鉆孔灌注樁樁底壓漿施工技術(shù)及應(yīng)用分析

一、前言

鉆孔灌注樁具有單樁承載力高、對(duì)不同地質(zhì)條件適應(yīng)能力強(qiáng)、無擠土效應(yīng)等優(yōu)點(diǎn),已被廣泛地應(yīng)用于房建、橋梁等基礎(chǔ)工程中。但其最大的缺點(diǎn)是:施工工序多, 工藝復(fù)雜,施工中孔底沉渣很難清理干凈、泥漿護(hù)壁降低樁側(cè)土摩阻力影響到其承載力的發(fā)揮。

采用鉆孔灌注樁樁底壓漿技術(shù)可以較好地克服這些不足,其做法是: 在鋼筋籠上預(yù)埋由地面直通樁底的注漿管, 在樁身混凝土澆灌完成后的一定時(shí)間內(nèi)實(shí)施樁底壓漿, 使樁底的沉渣和樁周的泥皮產(chǎn)生固結(jié), 從而增強(qiáng)端承力和側(cè)摩阻力, 顯著提高單樁承載力。

筆者在此談?wù)勩@孔灌注樁樁底壓漿技術(shù)在不同地基土持力層中的應(yīng)用情況, 以期通過實(shí)例對(duì)鉆孔灌注樁樁底壓漿施工工藝進(jìn)行分析。

二、樁底壓漿目的

鉆孔灌注樁是一種水下施工作業(yè)樁, 施工工藝復(fù)雜, 隱蔽性強(qiáng), 持力層巖土體本身存在軟弱夾層及裂縫等影響強(qiáng)度的缺陷; 并且在樁基施工時(shí), 由于孔洞深, 施工難度大, 故可能存在縮徑, 樁底周邊與基巖相脫離等現(xiàn)象, 尤其是在樁徑較大的鉆孔灌注樁施工中, 這些現(xiàn)象尤較為普遍。這些問題都是影響單樁承載力的不利因素, 而通過樁底壓力注漿卻能夠有效提高單樁承載力, 對(duì)減少承載后的沉降量具有一定的效果。

三、實(shí)例

實(shí)例一

某一座高層住宅,樓高90m, 地下室二層, 樁基采用800mm 嵌巖型鉆孔灌注樁: 最深樁長50m, 共199 根。樁身采用C30 混凝土, 設(shè)計(jì)要求樁端嵌巖于中風(fēng)化巖層或微風(fēng)化巖層, 嵌巖深度: 700～1500mm, 樁底采用壓力注漿技術(shù)。單樁極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值為8000kN, 承載力設(shè)計(jì)值為5400kN, 設(shè)計(jì)要求孔底沉渣厚度小于50mm。

1、工程地質(zhì)土層分布

從上到下依次為: ( 1) 雜填土: 層厚2.1～5.9m; ( 2) 粘土:層厚0.16～2.6m; ( 3) 淤泥: 厚度4.6～10.7m; ( 4) 粘土: 層厚2.10～7.8m; ( 5) 淤泥質(zhì)粘土: 層厚3.19～15.8m; ( 6) 粉質(zhì)粘土: 層厚0.16～12.9m; ( 7) 淤泥質(zhì)粘土: 層厚1.5～3.9m;( 8)粉質(zhì)粘土: 層厚2.9～6.4m; ( 9) 殘積砂質(zhì)粘性土: 層厚1.6～6.7m; ( 10) 強(qiáng)風(fēng)化花崗巖: 層厚0.9～3.5m; ( 11) 中風(fēng)化花崗巖: 層厚0.4～5.4m; ( 12) 微風(fēng)化花崗巖。

2、鉆孔灌注樁樁底壓漿工藝過程:

(1) 壓力注漿管安放: 將兩根 20mm 鋼管綁扎在鋼筋籠兩側(cè)作為注漿管, 在其底部約25cm 范圍內(nèi)梅花狀布孔12個(gè),孔徑5mm( 孔眼部分用橡膠包裹鉛絲纏繞扎緊) 。管內(nèi)注滿水后隨鋼筋籠同步放入孔內(nèi), 伸至孔底, 頂部露出孔口20cm。要檢查注漿管是否連接可靠嚴(yán)密, 以防止下放時(shí)巖土土體、砼灌注料滲入管內(nèi)堵塞管道。

