结合实例探讨钻孔灌注桩桩底注浆施工技术
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摘 要: 近年来我国的城市建设迅猛发展，高层、超高层建筑是城市建设的主体，与此同时对桩基础承载力的要求更加严格，混凝土钻孔灌注桩的应用日益广泛，并以其独特的优点(低噪音、对周围环境影响较小、无挤土效应等特点)成为城市建设中地基处理的主要方式。笔者通过对结合实例的描述分析,介绍了钻孔灌注桩桩底注浆的施工,并分析和总结了注浆施工中应加以重视的一些事项。
关键词: 钻孔灌注桩 施工 注意事项
前言
在高层建筑中由于桩承载力高，所以目前大多都是采用钻孔灌注桩基础,但其最大的缺点是: 桩身泥皮影响桩侧摩阻力进一步发挥,桩底沉渣较难清理且影响桩端承载力;或不得不穿越厚实的饱和性土层而达到坚硬的岩石层来获得良好的持力层,这就很大程度上加大了钻进、清孔的难度。因而，如果采用桩端高压注浆技术可以较好地解决这个难题。
一、桩底注浆基本原理
钻孔灌注桩桩底注浆技术的定义是：在钻孔灌注桩成桩后,通过预留在桩身的注浆管,将纯水泥浆通过压力均匀地注入桩底土层,对桩底沉渣及桩底附近的桩周土层进行置换、劈裂、渗透、固结、挤密等作用。使桩端持力层在一定范围内形成浆液和土的结合体,增大受力面积,实际消除桩底沉渣对端承力的不良影响,恢复和提高持力层土体强度,从而使桩的端承力得到大幅度提高,并减少桩基的沉降量。
此外,桩底注浆时浆液在压力作用下从桩端沿桩侧向上流动,通过渗透、劈裂、充填和挤密的作用,对桩周泥皮置换和空隙充填或形成脉状结石体,从而大幅度提高桩与土之间的表面摩擦力。
二、工程概况
以某一座高层建筑楼座工程为例,地上十五层, 地下一层, 总建筑高度49m,建筑面积约为11300m2,该建筑为钢筋砼框剪结构,基础采用φ700和φ800的钻孔灌注桩,共120根,有效桩长28m左右,桩端持力层为⑨强风化岩层,进入强风化岩层3D。单桩竖向设计承载力分别为7000KN和8000KN。采用泥浆护壁,沉渣厚度应小于100mm,且采用高压注浆技术工艺,灌浆压力为3～5MPa,灌浆量为50kg～1400kg。
三、施工工艺
1、工艺流程
2、注浆装置
注浆装置一般多采用活塞式注浆泵或泥浆泵。地面部分包括高压注浆泵、浆液拌合机、滤网、贮浆桶、地面管路系统及观测仪表等;地下部分包括竖向导管、注浆管及桩底压力注浆装置等;其核心装置为高压注浆泵、注浆管及桩底注浆装置。
a. 注浆管及桩底注浆装置
为保证注浆管的刚度,防止浇灌桩身混凝土时注浆管受压变形,所以选用钢管。注浆管及桩底注浆装置由三部分组成:上部带丝扣的接头、中部直管及桩底注浆装置。注浆管必须保证对接平顺,密封良好,注浆管底端0.5m长做成射浆管,射浆管侧壁按梅花形设置出浆小孔,孔径为6-8mm,数量6～8个。射浆管外部包裹编织袋并用棕绳捆绑,并保证密封良好,使之起到单向阀的作用。射浆管下部连接长60～100mm的沉淀管,沉淀管下部封死并加工成扁平状以利于插入桩底持力层。
b.高压注浆泵
为防止钻孔桩被上抬的可能性,桩底注浆时要求泵的排浆量要小,压力要平稳,并足够高,我们选用泵的额定压力大于要求的最大注浆压力的1.5倍,即泵的额定压力>5MPa,排浆量为50～30L/min的SGB-1型注浆泵。
3、注浆施工及质量控制
a.下入钢筋笼及注浆管：钢筋笼下放完毕后,先进行一次清孔,然后开始下放注浆管,该做法优点是能确保下放至桩底最深处。
b.浇灌桩身混凝土：下放浇灌导管时要小心谨慎、轻吊轻放,确保注浆管不受损。浇灌水下混凝土时,钢筋笼有可能在混凝土冲击孔底时上浮,从而引起注浆管的上浮。因此,必须随时观察注浆管的上浮情况,发现上浮应立即处理,以免影响注浆效果。浇灌混凝土前须将注浆管上端口封闭,以免水泥砂浆等异物进入堵塞管路。
c.预压水实验：灌注桩水下混凝土强度达到一定程度后,必须及时对注浆管道实施预压水试验,以劈裂及清除射浆管单向阀周围混凝土保护层,防止封闭射浆管,确保以后注浆能顺利进行。根据混凝土强度增长情况,我们选择在灌注桩成桩后2 - 7d内对注浆管实施预压水试验。初始压力约2MPa左右,持续时间3min。后水压力以压通为准。
