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桩端后注浆施工技术在泥浆护壁钻孔灌注桩施工质量问论文
摘 要:本文结合工程实例,首先介绍了泥浆护壁钻孔灌注桩桩端后压浆的加固机理,并从多方面对桩端后压浆施工技术及施工过程中的问题处理措施进行了详细阐述;对钻孔灌注桩桩端后压浆试桩承载力试验检测与注浆效果进行了深入分析和总结。
关键词:泥浆护壁钻孔灌注桩;桩端后注浆;注浆量;单桩竖向承载力;静载荷试验
1工程概况
湖南某花园小区,包括9栋多层、多栋10～14层小高层、地下室1～2层及其它配套设施,工程总建筑面积约152226m2,基坑总面积达13700 m2。采用钻孔灌注桩,直径600mm长26m、750mm长28～32m桩端持力层选择。
但泥浆护壁钻孔灌注桩施工后经检测发现,其中φ750mm单桩竖向承载力低于设计值4700kN,且有部分沉降和变形。究其原因分析:1) 钻孔灌注桩由于施工时使用泥浆作冲洗介质,在灌注混凝土与二次清孔之间存在一定的时间间隔,存在孔底沉渣,影响了灌注桩的端承载力,2)在首灌混凝土时,由于导管长而细,落差大,首灌混凝土因离析在桩底处产生“虚尖”,使桩端混凝土强度低,也影响了单桩承载力,造成单桩承载力达不到设计要求,使建筑桩基的沉降量偏大。为了解决泥浆护壁钻孔灌注桩固有的工艺缺陷,消除上述桩端缺陷,提高钻孔桩单桩承载力,经反复研究且通过试验桩论证后,决定采用桩端后注浆技术对单桩承载力达不到设计要求的750mm桩进行加固处理,取得了良好的施工效果。
2桩端后压浆加固机理分析
桩端后注浆技术是在钻孔灌注桩成桩、桩身混凝土达到预定强度后,采用高压注浆泵通过预埋注浆管注入水泥浆液或水泥与其它材料的混合浆液,浆液渗透到疏松的桩端虚尖中,结合形成强度较高的混凝土;随着注浆量的增加,水泥浆液不断向由于受泥浆浸泡而松软的桩端持力层中渗透,在桩端形成“梨形体”,增加了桩端的承压面积,相当于对钻孔桩进行扩底。当“梨形体”不断增大时,渗透能力受到周围致密土层的限制,使压力不断升高,对桩端土层进行挤压、密实、充填、固集,将使桩底沉渣、桩端受到扰动的持力层得到有效的加固或压密,使桩土间界面的几何和力学条件得以改善,提高了桩端土体的承载力,从而大幅度提高了单桩承载力(详见图1)。
3桩端后压浆施工技术
施工流程:制作钢筋笼加工注浆导管→吊放钢筋笼、安装固定注浆管→浇注桩体混凝土→清水疏通注浆管
→停止注浆、转入下一根→注浆量和注浆压力达到设计要求→开启注浆管注浆→配制水泥浆。
3.1注浆参数的确定
3.1.1水灰比
水灰比一般不宜过大或过小,过大会造成注浆困难,过小会使水泥浆在压力作用下形成离析。根据设计要求注浆用水泥材料选用32.5级普通硅酸盐水泥,同时要求水泥新鲜、不结块。本工程采用纯水泥浆,水灰比控制在0.55～0.60,搅拌时间不少于2min。搅拌好的水泥浆液用孔径不大于3mm×3mm的滤网进行过滤。
3.1.2注浆量
注浆量是指单桩注浆的水泥用量,它与土层的孔隙率以及桩间距有关,取决于土层的孔隙率。桩底后注浆注浆量(水泥用量)的大小是由桩端、桩侧土类别与状态、桩径、桩长、承载力要求增幅等因素决定的,但注浆量的大小还没有成熟的公式可预先计算,而是根据上述诸因素估计、经试验确定(见表1)。经与设计沟通和现场试验确定本工程每根桩水泥用量为1500～2000kg。
3.1.3注浆压力
