显著提高，在人口居住密集地方，采用静力压入法降低噪声，减少噪声污染，但对于持力层处于卵石层的地区，管桩有效桩长较深或地下处于有孤石，过大的压力（加持力）容易造成管桩倾斜甚至断桩，沉桩挤土造成水平位移而断裂，这些因素都制约着管桩的使用。通过灌注桩后注浆施工工艺技术的启发，通过对地基承载力和地质勘查报告数据进行研究、分析，为提高PHC管桩承载力，减小有效桩长，达到地基承载力满足要求，采用PHC管桩后注浆技术，组织专家论证其可行性，通过现场大量试桩，检验其单桩承载力，PHC管桩带后注浆工艺有效的解决了有效桩过长，避免了有效桩在坚硬的砾石持力层，同时对环保节材，降低噪音，加快工期有显著提高。

在体现优点的同时由于缺乏应用实例的参考，没有相关规范作为依据，施工难度极大，只能参考专家的意见探讨具体的实施措施。

工程概况

本工程为首创国际学园二期二标段项目，位于山西晋中市榆次区，包括6#、7#、8#、9#、10#楼及地库和商业，基础采用桩承台，依据地勘报告地下室底板以下土层自上而下顺序为素填土、黄土状粉土、粉土、含砂粉土、含砾粉土、粉土、粗砾砂、粉质黏土，拟采用粉质黏土作为桩端持力层，极限端阻力标准值为1000KPa。现场采用500桩径（PHC 500 125 AB），承载力特征值采用2313KN，单桩极限承载力为4626KN，根据现场试桩结果，桩长45m极限承载力为4833KN，桩长43m极限承载力为4296KN，有效桩长45m才能达到设计要求，而且项目地层存在局部粗砂砾层，可能会导致管桩无法施工，桩端无法打到持力层的情况，通过静载试验和专家论证确定采用管桩后注浆来缩减有效桩长，避开粗砂砾层。

施工工艺

试桩→静载检测→注浆器加工→注浆器安装→ 注浆管的设置→桩孔定位→沉桩→ 注浆→ 养护→检测验收。

施工要点

4.1试桩对比

试桩的指导思想是以充分发挥管桩强度，以适当的有效桩长来使地基土的强度达到桩身强度即为桩的承载力。

根据设计要求和图集要求：

1、桩身强度设计值为：2700KN

2、单桩承载力特征值为2313KN

3、单桩承载力极限值为4626KN

试桩明细如下表1（均为PHC500-125AB桩）

4.2静载试验

由于后注浆工艺属于新的施工工艺，没有积累太多的经验，也没有形成可以采用的标准，为安全保险起见，暂定有效桩长为35米，采用注浆器注浆，注浆量为纯水泥用量（P.O52.5R）2t，单桩承载力极限值为Quk=4626kn，在实际工程中实施。

C区二期7#楼、8#楼均为地下二层，地上三十二层，地上高度100米，剪力墙结构，采用上述基础方案静载试验结果分别如下：

4.3注浆器的加工

注浆器采用12mm钢板进行焊接加工，焊缝采用双面满焊，沿焊接成型的注浆器周围设置竖向加强肋12mm*40mm*500mm，横向加强肋采用50mm*50mm*12mm钢板焊接，保证注浆器的强度和刚度，保证能承受压桩过程荷载不变形和破坏

图1  注浆器构造图

注浆器顶板开孔与注浆管进行焊接连接，注浆管与注浆管连接采用螺纹连接，注浆孔的设置沿注浆器周围均匀设置，不少于42个，在注浆孔下部焊接护孔耳板，防止压桩过程中侧壁土方压紧挤实后对注浆压力造成影响，注浆器内用石子进行填充，保证注浆器的抗压强度。

4.4注浆器安装

注浆器安装采用焊接工艺将注浆器和预应力混凝土管桩顶部端板进行焊接，焊缝饱满，焊脚尺寸不小于5mm，焊接前将注浆管穿过管桩内，注浆器端板与桩端法兰盘焊接成型。

4.5注浆管的设置

注浆导管采用直径25mm钢管，与注浆器的连接采用焊接，注浆管之间的连接采用螺纹连接，导管长度为注浆器顶板到桩顶距离减去50mm，注浆喷头具有止逆的功能，导管上部应采用麻丝进行封严，桩侧注浆管应采用低强度材料，如采用塑料胶带缠裹等。确保在注浆压力下顺利打开。

