(2)压浆管的布置:将2根压浆管对称绑在钢筋笼外侧。成孔后清孔、提钻、下钢筋笼,在钢筋笼吊装安放过程中要注意对压浆管的保护,钢筋笼不得扭曲,以免造成压浆管在丝扣连接处松动,喷头部分应加混凝土垫块保护,不得摩擦孔壁以免车胎破裂造成压浆孔的堵塞。按照规范要求灌注混凝土。
(3)压浆桩位的选择:根据以往工程实践,在碎石层中,水泥浆在工作压力作用下影响面积较大。为防止压浆时水泥浆液从临近薄弱地点冒出,压浆的桩应在混凝土灌注完成3~7d后,并且该桩周围至少8m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。
(4)压浆施工顺序:压浆时最好采用整个承台群桩一次性压浆,压浆先施工周圈桩位再施工中间桩;压浆时采用2根桩循环压浆,即先压第1根桩的A管,压浆量约占总量的70%(1.11~1.14t水泥),压完后再压另1根桩的A管,然后依次为第1根桩的B管和第2根桩的B管,这样就能保证同一根桩2根管压浆时间间隔30~60min以上,给水泥浆一个在碎石层中扩散的时间。压浆时应做好施工记录,记录的内容应包括施工时间、压浆开始及结束时间、压浆数量以及出现的异常情况和处理的措施等。
5、压浆施工中出现的问题和相应措施
(1)喷头打不开:压力达到10MPa以上仍然打不开压浆喷头,说明喷头部位已经损坏,不要强行增加压力,可在另一根管中补足压浆数量。
(2)出现冒浆:压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,可以停止压浆;若从本桩侧壁冒浆,压浆量也满足或接近了设计要求,可以停止压浆;若从本桩侧壁冒浆且压浆量较少,可将该压浆管用清水或用压力水冲洗干净,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压浆。
(3)单桩压浆量不足:压浆时最好采用整个承台群桩一次性压浆,压浆先施工周圈桩形成一个封闭圈,再施工中间,能保证中间桩位的压浆质量,若出现个别桩压浆量达不到设计要求,可视情况加大临近桩的压浆量作为补充。
6、结语
不同的工程地质条件有很大的差异,不可能有相同的压浆参数,预先设定的压浆参数往往参考相似工程的经验,压浆参数的最终确定要依赖于试验桩的结果,而全国可以借鉴的经验并不多,有待进一步的积累,再加上理论的探讨,最终形成一个成熟的技术。灌注桩后压浆具有提高单桩承载力,提高生产率,节约建设资金的优点,所以,在具备条件的工程中推广后压浆施工工艺有着重要的意义和广阔的前景。
钻孔灌注桩后压浆技术探讨王正平 李琦 秦剑(宁波宁大工程建设监理有限公司 宁波315211)
摘要:本文从钻孔灌注桩的成桩工艺、施工要点和钻孔灌注桩承载力计算的分析出发,主要研究桩底注浆法的基本理论、钻孔灌注桩桩底注浆对钻孔灌注桩承载力影响机理和合理的施工工艺,并根据初步建立的承载力计算模型对桩底压力注浆桩承载力的计算和分析。
关键词:灌注桩;压浆;工艺 1、前言
当地基的弱土层较厚(一般指4米以上),建筑物的荷载较大,采用浅埋基础不能满足强度和变形限制要求,做人工地基又没有条件或不经济时,常常采用桩基础。近年随着楼宇高度的不断增加及城市对噪音的严格控制,钻孔灌注桩越来越多地被采用,尤其在沿海发达地区,泥浆护壁钻孔桩便成为高层建筑基础形式的首选。钻孔灌注桩有其特有的承载力大、噪音低、对相邻楼宇影响小、施工安全性好等诸多优点,但质量控制直观性差,施工工艺较为复杂,水下混凝土施工要求严格,易出现孔底沉泥、夹渣、缩颈、露筋、离析、浮浆夹层等缺陷,施工中可采用压浆技术来改善桩的密实度,增加承载力。
2、钻孔灌注桩后压浆技术的国内外研究现状
1961年,在修建Maracaibo大桥桩基础中,首次应用了桩底和桩侧压浆技术。1975年,美国学者Gouvenot和Gabaix通过试验发现,粘土中的大直径灌注桩采用后压浆技术后极限荷载提高了3倍。而BruceD.A等人在80年代中期进一步指出后压浆工艺不仅能提高承载力,而且在深软土地区大量使用桩基的情况下,可以通过后压浆工艺提高桩的承载力进而缩短桩长而节省工程量以收到经济实用之效果。
国内学者在近几年结合工程原位测试发现,压力灌浆不仅能提高桩的端阻力,而且还能有效地改善桩土相互作用,并进一步指出其承载机理类似于扩底桩。另外一些学者在1998年发现浆液的胶结作用和浆脉劈裂土体现象,固结浆脉体象树根一样插入周围岩土介质中,促使桩侧摩阻力和桩底承载力大大提高。郭志业等通过几例钻孔灌注桩经桩底压浆和地基土水泥灌浆后发现桩侧摩阻力提高140%,单桩竖向承载力提高36-40%,沉降量减少20.80%,并且还发现,地层中颗粒越粗,承载力提高越大,沉降量减少越多。
3、后压浆技术(后灌浆)的基本理论
3.1、灌浆法的实质是用气压、液压或电化学原理,把某些能固化的浆液(如水泥浆等)注入各种介质的裂缝或孔隙,以改善地基的物理力学性质的一种技术方法。
