灌注樁樁端注漿加固樁基施工方法

姜利華

摘要:近年來(lái)高層和超高層建筑物大量興建,大直徑灌注樁也因其具有承載力高、無(wú)擠土、無(wú)振動(dòng)、適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn),深受結(jié)構(gòu)工程師的青睞,并在樁基工程中得到廣泛應(yīng)用。本文介紹大直徑灌注樁樁端注漿處理樁基質(zhì)量事故的方法,探討樁端注漿提高單樁承載力的機(jī)理,為類似工程提供借鑒。

關(guān)鍵詞:灌注樁;加固注漿;承載力

1 前言

大直徑灌注樁的質(zhì)量事故時(shí)常發(fā)生,嚴(yán)重影響了大直徑灌注樁的承載力。近幾年發(fā)展起來(lái)的樁端注漿處理樁基質(zhì)量事故方法不僅可以提高大直徑灌注樁承載力,而且當(dāng)設(shè)計(jì)合理、施工得當(dāng)時(shí)能確保其質(zhì)量穩(wěn)定可靠。

2 實(shí)現(xiàn)合理的樁端注漿條件

2.1 合理的注漿設(shè)計(jì)是實(shí)現(xiàn)注漿目的的前提

為使樁端注漿施工合理、有效,有必要對(duì)注漿目標(biāo)的土巖特性、地下水條件、地下埋設(shè)物分布狀況和周圍環(huán)境進(jìn)行詳細(xì)調(diào)查和分析,并在分析相關(guān)資料基礎(chǔ)上進(jìn)行樁端注漿設(shè)計(jì)。樁端注漿設(shè)計(jì)主要包括漿液配比,漿液濃度、注漿率、注漿量和注漿壓力等參數(shù)確定。

2.2 合理的注漿工藝是實(shí)現(xiàn)注漿目的保證

2.2.1 注漿管埋設(shè)

樁端注漿處理大直徑灌注樁需在樁中心造一注漿孔直至樁端持力層一定深度,然后埋入注漿管至孔底,并封閉孔口一定范圍注漿管與孔之間空隙。

2.2.2 壓水試驗(yàn)

壓水試驗(yàn)不僅起到疏通注漿通道的作用,而且注漿設(shè)計(jì)的有關(guān)參數(shù)也應(yīng)根據(jù)壓水試驗(yàn)結(jié)果做相應(yīng)調(diào)整。

2.3 合理控制注漿參數(shù)有利于提高樁端注漿效果

在樁端注漿過(guò)程中,注漿壓力、漿液濃度、注入率和注漿量是變化的。合理的確定和控制其變化對(duì)提高樁端注漿效果十分重要。

樁端注漿壓力隨注漿進(jìn)展呈現(xiàn)出由低到高的變化規(guī)律。若注漿過(guò)程中壓力突然急劇下降,表明發(fā)生冒漿或漏漿現(xiàn)象,應(yīng)在漿液中加入相應(yīng)的添加劑和采取間歇灌漿措施以確保樁端注漿效果。

在樁端注漿中,漿液濃度經(jīng)歷了由稀漿向濃漿變化的過(guò)程。稀漿滲透性強(qiáng)可擴(kuò)大樁端注漿加固范圍,濃漿有利于提高樁端注漿加固區(qū)強(qiáng)度。

3 樁端注漿提高單樁承載力機(jī)理

3.1 改善持力層條件、提高樁的端承力

大直徑灌注樁成孔中,對(duì)樁周土擾動(dòng)降低了樁端土體強(qiáng)度,水的水泡軟化作用又進(jìn)一步加劇其強(qiáng)度降低。樁端注漿通過(guò)滲透、劈裂和擠密作用使樁端持力層在一定范圍內(nèi)形成漿液和土的結(jié)石體,從而改善持力層的物理力學(xué)性能,恢復(fù)和提高了持力層土體強(qiáng)度。

樁底沉碴的存在因其強(qiáng)度低嚴(yán)重影響端承力的發(fā)揮。樁端注漿通過(guò)漿液對(duì)沉碴的置換、擠密和固結(jié)作用改善或消除樁底沉碴對(duì)端承力發(fā)揮的不良影響。試驗(yàn)證實(shí),樁端注漿使樁的端承力得到大幅度提高。