4.6桩孔定位

根据建设单位提供的场内三个以上的坐标点，结合现场实际平面布置，进行每栋楼控制点布置，每栋楼不少于二个控制点。控制点采用混凝土做好防护，后期使用过程中必须妥善保护。根据每栋楼控制坐标点，采用全站仪或者GPS对楼内的桩号进行放样，放出具体位置，使用钢钉系好红布条打入图中150mm，用以保证机械碾压后桩点位不错，便于寻找桩点位。

4.7沉桩

压桩前必须确认桩机的吊钩已脱离吊桩工具，桩头已准确对中桩位点，利用经纬仪于桩身正前方和90度角的两个方向来校对测量。确保桩身垂直度偏差控制在0.15%以内。桩帽、桩身和送桩的中线应重合。

管桩连接采用法兰焊接，接长时用钢丝刷清理桩端板处杂物，坡口处应刷至露出金属光泽，为方便焊接桩，其入土部分桩段的桩顶高出地面0.5-1.0m。焊接时宜在坡口周围对称点焊4点-6点，待上下桩节固定后拆除导向箍再分层对称施焊，焊接层数为3层，内层焊渣必须清理干净后方可施焊外一层，焊缝应饱满、连续、且根部必须焊透。焊好的桩接头自然冷却后方可继续沉桩，严谨用冷水缺或焊好即沉桩施工。

4.8注浆

注浆环节是预应力混凝土管桩后注浆技术的关键环节，包括注浆时间的控制、注浆量的控制、注浆压力的控制，这些环节的控制是后注浆工艺质量控制核心控制点，有一项不满足要求就可能导致桩端承载力不能达到要求的可能性，所以非常关键。

4.8.1浆液配比

注浆材料采用普通硅酸盐水泥强度等级采用PO52.5，受潮结块过期的水泥严禁使用，浆液的水灰比应根据土的饱和度、渗透性确定，对于饱和土水灰比宜为1：045-0.65，非饱和土宜为0.7-0.9，松散碎石宜为0.5-0.6 。

4.8.2浆液的配备

水泥浆采用机械搅拌的方式进行搅拌，浆液搅拌应均匀，不能有明显的团粒或水泥结块，先稀后稠，第一罐浆液，水灰比0.8，随后水灰比0.5~0.6，浆液必须经过两级搅拌两级过滤，第一级搅拌达10分钟以上。搅拌好的浆液通过滤网到达水泥池内，然后通过二次过滤到达浆液二次搅拌罐，过滤网眼不大于3mm，在小搅拌罐内应处于不间断搅拌状体，搅拌过程中泌水率不应超过3%，浆液有足够的流动性，适当可以加入缓凝剂进行控制水泥浆的初凝时间

4.8.3注浆管安装

安装注浆采用螺纹连接，注浆器与注浆管采用螺纹连接，将注浆管穿入管桩内，注浆器与管桩端部采用法兰焊接，桩芯穿上注浆管冒出第一节桩顶标高10cm，第二节也预先串好注浆管，吊起后连接桩口注浆管时采用三角架，然后进行人工桩口连接注浆管，注浆管连接必须采用密封措施，用生料带或者麻丝对对丝扣进行密封处理，保证在注浆过程中连接部位不用漏浆情况，防止漏浆导致注浆压力无法满足要求，注浆管连接后进行压桩。

4.8.4注浆

注浆前需要确认搅拌机、高压注浆泵、压力表等设备的工作状态，检查注浆器和注浆管路的情况，设置浆液的配置池，与高压注浆泵连接可靠，然后用石子（粒径40mm）灌填至管底以上500mm，再用石粉灌填至水位以上（大于500mm），然后用微膨胀细石混凝土灌填2000mm，24小时后即可注浆。