3.2、灌浆法可应用于建筑基坑的止水帷幕,坑底的土体加固、防渗堵漏,地基的加固补强,对房屋桩基进行灌浆加固补强,其中包括预制桩、人工挖孔桩、钻孔灌注桩的桩身与桩端灌浆补强,特别是钻孔灌注桩的桩底注浆,它不仅解决了因桩底沉渣虚土造成沉降量过大的处理难题,而且可增加持力层强度,形成扩大头,从而提高桩的承载力。
3.3、灌浆工程中所用的浆液是由主剂(原材料)、溶剂(水)及各种外加剂混合而成,通常所说的灌浆材料是指浆液中所用的主剂。灌浆材料常分为粒状浆材和化学浆材两个系统,另可细分为不稳定粒状浆材、稳定粒状浆材、无机化学浆材和有机化学浆材等四类。
3.4、钻孔灌注桩孔底压浆量的控制
钻孔灌注桩孔底压浆量的多少直接影响桩的承载力。假设浆液按圆球形渗流扩展,钻孔灌注桩嵌入球体1d,根据土层的孔隙率和注浆量即可计算注浆有效直径,反之设定注浆有效直径即可计算注浆量。可建立以下平衡计算式:
浆液加固土体积+桩嵌入加固土体积=加固土球体积。 即:V/n+4лd3/3=4лD3/3 3.5、灌浆理论:
3.5.1、压密灌浆理论。通过钻孔向土层中注入浆液,随着土体的压密和浆液的挤入,将在压浆点周围形成灯泡
形空间,并因浆液的挤压作用而产生向上抬力,从而引起地面局部隆起。
3.5.2、渗入性灌浆理论。在灌浆压力的作用下,浆液克服各种阻力而渗入孔隙或裂隙,压力越大,吸浆量及浆液扩散半径就越大。
3.5.3、劈裂灌浆理论。在灌浆压力的作用下,浆液克服地层的初始应力和抗拉强度,引起岩石或土体的破坏和扰动,使地层中原有的孔隙或裂隙扩张,或形成新的孔隙或裂隙,从而使低透水性地层的可灌性和浆液扩散距离增大。这种灌浆法所需压力较大。
3.5.4、电动化学灌浆理论。当在粘性土中插入金属电极并通以直流电后,就在土中引起电渗、电泳和离子交换作用,促使在通电区域中的含水量显著降低,从而在土内形成灌浆通道。若在通电的同时向土中灌注硅酸盐浆液,就能在通道上形成硅胶,并与土粒胶结成具有一定力学强度的加固体。
3.6、钻孔灌注桩后压浆技术的作用机理 3.6.1、桩底压浆提高单桩承载力的机理分析 桩底压浆机理主要为力学机理和化学机理。
桩底注浆的力学机理:在桩端压注水泥浆液,浆液首先渗透到最疏松的桩端沉渣间隙中,与沉渣相结合,形成水泥凝结决,能消除孔底沉渣的不良影响。另外还提高了桩端的承压面积,提高了钻孔灌注桩的桩端承载力。当注浆压力升高,注浆量不断增加时,浆液会沿桩侧逆流,冲填间隙,使得钻孔灌注桩类似于嵌岩桩。
当浆液与桩端持力层土体充分接触后,化学机理将占主导地位,其加固机理如下:水泥主要是由
CaO,SiO2,A12O3,Fe2O3及SO2等组成。这些矿物与水发生水解和水化学反应,减少了被加固土中的含水量,增加了土颗粒间的胶结,同时生成氧化钙,水化硅酸钙,水化铝酸钙,水化铁酸钙等。
水泥与土颗粒拌和后,水化产生Ca(OH)2和CSH(水化硅酸钙)等水化物。溶液中的Ca2+含量增加,与土颗粒发生阳离子交换作用,等当量呈换出K+和Na+,形成水泥与较大土颗粒的团粒结构,并封闭了土颗粒间的空隙,形成坚固的联结。
3.6.2、桩侧压浆提高单桩承载力的机理
桩侧压浆可以破坏和消除泥皮,充填桩侧的间隙,提高桩侧与周围土体间的粘结力,从而提高桩侧摩阻力,提高单桩承载力。
3.7、桩底注浆法的工艺流程
①造孔→②高压水洗孔→③注浆管埋设→④压水试验→⑤制浆→⑥注浆→⑦达到设计预定注浆量和终压→⑧封孔→⑨钻孔检验。
4、桩端压力注浆桩承载力的计算
桩端压力注浆由于地质条件,成桩工艺的复杂多变性,导致桩端压力注浆桩承载力的计算带有很大程度的经验性,目前还没有比较成熟的计算理论。
4.1、单桩竖向承载力计算应考虑的因素
《建筑桩基技术规范》JGJ94-94第5.2.8条基于土的物理指标与承载力参数之间的经验关系,给出了计算单桩承载力标准值的公式:Quk=Qsk+Qpk=u∑qsik·Li+qpk·Ap
由上式可知,影响单桩竖向承载力的主要因素有材料性能(包括构成单桩承载力的桩身材料性能与桩侧、桩底土层的物理力学性能),桩的几何参数和计算模式的不定性3个方面:
4.1.1、土质与桩身材料性能的不定性
桩侧土质与桩底土质的变异性,勘察试验的误差,成桩过程中桩侧土的扰动和密实度的变化、孔底可能出现的沉渣、虚土等,构成了土质条件的不定性,这些都是制约单桩承载力变异性的主要因素。桩身材料性能的不定性,主要受桩身材质、混凝土浇注质量的制约,在非端承桩和桩身质量无显著缺陷的情况下,一般不对单桩承载力起控制作用,且变异性较小。
4.1.2、单桩几何参数的不定性
几何参数的不定性,主要是指成桩截面积和长度尺寸偏差、倾斜等引起的几何参数的变异性,导致单桩设计承载力与实际承载力的差异。几何参数的不定性,对于各种灌注桩的影响较预制桩严重。