3.2 大幅提高樁側(cè)摩阻力

大直徑?jīng)_鉆孔灌注樁樁周泥皮和人工挖孔樁護(hù)壁與樁周土體間空隙降低了樁側(cè)摩阻力。樁端注漿在壓力作用下,漿液從樁端沿樁側(cè)向上,通過(guò)滲透、劈裂、充填、擠密和膠結(jié)作用,對(duì)樁周泥皮置換和空隙充填,在樁周形成脈狀結(jié)石體,如同樹(shù)根植入土中,從而使樁側(cè)摩阻力大幅度提高。

3.3 改善持力層受力狀態(tài)和荷載傳遞性能

樁端注漿通過(guò)滲透、劈裂、擠密和膠結(jié)作用形成樁端擴(kuò)大頭增大了樁端受力面積,并且注漿對(duì)持力層加固又改善其受力狀態(tài)。

試驗(yàn)結(jié)果表明,樁端注漿后,樁側(cè)摩阻力的提高先于樁端承力的提高。當(dāng)樁端鄰近土層的樁--土相對(duì)位移SZ≤SO(4～10mm)時(shí),隨荷載增加SZ增大,樁側(cè)摩阻力提高增大,此時(shí)樁側(cè)摩阻力提高(ΔQS)對(duì)單樁承載力提高起主導(dǎo)作用,而樁的端承力潛能尚未被充分發(fā)揮。當(dāng)SZ>SO時(shí),樁側(cè)摩阻力下降,而樁的端承力提高(ΔQP)迅速增加,此后樁的端承力提高對(duì)單樁承載力提高起主導(dǎo)作用。

4 工程實(shí)例

4.1 實(shí)例:

某鐵路公寓,主體為10層框架結(jié)構(gòu)高層建筑,設(shè)人防地下室一層。樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)為123根ф600～800mm鉆孔灌注嵌巖樁,樁長(zhǎng)37.9～47m,該工程位于舊錢塘江大堤上,西側(cè)靠近貼沙河。工程地質(zhì)勘察揭示,其巖石層面埋深起伏較大,場(chǎng)地土層分布為:

①層雜填土,成份多樣,結(jié)構(gòu)松散,不均勻,層厚4.4～5.1m。

②層粘質(zhì)粉土,力學(xué)性質(zhì)一般,層薄,可作輕型建筑的淺基礎(chǔ)持力層,層厚1.0～2.9m。

③層粘質(zhì)粉土,呈稍密狀,力學(xué)性能較好,可作為多層建筑物的樁基礎(chǔ)持力層,層厚為8.1～8.3m。

④層粉質(zhì)粘土,粘土性質(zhì)一般,厚度較小,不宜作為擬建建筑物的持力層,層厚2.7～3.9m。

⑤層粘土,粘土力學(xué)性質(zhì)較好,厚度較大,分布穩(wěn)定,層厚3.7～8.5m。

⑥層粉質(zhì)粘土混礫石,力學(xué)性質(zhì)好,但分布不穩(wěn)定,層厚小,大部分場(chǎng)地缺失。

⑦層全風(fēng)化凝灰?guī)r,力學(xué)性質(zhì)好,但分布不穩(wěn)定,層厚小,大部分場(chǎng)地缺失。

⑧層中風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖,力學(xué)性質(zhì)好,但層頂起伏較大,未擊穿。

由于該場(chǎng)地巖石層面埋深起伏較大,施工方未加強(qiáng)控制,未以進(jìn)入持力層深度為控制標(biāo)高,樁基施工至后期, 中風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖埋深從29.8米左右陡降至42米左右,施工單位誤把全風(fēng)化凝灰?guī)r碴樣當(dāng)作中風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖碴樣,造成多數(shù)工程樁都落在強(qiáng)風(fēng)化巖層全風(fēng)化凝灰?guī)r上。樁基檢測(cè)結(jié)果,單樁承載力達(dá)不到設(shè)計(jì)要求。該工程共對(duì)37根樁進(jìn)行樁端注漿加固處理。

4.2 工程樁承載力偏低的原因

對(duì)工程樁靜載、動(dòng)測(cè)和取芯檢測(cè)結(jié)果分析,造成以上實(shí)例工程樁單樁承載力偏低達(dá)不到設(shè)計(jì)要求的主要原因有以下幾個(gè)方面:

4.2.1 樁底持力層力學(xué)性能不良、強(qiáng)度低。

4.2.2 挖孔樁施工對(duì)樁周土體擾動(dòng)產(chǎn)生應(yīng)力釋放降低了樁端和樁側(cè)土體強(qiáng)度,地下水對(duì)樁周土體的水泡軟化作用又進(jìn)一步加劇其強(qiáng)度降低。