一般来说什么时候结束一根灌注桩的注浆,应该根据事先设定的注浆量来控制,但同时也要控制注浆的压力值。在达不到预先设定的注浆量,但达到一定的压力时就要停止注浆,注浆的压力过大,一方面造成水泥浆的离析,堵塞管道,另一方面,压力过大可能扰动土层,也有可能使得桩体上浮。本工程注浆压力控制在1.5MPa,一般情况下取1-1.2MPa,流速控制在30-40L/min以内,每根桩必须一次注浆完成。特别是两根注浆管注浆时间间隔不得超过12h。
3.2后注浆施工要点
3.2.1注浆管的制作
在制作钢筋笼的同时制作注浆管。注浆管采用33.5mm壁厚3.25mm钢管制作,接头采用丝扣连接,连接处螺纹必须用密胶和外止水带裹,并分别检查其通水性。注浆管在最下部20cm制作成注浆喷头(俗称花管),在该部分采用钻头均匀钻出4排(每排4个)、间距3cm、8mm的注浆孔作为注浆喷头;用图钉将压浆孔堵严,这样压浆喷头就形成了一个简易的单向装置:当注浆时压浆管中压力将车胎迸裂、图钉弹出,水泥浆通过注浆孔和图钉的孔隙压入土层中,而混凝土灌注时该装置又保证混凝土浆不会将压浆管堵塞。
3.2.2注浆管的设置安装
1)注浆管预埋时,应按照桩设计要求规定的长度进行注浆管断料(注浆管长度=孔深+200mm进入土体深度+露出地坪长度)。注浆管出浆孔孔径大于7mm,且要求出浆孔总面积不大于注浆管内孔的截面积,注浆管底部必须有可靠且有效的密封性及单向阀性能。
2)在施放钢筋笼时,利用2根33.5mm钢管用12#铁丝对称绑扎在钢筋笼主筋上,注浆管与主筋必须牢固可靠,并分别检查其通水性。管与管之间采用套丝连接并涂密封胶,外面螺纹处用止水胶带包裹,并牢固拧紧密封。注浆管每连接好一段,必须用10#～12#铁丝,每间隔2～3m与钢筋笼主筋牢固的绑扎在一起,严防注浆管折断(严禁电焊固定注浆管时造成渗水渗浆)。
3)针对抗压桩钢筋笼不施改到孔底,可利用2根与注浆管绑扎的原钢筋笼主筋延伸至孔底,并每隔2m设置一个12mm钢筋固定筋,以确保注浆管的稳定性及垂直度,最下面一节注浆管底部比钢筋笼主筋长50mm。
4)下钢筋笼必须缓慢下放,严禁强力冲击。在每节钢筋笼下放结束时,必须在注浆管内注入清水检查管路的密封性能。当注浆管内注满清水后,以保持水面稳定不下降为达到要求。如发现漏水应提起钢筋笼检查,在排除障碍物后才能下笼。
5)在桩身混凝土浇灌后12～24h内,必须用清水劈裂疏通注浆管,水量不宜大,贯通后即刻停止灌水。
6)对露在孔口出地面的注浆管,要加强工序间协调保护,防止施工机械和人为损坏。
3.2.3注浆桩位的选择
水泥浆在工作压力作用下影响面积较大。为防止注浆时水泥浆液从临近薄弱地点冒出,注浆的桩应在混凝土灌注完成3～7d后,并且该桩周围10m范围内没有钻机钻孔作业,该范围内的桩混凝土灌注完成也应在3d以上。
3.2.4注浆施工顺序
根据钻孔桩施工顺序跟踪施工,按照分期分批的原则,对桩身混凝土浇灌后7～10d的桩的桩号及完工日期进行统计列表,并报现场监理工程师批准后才能进行注浆施工。注浆时最好采用群桩一次性注浆,注浆先施工周圈桩位再施工中间桩。注浆时应做好施工记录,记录的内容应包括施工时间、注浆开始及结束时间、注浆数量以及出现的异常情况和处理的措施等。 3.2.5注浆设备选择
根据要求,结合本工程实际情况,注浆泵选用泵压不低于7MPa的SGB6-10型高压注浆泵。地面输浆软管采用耐压值不低于10MPa的双层丝纺织胶管。
3.2.6注浆控制