开始注浆时，启动高压注浆泵，先低档施压，正常以后才可换挡加压，正常情况下保持1.5~2.5mpa的常态压力，瞬间可达3mpa。注浆时当浆液太稠时，会有注浆泵堵塞现象，切不可轻易打开注浆泵活塞，严格采取安全措施。

4.8.5注浆效果

个别桩有向上返浆现象，出现返浆时，立即停止注浆，采用间歇注浆，即每15分钟进行瞬间加压，一个小时后重新持续注浆，直至达到终止注浆条件。

终止注浆条件为正常情况下以纯水泥用量2t为控制终止注浆标准。预定在纯水泥用量达1.2t以上，压力3mpa达5分钟以上亦可终止注浆。

4.8.6养护

养护时间不能小于15天，静载试验应在注浆完成15天后进行。

4.8.7桩基检测

预应力砼管桩检测主要包括三方面，管桩拼接时焊缝的探伤检测，同一工程探伤抽样检查不得少于3个接头。做低应变法试验，检测桩身完整性，一般桩基工程抽检数量不应小于总桩数的20%，且不得少于10根；设计等级为甲级，抽检数量不少于总桩数的30%，且不得少于20根，多桩承台每根柱下抽检不少于1根；现场静载试验，单桩静载荷试验在砼已条件下的试桩数量，不宜少于本子项总桩数的1%，且不少于三根。

05施工质量

地基是一栋建筑根基，地基出现问题将是主体结构就像是海面上的浮舟随时都有倾覆的危险性，所以对于地基基础的验收工作，从甲方、监理、政府部门都是一个重要的环节，层层把关，对于这种新工艺的使用必须要有足够的试验数量、严密的过程监控把关、数据化的过程记录和分析，完成后的沉降监控。

一系列的组织与实施才能确保施工质量的可靠性。

5.1技术标准

《建筑地基基础工程施工质量验收规范》GB50202-2002

《建筑基桩检测技术规范》JGJ106-2014

《建筑桩基技术规范》JGJ94-2008

《预应力混凝土管桩基础技术规程》DGJ32TJ190-2010

5.1.1注浆器加工质量要求

注浆器的加工强度和刚度是关键控制点，在试桩过程中也得对注浆器使用情况进行统计，注浆器强度和刚度不足造成注浆器破坏注浆就会失败。

加工注浆器必须保证注浆孔数量满足42个孔眼

注浆器的承压性能必须满足4.8MPa以上。

注浆器填充必须采用级配砂石，保证填充物对力的均匀支配。

5.1.2打入桩位允许偏差

PHC预应力混凝土灌装后注浆施工技术_10

注：H为施工现场地面标高与桩顶设计标高的距离。

5.1.3注浆施工技术参数

（1）正常情况下保持1.5~2.5mpa的常态压力，瞬间可达3mpa。

（2）个别桩有向上返浆现象，出现返浆时，立即停止注浆，采用间歇注浆，即每15分钟进行瞬间加压，一个小时后重新持续注浆，直至达到终止注浆条件。

（3）终止注浆条件为正常情况下以纯水泥用量2t为控制终止注浆标准。预定在纯水泥用量达1.2t以上，压力3mpa达5分钟以上亦可终止注浆。

5.1.4．沉降量

桩基的沉降直接影响到建筑的质量和安全，所以必须进行严格的监控，沉降数据极差直接影响到建筑物是否在均匀沉降，对数据的统计必须严谨客观。

根据缓变型Q-s曲线宜取40mm，单桩竖向抗压极限承载力统计值得确定应满足下列要求：

（1）参加统计的试桩结果，当满足其极差不超过平均值的30%时，取其平均值为单桩竖向抗压极限承载力。

（2）当极差超过平均值的30%时间，应分析极差过大的原因，结合工程具体情况综合确定，必要时可增加试桩数量。

（3）对桩数量为3根或三根以下的柱下承台，应取低值。

5.2管理措施

5.2.1建立健全质量管理体系，落实责任制

为确保质量达到标准，成立质量管理小组，建立以质量责任工程师为中心的领导小组，切落实质量责任制，树立人人心中有责任，人人想把质量抓的观念。

5.2.2联合检查验收制度

强化过程工序检查，每道工序必须在作业之前进行针对性技术交底，对操作人员灌输质量目标标准，每道工序在工长自检合格基础上，工长会同质检员、监理工程师等联合起来检查，确保检查不到位。