d.注浆：由于注浆时要施加较高的压力,所以必须要待桩身具有一定强度之后方可注浆,否则会造成桩身混凝土的破坏。根据我们的经验,选择当混凝土强度达到设计强度的80%时方可开始注浆。
注浆前,先向桩底注入压力水置换出沉渣和沉淤并清洗和疏通注浆管道,然后再用稀浆液置换出桩底及注浆管道中的沉水。注浆采用2根注浆管并联注浆,注浆管上部装压力表。浆液配合比视桩底持力层的情况而定,水灰比为0.8:1～0.6:1。通过渗透、挤密、填充及固结作用,以利形成桩底扩大头,提高桩端阻力。注浆量必须达到设计要求,设计注入量按下式计算:Q =AπR2Hβn
式中:Q - 每根桩浆液注入量;
A - 浆液损耗系数,取1.1-1.3;
R - 浆液有效扩散半径;
H - 加固段高度;
N - 孔隙率或裂隙率;
β- 浆液充填系数0.4～0.9。
注浆压力的控制:在注浆的不同阶段,注浆压力也不相同,注浆开始阶段由于要克服很大的阻力,所需压力较大,平稳注浆过程中,所需压力较小,注浆结束阶段,由于浆液已充满桩底持力层及附近土体,所需压力也较大。注浆初压力是由桩身长度和桩底持力层强度决定的。根据实践经验初压力一般为2MPa,中间平稳注浆阶段为0.5～1MPa,注浆结束阶段为2MPa。另外随着注浆压力的变化必须适当调节浆液浓度,一般先稀浆,最后浓浆。稀浆便于输送,渗透能力强,中等浓度浆起到填充、挤密作用,浓浆对已注入的浆液有脱水作用。注浆时必须密切观察压力表压力情况,当发现注浆压力突然下降,流量突然增大时,必须立即停止注浆,检查是否冒浆、跑浆。当发生冒浆、跑浆现象时,必须立即停止注浆。1.5- 2h后采用浓浆注入并降低注浆压力。
e.卸下浆接头,成桩桩底注浆结束后,卸下注浆接头采取机械封堵闭浆。
四、注浆注意事项
1、注浆管的端部必须焊接严密,出浆孔用图钉封闭包扎,确保无渗漏现象,注浆管必须确保进入持力层。
2、注浆顺序宜按先边缘后中间,并间隔跳开注浆,以确保不跑浆,使注浆均匀,浆液集中在桩端底周围,形成蘑菇云状扩大头。
3、注浆时应控制压力,先小后大,当发现冒浆、跑浆时,应采用减小压力,加大浆液浓度,间歇注浆等方法。
4、注浆宜在混凝土浇捣7d内立即进行,时间越长,注浆难度将增大。
5、浇捣桩混凝土2～7d必须进行清水预压,以打通注浆管道,这是保证注浆成功的重要措施。
6、控制好浆液浓度,宜先压稀浆后浓浆。水泥浆应搅拌均匀,在抽入高压泵之前必须进行过滤。压浆时先慢速压浆逐步达到设计要求,并尽可能保持压力稳定。
7、为了确保注浆量达到预定要求,可采用调整压力的方法达到这一目标。
8、注浆后的养护,一般需养护15d左右。
五、施工效果
1、经济效益：采用高压注浆技术后,每根桩可比预定方案(不采用高压注浆,穿透强风化花岗岩,进入中风化花岗岩1D)减少桩长7.85m,减少单桩造价约2742元,节约总投资约33万元,约占桩基造价5%左右。
2、高压注浆结束15d后,随机抽取3根桩由权威检测机构进行静载荷试验,试验结果3根桩最大试验荷载加至8000KN时,试验正常, 累积沉降量分别为11.24mm、15.36mm、13.66mm,均小于40mm。单桩竖向极限承载力均达到8000KN。从检测报告和静载试验结果表中可以看出,各桩承载力和沉降量均在规范与设计要求范围内。
六、结束语
1、桩底注浆可以减少钻孔灌注桩桩顶沉降量,对沉降敏感的上部结构可以考虑采用该工艺。
2、桩底注浆对钻孔灌注桩的端阻力和侧阻力可同步发挥作用,因此桩端阻力和桩侧阻力都会得以提高。
3、桩底注浆可以克服钻孔灌注桩在成桩工艺等原因造成沉渣泥皮等影响桩承载力的种种不利影响,是提高单桩承载力的有效方法,并在桩底和桩底以上一定范围内桩侧土受水泥浆的注入填充和劈裂等,增强了桩底土的刚度,提高了桩的承载力。
4、桩底注浆技术施工设备简单,施工方便,具有较大的经济效益;对于高层和大型建筑、沉降控制要求较高的建筑应用前景广阔。
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