(2) 壓水試驗(yàn): 待成樁后3～7d 左右用高壓水壓通注漿通道, 壓水量控制在0.3～0.6m3, 壓水時(shí)間3～5min, 壓力2MPa。壓水試驗(yàn)是注漿工藝一道不可忽視的重要環(huán)節(jié), 通過預(yù)壓可以疏通管道以檢查注漿管內(nèi)是否堵塞, 為注漿做好充分準(zhǔn)備。

(3) 注漿施工: 是注漿工藝最后一道工序, 注漿漿液由水泥攪拌機(jī)( 300L) 、濾網(wǎng)、儲(chǔ)漿筒( 500L ) 、注漿泵( 設(shè)最大壓力10MPa 的壓力表) 、樁孔口壓力表、注漿管而到樁底。注漿過程要控制好幾個(gè)主要指標(biāo)參數(shù), 包括注漿壓力、注漿濃度、注漿量等等。

①注漿濃度、注漿量: 首先用較稀逐漸增加濃度, 最后注入濃漿, 并根據(jù)持力層巖土性狀和沉渣量等因素事先計(jì)算好注入量。本過程注漿時(shí)將水灰比3:1 的水泥量120kg、水灰比0.8:1 的水泥量360kg 及水灰比0.5:1 的水泥量1020kg 依次注入;

②注漿壓力: 以壓水壓力為注漿起始?jí)毫? 注漿終壓力是初壓力2～3 倍, 還要根據(jù)樁長、巖土體性狀等現(xiàn)場(chǎng)情況終合考慮及時(shí)選擇和調(diào)控, 本過程起始?jí)毫?00MPa, 終孔壓力3～6MPa;

③注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn): 注漿壓力達(dá)到終壓, 終壓為初壓2～3倍, 并穩(wěn)定在5～15min 完成注漿工作, 注漿時(shí)間大約需要1h。

3、施工主要注意事項(xiàng)

(1) 串孔現(xiàn)象: 由于地層空隙率及持力層裂隙的存在, 在進(jìn)行注漿時(shí)可能會(huì)有水泥漿從鄰近樁已開塞但未注漿的管中噴出, 造成注漿堵塞, 致使今后可能注漿失敗。為避免因串孔而造成注漿失敗, 采用分片開塞, 分片注漿的施工流水作業(yè)。

(2) 注漿管: 通過注漿管來完成的, 注漿管長度不夠, 則樁底承載力得不到加強(qiáng), 影響樁端承載力。

(3) 注漿壓力: ①壓力逐漸上升, 但達(dá)不到要求的壓力,這可能是漿液在粘土中形成脈狀劈裂滲透, 或漿液濃度低、凝膠時(shí)間長, 或部分漿液逸出。②注漿開始后壓力不上升,甚至離開初始?jí)毫χ党氏陆第厔?shì), 這可能是漿液外逸。③壓力上升很快, 而速度上不去, 表明土層密實(shí)或凝膠時(shí)間過短。④壓力有規(guī)律上升, 即使達(dá)到容許壓力, 注漿速度也很正常( 變化不大) ,這表明注漿是成功的。

4、單樁承載力試驗(yàn)結(jié)果及分析:

(1) 單樁靜載試驗(yàn)結(jié)果: 35# 、100# 、115# 樁最大試驗(yàn)荷載加至8000kN 均正常, 累計(jì)沉降均小于40mm, 單樁極限載荷均超過8000kN, 滿足設(shè)計(jì)要求。

(2) PDA 高應(yīng)變動(dòng)測(cè)結(jié)果: 59# 、6 6# 單樁豎向極限承載力實(shí)測(cè)值為8570kN、8610kN, 具體結(jié)果詳見下表。

(3) 低應(yīng)變動(dòng)測(cè)結(jié)果: 通過對(duì)91 根樁進(jìn)行低應(yīng)變檢測(cè),被測(cè)的91 根樁身質(zhì)量均滿足設(shè)計(jì)要求。

表1 PDA 高應(yīng)變檢測(cè)結(jié)果

5、由于在施工過程中嚴(yán)格控制好各個(gè)要關(guān)工序環(huán)節(jié),正確選擇參數(shù), 并能根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況進(jìn)行調(diào)整, 所以這項(xiàng)樁基工程在取得良好質(zhì)量同時(shí)也取得良好社會(huì)效益。