4.2.3 挖孔樁護(hù)壁與樁周土體之間空隙影響樁側(cè)摩阻力充分發(fā)揮。

4.2.4 施工中現(xiàn)場(chǎng)管理和技術(shù)水平低造成樁底沉碴和樁身離析對(duì)單樁承載力影響。

4.2.5 施工中現(xiàn)場(chǎng)管理和技術(shù)水平低造成樁底沉碴和樁身離析對(duì)單樁承載力影響。

4.2.6 樁沒(méi)到達(dá)設(shè)計(jì)要求的持力層。

4.3 樁端注漿工藝流程

①造孔→②高壓水洗孔→③注漿管埋設(shè)→④壓水試驗(yàn)→⑤制漿→⑥注漿→⑦達(dá)到予定注漿量和終壓→⑧封孔→⑨鉆孔檢驗(yàn)。若檢驗(yàn)合格,結(jié)束該樁補(bǔ)強(qiáng)加固。若不合格,重復(fù)①→⑨步驟直至合格為止。

4.4 注漿順序

首先對(duì)靠近河流一側(cè)和建筑物邊樁進(jìn)行注漿以達(dá)到封閉漿液外流。然后進(jìn)行中間樁注漿,并加大其注漿量,以達(dá)到在控制注漿總量基礎(chǔ)上最大限度提高注漿效果。

5 加固效益分析

5.1 靜載荷試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比

注漿前2根樁單樁豎向極限承載力僅為設(shè)計(jì)要求40%和60%,且樁頂沉降都超過(guò)90mm,其破壞模式均為陡降型,提示樁身砼材料破壞或樁端持力層極差。鉆孔取芯結(jié)果證實(shí),樁身砼除局部離析外,其強(qiáng)度基本滿足設(shè)計(jì)要求,故樁端持力層差是導(dǎo)致該工程單樁豎向極限承載力達(dá)不到設(shè)計(jì)要求的根本原因。注漿后,由業(yè)主隨機(jī)指定2根樁進(jìn)行單樁豎向抗壓靜載試驗(yàn)。曲線分析得知,挖孔樁經(jīng)樁端注漿處理,當(dāng)加荷至設(shè)計(jì)要求最大值時(shí),樁頂沉降量很小,均未達(dá)到極限承載力狀態(tài),表明樁端注漿對(duì)人工挖孔樁加固效果明顯,滿足設(shè)計(jì)要求。鉆孔取芯結(jié)果證實(shí),注漿對(duì)樁身局部離析,樁底沉碴和樁端持力層的角礫土層加固效果十分明顯。

5.2 沉降觀測(cè)結(jié)果及分析

從某鐵路公寓沉降觀測(cè)資料分析,裙樓觀測(cè)點(diǎn)的沉降于08.5.27后趨于穩(wěn)定,主樓觀測(cè)點(diǎn)的沉降于08.9.27后趨于穩(wěn)定,主樓觀測(cè)點(diǎn)最大沉降量?jī)H為18.6mm,其最終沉降量和沉降差均控制在規(guī)范允許范圍內(nèi)。該實(shí)例沉降觀測(cè)結(jié)果表明,樁端注漿對(duì)樁基加固處理效果十分理想,建筑物處于穩(wěn)定和安全狀態(tài)。

6 結(jié)論

6.1 樁端注漿對(duì)該實(shí)例樁基加固處理為建設(shè)單位節(jié)約近三百萬(wàn)元資金并爭(zhēng)取2個(gè)月以上建設(shè)工期,創(chuàng)造了良好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。實(shí)踐證明,樁端注漿在樁基加固處理、提高樁基綜合承載力和減少沉降量方面不失為一種經(jīng)濟(jì)合理,技術(shù)先進(jìn)的方法。

6.2 施工中合理確定和控制注漿參數(shù)對(duì)樁端注漿提高單樁承載力效果十分重要,而這又完全有賴于現(xiàn)場(chǎng)工程師和工人的經(jīng)驗(yàn)。

6.3 樁端注漿明顯改善了樁端持力層和樁周條件,提高了樁的端承力和樁側(cè)摩阻力,改善樁荷載傳遞性能,使樁的綜合承載力得到大幅度提高。

6.4 樁端注漿對(duì)樁側(cè)摩阻力提高先于端承力提高發(fā)揮。當(dāng)SZ≤SO時(shí),樁側(cè)摩阻力提高對(duì)單樁承載力提高起主導(dǎo)作用,當(dāng)SZ>SO時(shí),樁的端承力提高對(duì)單樁承載力提高起主導(dǎo)作用。

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