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摘要:文章主要从注浆法的概念、机理、应用要点及合格检测等方面进行阐述。
关键词:后注浆法;钻孔灌注桩;应用
中图分类号:TU753.3 文献标识码:A 文章编号:1000-8136(2010)06-0049-02
钻孔灌注桩,因具备施工简单、对地层适应性强、造价经济等特点得以广泛应用。但随着我国城市建筑的不断发展,对桩基础的承载力提出了更高的要求,这在一定程度上提高了单桩的成本和施工难度。同时由于钻孔灌注桩施工工艺本身存在桩的缺陷,如因孔底沉渣难处理干净而降低端阻;因泥浆护壁而降低侧阻;泥浆护壁及清孔不彻底,常在桩周及桩底形成软弱层等,这些都直接影响了钻孔灌注桩的承载力。经研究发现,钻孔灌注桩后压浆技术可很好的解决钻孔灌注桩施工工艺本身的缺陷,并提高桩的承载力。因此,本文将重点谈谈后压浆法在钻孔灌注桩施工中的应用。
1后注浆法的概念
钻孔灌注桩后压浆技术是指桩身砼达到预定强度后,通过预置于桩底或桩侧中的压浆管道,用高压泵将特殊配方的水泥浆(或其他化学浆液如硅酸盐)压入桩周或桩端土层中,使桩底沉渣及桩周土间的泥皮隐患、施工桩孔时桩端受到扰动的持力层得到有效的加固或压密,从而提高钻孔灌注桩的单桩承载力。其使用范围主要为桩底,后注浆技术对持力层为卵砾石层最为有效,其注浆后比注浆前单桩竖向极限承载力可提高30 %以上;粉砂土持力层亦有效,黏土持力层主要对沉渣和泥皮固结有效,也能对群桩的变形进行控制。常见的注浆方式分为:桩端注浆、桩侧注浆及桩端桩侧联合注浆。
2后注浆法的机理
2.1桩端注浆
桩端压浆,即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,凝结成一个强度高、化学性能稳定的水泥结块,能消除孔底沉渣的不良影响;在粘性土、粉土、粉细砂中进行桩端注浆时,若浆液压力达到劈裂压力,则土体产生劈裂破坏,浆体沿劈裂缝隙渗入土体填充空隙,并挤密桩侧土,促使土体固结成水泥复合体,从而提高注浆区的土体强度及桩端阻力;水泥浆液进一步向桩端持力层中渗透、挤密、填充及固结,大幅度地提高持力层的强度和变形模量,并在桩端形成扩大头,增大了桩端的承压面积,提高了钻孔灌注桩的桩端承载力;对于泥浆护壁灌注桩,注入桩端的浆液,在压力作用下,会沿着桩土间泥皮上渗到桩端以上一定高度范围内,胶结泥皮,并充填桩身与桩周土体间的间缝,浆液固结后调动起更大范围内的桩周土体参与桩的承载,提高桩侧磨阻力;在注浆压力作用下,桩端注浆扩散渗透到地基土一定范围,使桩端地基土压缩变形部分在施工期内完成,减少日后使用期的竖向压缩变形。
2.2桩侧注浆
桩侧压浆可以破坏和消除泥皮,充填桩侧的间隙,提高桩侧混凝土与周围土体间的粘结力,消除桩侧泥皮存在对桩侧摩阻力的影响,从而提高桩基承载力。当浆液压力很大时,浆液可渗透到土体中,与桩侧土体结合,相当于增大了桩径,从而也能提高单桩承载力。
2.3桩侧桩端联合注浆技术
桩侧桩端联合注浆,即对同一根桩同时采用桩端注浆和桩侧注浆,以提高承载力。其注浆效果优于桩端与桩侧分别注浆的桩,可获得更大的极限承载力;其注浆顺序,宜先自上而下逐段进行桩侧注浆,最后进行桩端注浆。但由于此技术含量要求较高,因此在选用此注浆法施工时应慎重。
3后注浆法在钻孔灌注桩施工中的应用要点
3.1压浆管
压浆管宜用直径为25 mm的镀锌钢管或黑铁管制成,接头采用丝扣连接,两端采用生胶带封严。对于超长桩,考虑到管内摩阻力对压力的影响,黑铁管直径可为30 mm或38 mm,分别置于钢筋笼两侧,压浆管应进入沉渣或桩尖土300 mm～400 mm。压浆管在最下部20 cm制作成压浆花管,为防止桩身混凝土浆液堵塞压浆管,在放压浆管之前应采用生胶带、橡胶带密封。
在压浆管的布置上,可将2 根压浆管对称绑在钢筋笼外侧,待成孔后清孔、提钻,下钢筋笼时,可将其与钢筋笼一起吊放;下放中,钢筋笼不得扭曲,以免造成压浆管在丝扣连接处松动;当钢筋笼下到设计标高时,应将注浆管顶部用堵头密封,防灌注混凝土时砂浆等物堵塞注浆管。
3.2压水试验
成桩后至注浆实施前,应先通过压水试验来认识桩底桩侧的可灌性,探明并疏通注浆通道,检查注体是否串气等,提高桩底桩侧可灌性。一般情况下,压水宜按2级～3级压力顺次逐级进行,并要求有一定的压水时间与压水量,压水量一般控制在0.6 m3左右。
3.3最佳注浆时间