實(shí)例二

某綜合辦公大樓, 樓高70m, 地下室一層, 樁基采用600mm 鉆孔灌注樁, 最深樁長35m, 共計(jì)樁數(shù)205 根, 樁身采用C25 混凝土, 樁端持力層為第⑦層粉質(zhì)粘土層, 樁底采用壓力注漿技術(shù)。設(shè)計(jì)單樁極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值為2400kN, 壓漿后設(shè)計(jì)單樁極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值為2880kN, 設(shè)計(jì)要求孔底沉渣厚度小于50mm。

1、樁底壓漿工藝分析:

眾所周知, 泥漿護(hù)壁鉆孔灌注樁由于樁端存在沉渣和樁側(cè)存在泥皮, 其單位體積混凝土承載力小于打入式和靜壓式混凝土預(yù)制樁。如何提高泥漿護(hù)壁鉆孔灌注樁的承載力, 減少沉降是一個(gè)關(guān)鍵的問題, 所以近年來工程界都在著力開發(fā)樁底壓漿施工工藝, 取得了一定的成效, 但對(duì)于這種軟土持力層, 泥漿護(hù)壁成孔鉆孔灌注樁的樁底殘留沉渣并不是真正意義上的沉渣,如果也采用一般的樁底壓漿施工藝加固樁底, 只能使樁底殘留的部分稠泥漿變成強(qiáng)度不高的“水泥土”。

施工單位針對(duì)鉆孔灌注樁持力層為一般粘性土的情況,采用在孔底先填灌一層粗骨料( 厚度20～40cm) , 然后再灌注水下混凝土的辦法取得了較好的效果。

2、壓漿工藝: 在鋼筋籠兩側(cè)放兩根 20mm 注漿管, 將鋼筋籠吊入孔內(nèi)固定, 第一次清孔后, 先向樁孔內(nèi)均勻投入一定數(shù)量的骨料( 骨料粒徑和數(shù)量根據(jù)樁徑等情況確定) , 成樁結(jié)束后待混凝土終凝對(duì)預(yù)埋的注漿管進(jìn)行疏通, 防止注漿管堵塞,等到樁身混凝土強(qiáng)度達(dá)到75%后開始注漿。

(1) 從注漿管上端壓入清水, 將樁底骨料中的泥漿稀釋并置換出來, 直到排漿管上口排出清水為止, 這時(shí)可以確定樁底骨料中泥漿已被清除干凈, 骨料空隙中充滿水。

(2) 將壓縮空氣送入壓漿管用壓縮空氣的壓力將骨料空隙中的水排除出來, 直至水被排除干凈, 空隙中只有空氣存在。

(3) 馬上壓入水泥漿, 直至樁頂排漿管管口溢出灰色水泥漿后關(guān)掉漿管上口閘閥, 繼續(xù)壓漿將預(yù)拌水泥漿壓完。這樣相當(dāng)于在骨料的間隙注入高強(qiáng)水泥漿取得較好的效果。

3、施工結(jié)果檢測(cè):

(1) 單樁靜載試驗(yàn)結(jié)果: 對(duì)3 根31m 長樁進(jìn)行單樁靜載試驗(yàn), 由檢測(cè)結(jié)果知道, 3 根31m 長樁的豎向極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值均大于2880kN, 滿足設(shè)計(jì)要求。

(2) PDA 高應(yīng)變動(dòng)測(cè)結(jié)果: 檢測(cè)結(jié)果發(fā)現(xiàn)被檢測(cè)樁的單樁極限承載力均超過設(shè)計(jì)單樁極限承載力且樁身質(zhì)量均能滿足設(shè)計(jì)要求。

4、樁基工程質(zhì)量被評(píng)為優(yōu)良。

四、結(jié)語

由以上樁底壓漿施工實(shí)例說明鉆孔灌注樁樁底壓漿工藝具有良好的發(fā)展前景, 它不但具有節(jié)約樁基成本, 提高單樁承載力, 提前工期, 減少樁數(shù)等特點(diǎn), 且能較大限度地保證樁身質(zhì)量并收到良好的社會(huì)效益, 具有較強(qiáng)推廣和應(yīng)用價(jià)值。同時(shí)隨著鉆孔灌注樁樁徑的增大, 樁底壓漿施工工藝的改進(jìn)還是一個(gè)需要進(jìn)一步探討的課題。