后注浆钻孔灌注桩工作机理研究.docx

后注浆钻孔灌注桩工作机理研究【摘要】后注浆钻孔灌注桩技术是改善泥浆护壁钻孔灌注桩桩底沉渣、桩侧泥皮固有缺陷的一项重要技术具有提高承载力、减少桩数、缩短桩长等优点。该技术在建设建筑中得到广泛应用中已产生显著的经济效益和社会效益。本文着重对后注浆钻孔灌注桩的工作机理进行系统分析。【关键词】后注浆钻孔灌注桩工作机理在道路桥梁、建筑等工程领域中为满足钻孔灌注桩承载力的设计要求通过传统扩大桩径、增加桩长使桩端进入基岩技术给施工造成了很大的困难。应用后注浆钻孔灌注桩技术可显著提高桩基单桩承载能力、减少桩数、减少群桩的总体沉降、降低施工难度、节约造价取得了良好的经济效益因此对该项技术工作机理的研究有非常重要意义[1]。1后注浆钻孔灌注桩技术的优势（1）后注浆钻孔灌注桩技术构造简单、施工方便、成本较低、可靠性高、承载力增大[2]。可固化桩沉渣、泥皮大幅度提高桩的承载力减少沉降量其承载变形性状改善可简化上部结构设计。（2）经济效益显著采用后注浆钻孔灌注桩技术与普通灌注桩相比可以减少桩径缩短桩长还可避免穿透较难穿越的地质土层大大降低了施工难度加快了施工速度特别对于大直径超长桩效果更为明显。（3）适用范围广后注浆钻孔灌注桩技术几乎可以适用于各种地质土层及强、中风化岩层。开始多用于泥浆护壁钻孔、冲孔、挖孔灌注桩近几年已经逐渐在各种干作业灌注桩工程中使用效果明显。2后注浆钻孔灌注桩工作机理后注浆钻孔灌注桩技术主要通过对桩底、桩侧在混凝土凝固后进行注浆通过浆液压力渗透作用对桩底和桩周一定范围内的土体进行加固使桩基础的实际承载能力大幅提高。后注浆钻孔灌注桩技术主要分为桩侧后注浆技术和桩端后注浆技术。桩侧后注浆技术是在桩体达到一定强度后通过预埋的注浆管在桩侧进行注浆使浆液进入持力层的泥皮及土体。桩端后注浆是指在钻孔灌注桩成桩达到一定的强度后通过预埋的注浆通道把水泥浆压入桩底。灌注桩后注浆是预先在桩孔内下桩身的钢筋笼时设置数根管钢管注浆管底预留压力注浆孔需临时封闭以防灌注时注浆孔被堵塞。混凝土完成初凝后将临时封堵预埋管开塞后水泥浆液注入桩周浆液在填充桩周缝隙的同时并在桩周的沉渣与疏松土体中渗透混合、胶结、压密这些土体；随着注浆量和注浆的压力的持续增长扩大土体的压密范围桩底的扩大头也在逐渐形成增大承压面积从而改变这些土体内部的应力状态和固结状态；在注浆的最后阶段渗透性较好的砂土层注浆量与注浆压力表现为持续而同步的增长浆液扩散范围会进一步扩大渗透性较差土层的注浆压力则会突然增大而注浆量的增长却较小此时浆液主要是缓慢渗入劈裂后的土体缝隙[3]。这时浆液主要是以渗透与压密土层。因此在注浆的整个过程中随着注浆量和注浆压力的持续增长桩周的土体依据其不同的特性其渗透性在发生变化这个过程中水泥浆液与桩周土体发生了填充―挤密―渗透―劈裂等一系列的物理过程在施工过程中注浆泵的压力值表现为下降和上升的波动而不是一个稳步持续增长的过程当然总的趋势还是随着注浆压力的增长注浆量液随之增加浆液在土体内的渗透范围也随之扩大[4]。灌注桩后注浆在注浆之初主要表现为力学机理对桩体土体产生挤密作用。随着注浆时间的推移浆液和土体充分接触后化学机理起主导作用浆液中的化学物质参与反应增强持力层的强度。注浆作用在土体内产生渗为填充胶结作用、化学胶凝作用、离子交换作用、加筋效应和固化反应等。对于粉土、细砂等孔隙率较小的土中注装时其渗透性小主要通过高压注浆的劈裂作用使高压液浆沿着持力层的裂隙水泥浆液填充了土体的孔隙后自身凝固凝固后的胶体在土体内形成网状的水泥结石体和加筋体具有一定的刚性能够约束土体的几何变形大幅提高持力层扰动面及持力层的变形模量和强度。对于碎石土等孔隙率较大的岩土体浆液主要以渗透注浆作用为主对土体起到填充、胶结及加筋作用。水泥浆凝结后在砂粒间产生胶结作用将一定范围内的砂粒和土粒在胶结成一个整体从而提高了土体的强度、加强了土体的整体性；在凝固过程中水泥浆液中的化学物质与砂土中的化学物质进行离子交换以上的化学作用不是孤立存在的往往是几种情况在同时发生而共同作用的结果其原理为：当水泥浆液与砂土层充分接触后与水发生了水解和水化反应生成具有较高强度的水稳性物质如水化硅酸钙、水化铝酸钙、水化铁酸钙等增加了土体颗粒之间的粘结力；同时其溶液中的Ca2+离子与土颗粒产生的阳离子进行了交换形成了水泥与砂砾团粒结构封闭了砂层中的空隙出现更为坚固的联结形成了类似于硅化物的物质[5]。灌注桩后注浆桩侧后注浆对桩周软弱泥皮起到胶结、挤密和加筋作用加固了桩周的软弱泥皮消除了桩周土的薄弱层有效地改善桩土界面的力学特性和桩侧摩阻力。通过在桩周土体中的充