5.2.3奖罚制度

制定详细、切合实际的奖罚制度和细则，贯穿工程施工的全过程，通过奖优罚劣，促使施工人员在施工过程中进一步加强责任感，把工作做的更细、更精、更认真，避免不必要的错误和今后发生类似的错误。

5.2.4质量会诊制度

在项目部组织各管理人员每周进行定期现场检查，对现场施工进行质量会诊和总结，填写质量会诊表，包括产生的原因，针对原因进行分析，确认原因的解决措施，预控下周不再发生同样的问题，同时，项目管理人员都同一工序施工质量问题发生的频率情况进行统计，做出统计分析，进一步发现问题变化的趋势，以便更好的克服质量通病。

5.2.5落实集团公司管理“50效应”管理法则

5.3施工过程质量控制

5.3.1进场材料

所有进场管桩进行检查，管桩的规格、型号、壁厚、类型、厂家、生产日期、外观质量检查、质量证明文件等。

5.3.2技术交底

对关键部位或者施工技术难度大，施工复杂的工序，在施工前，项目技术人员编制详细的具有针对性的技术交底，报监理工程师进行审核，审核通过后，采用PPT演示，将每一步骤、系统客观明了的向每一个操作人员进行交底。对未交底的部位，不得进行正式施工实施。

06施工安全

6.1管理措施

6.1.1落实安全责任制：

建立健全安全生产责任制度，完善安全生产条件，确保安全生产。做好安全生产工作，预防伤亡事故和职业病害的发生，关系着企业每个员工的切身利益和千家万户的幸福安康，关系着安全企业生产全的顺利进行和经济效益的稳步增长，关系着社会的安定和人民的安居乐业，所以项目部必须认真落实安全生产责任制。才能实现安全生产，提高效益的最终目标。

6.1.2专职安全员每日安全检查：

项目部专职安全员每日进行现场巡视检查，针对现场作业人员的不正当操作行为给予及时纠正，针对施工现场出现不安全环境，比如桩孔外露、，及时进行要求落实整改到位，针对现场材料码放存在安全隐患进行整改。专职安全员必须做好每日现场安全检查工作，对作业人员进行常态化安全交底，使得每个作业人员进行安全作业生产，做到人人讲安全，安全在心中。

6.1.3专业主工长落实每日完工检查记录：

专业工长每日落实每日完工检查记录，对现场是否工完场清进行检查，及时向项目部反馈真实的现场信息。

6.1.4安全经理组织好班前安全动员：

安全经理组织对进场的作业人员进行教育与交底，每日班前组织安全动员大会并形成班前讲话记录，时时提醒注意安全，提高作业人员安全意识 。

6.1.5项目部管理人员积极响应管生产必须管安全：

施工现场管理人员，必须做到管生产，管安全，对不规范作业工人及时指正。

6.2现场施工注意安全事项

（1）静压桩机在吊桩过程中，作业人员必须远离吊桩作业有效选装半径。

（2）起吊作业范围内，划定危险区域，拉好警戒线。

（3）焊接时要制作专用挡风斗，对火花采取严密的处理措施，防止火灾、烫伤等不安全因素，下雨天不得进行露天施焊作业，防止触电事故。

（4）接桩时焊接用的各种气瓶应做

07结束语

PHC预应力混凝土管桩后注浆的应用实例非常有限，一直处于研究阶段，此文不存在任何研究性质的论述，只针对管桩后注浆技术施工过程中工艺要求，质量、安全要求，以及存在的优缺点和可以改进的地方进行论述。管桩后注浆技术的应用一定程度上可以替代CFG桩，整体性优势非常明显，而且对地基起到挤密桩的效果，一项新技术的应用是一个复杂的过程，桩基的承载力和沉降量是最有说服力的数据，所以质量标准还是可以参考桩基验收规范和技术规范，非常感谢甲方、监理的支持，感谢各位专家、领导的把关和参考意见。