注浆时确保慢速、低压、低流量,以使水泥浆自然渗入土层,注浆终止采用双控标准,即当注浆量达到设计要求或者注浆量达到设计浆量的80%且泵压值达到2MPa时即停止注浆。
4注浆施工中可能出现的问题和应对措施
4.1注浆管堵塞
在桩底注浆时,如若发生压力达到10MPa以上仍然打不开注浆喷头等造成一根注浆管发生堵塞,可将全部的水泥浆量通过另一根畅通导管一次压入桩端,补足注浆数量。对桩端全部不通的桩,必须采取补注浆措施。
对注浆开始时即发生桩顶大量返浆的桩,应认真检查并停止注浆,分析是注浆管接头漏浆还是堵塞,并采取相应补救措施,确保其达到设计要求。
4.2出现冒浆
注浆时常会发生水泥浆沿着桩侧或在其他部位冒浆的现象,若水泥浆液是在其他桩或者地面上冒出,说明桩底已经饱和,可以停止注浆;若从本桩侧壁冒浆,注浆量也满足或接近了设计要求,可以停止注浆;若从本桩侧壁冒浆且注浆量较少,可将该注浆管用清水或压力水冲洗干净,等到第2天原来压入的水泥浆液终凝固化、堵塞冒浆的毛细孔道时再重新注浆。
4.3补注浆措施
对注浆管堵塞而无法继续压入浆液的桩,本工程在施工前制定了补注浆应急预案。补注浆工作应在注浆工作结束后统一进行,其具体做法为:用地质勘察钻机在桩周壁0.2～0.3m处钻进直径大于90mm的孔。钻孔深度比桩端深0.4～0.5m,在孔内下入带注浆器的注浆导管,并随同注浆管一并下入封孔注浆塑料管,通过封孔注浆塑料管(封孔水泥浆液的水灰比为0.5,并需掺早强剂),待封孔水泥浆液固期达到3d后,按正常后注浆工艺进行压入浆液,具体控制标准与正常后注浆相同。
5桩端后注浆试桩检测与效果分析
本工程750mm的钻孔灌注桩共950根应用了桩端后压浆技术,750mm单桩竖向承载力设计值为4700kN,经确定试桩竖向抗压极限承载力最大加荷值为8040kN。通过试桩检测提供的试验数据以及Q-S曲线、s-lgt曲线分析,24组试桩试验结果均符合设计要求。
试桩时,选取了10#楼试桩进行了对比静载试验,单桩静载仪器为RS-JYB。
1)加载分级:每级加载为预估单桩极限承载力的1/10～1/15,每次加载350Kn,首次加载为700kN。
2)沉降观测:每级加载后隔5min,10min,15min各测读一次桩顶沉降量,以后每隔15min测读一次桩顶沉降量,累计1h后每30min测读一次桩顶沉降量。
3)稳定标准:在每级荷载作用下,桩顶的沉降量在每小时内小于0.1mm,且连续出现两次。试验相关数据见表2和Q-S曲线对比见图2。
可以看出,桩端注浆的Q-S曲线呈缓变形,说明桩端注浆后桩的端承力可充分发挥,变形特性随之改善,桩的沉降量明显降低。试验结果表明,桩端后注浆抗压桩比普通抗压桩单桩竖向承载力明显提高,提高幅度约18%。
6结语
综上所述,通过本工程的桩端后注浆技术的应用,积累了一定的行之有效的工程经验。实践证明,泥浆护壁钻孔灌注桩采用桩端后注浆技术,可以解决泥浆护壁钻孔灌注桩固有的工艺缺陷,改善桩基质量,减少沉降,能大幅度提高单桩承载力,节约基础造价,具有较好的技术经济应用前景。
参考文献:
[1] JGJ106-2003.建筑基桩检测技术规范[S].
[2] GB50007-2002.建筑地基基础设计规范[S].
[3] 黄生根,龚维明.钻孔灌注桩后压浆的承载性能研究,岩土力学[J]2004,8.
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