注浆施工宜在成桩后1周～3周内进行。注浆过早,会导致因桩侧阻力溢出地面;注浆过晚,可能难以形成混凝土注浆通道,导致浆液向远方流失,从而使桩中心形成低强度区。
3.4注浆压力
注浆压力与地质的渗透性、浆液浓度有关。当桩底桩侧的可灌性好,注浆压力低;若可灌性较差,注浆压力则高。由于灌浆的扩散半径与灌浆压力的大小密切相关,因此在灌浆时一般采用“一次升压法”和“分级升压法”。“一次升压法”,即当正常压力下注入速度缓慢时,可提高压力尽量使一些细小的裂隙不致在低压下提前被封堵,可较多地灌入一些浆液;“分级升压法”,即在正常压力下就很容易将浆液较轻松地压入时,说明岩层吸浆量大,这时可改用较低一级的压力进行注浆,于吸浆量逐渐减少时,再加一级压力,如此反复升高压力,直至达到规定的压力。但在灌注时,一定要控制好注浆压力,避免因注浆压力过小,对桩端土、桩周土加固范围渗入充填强度、深度小,加固作用小;注浆压力过大,则有可能损坏注浆管。
3.5注浆部位
出浆口以单向截流阀为佳。在桩底注浆,出浆口宜埋入桩底以下土中的一定深度,一方面可避免出浆口被水泥浆包住,同时也可以让水泥浆充分加固桩底沉渣或虚土。对于桩侧注浆,出浆口宜选在砂性土层,因为在该土层桩的摩阻力损失最大,对该部位进行加固效果最好。
3.6注浆浓度
在桩底桩侧注浆的不同阶段,调配不同浓度的注浆浆液,并采用相应的注浆压力。浆液的浓度控制原则一般为:先稀后浓。先灌注稀浆的目的在于稀浆的流动性好,裂隙无论宽窄,均易进浆,先将细缝填灌充实,而后浆液再逐级变浓,使中等或较大的裂隙也得到充实。另外,为增加浆液的流动性,可加入适量的木钙等减水剂,同时也可加入少量的浆液悬浮稳定剂,提高浆液的结石率。一般情况下,常使用3个级别的水灰比。
3.7注浆材料和注浆量
注浆浆液采用水泥浆,水泥品种为425普通硅酸盐水泥。
合理的注浆量应由桩端桩侧土层类别与状态,桩径、桩长和承载力注浆后的增幅等诸因素来确定。在注浆实施过程中,通过对注浆压力、浆液浓度、注浆方法等诸因素的调控,将所需注浆量灌注到设计范围内,一般浆液浓度和注浆量大,注浆压力高,加固效果就好。
3.8注浆节奏
注浆节奏,即为了使有限浆液尽可能充填并滞留在桩底桩侧有效空间范围内,在注浆过程中实行间歇注浆。间歇时间的长短需依据压水试验结果而定,并在施注过程中依据注浆压力的变化,判断桩底桩侧可灌性现状加以调节。需注意的是,一定要掌握好间歇注浆的节奏,避免因间歇停注时间过长,而出现通道堵塞等情况。
4后注浆技术的合格检测
(1)桩端和桩侧的注浆量应达到标准设计值。
(2)桩端、桩侧压浆量不少于设计标准的60 %,而压浆泵压力达到35 MPa时亦可视为合格,可结束压浆工作。
(3)能否进入持力层是钻孔灌注桩能否达到设计要求的 关键,因此,在施工完毕后,应对钻孔的成孔质量和混凝土钻孔灌注桩的完整性全部进行检测; 基桩高应变承载力的检测数量不应少于20 %;当抽测承载力不合格的桩数超过30 %时,应加倍重新抽测。
5结束语
综上所述,后注浆技术在钻孔灌注桩的应用,不仅可以克服钻孔灌注桩自身的缺点,使桩底、桩侧土体得到加固,从而提高钻孔灌注桩垂直承载力及减小承载力离散性;其在提高桩的极限承载力的同时,还可减少桩数、桩径、桩长、缩短工期、节省投资,具有明显的经济和社会效益。但要注意的是,因后注浆法是一种新工艺,其技术含量要求非常高,这就需要在施工中要工艺合理、措施得當、管理严格、施工精心,只有这样才能得到预期的效果。而且在选择何种方式进行后注浆的问题上,更应慎重。
Of Grouting in Construction of Bored Piles
Li Shudong
Abstract:This article from the grouting of the concept, mechanism, application points and qualified testing and other aspects described.
Key words:post-grouting; bored pile; application
关键词:后注浆法;钻孔灌注桩;应用
中图分类号:TU753.3 文献标识码:A 文章编号:1000-8136(2010)06-0049-02
钻孔灌注桩,因具备施工简单、对地层适应性强、造价经济等特点得以广泛应用。但随着我国城市建筑的不断发展,对桩基础的承载力提出了更高的要求,这在一定程度上提高了单桩的成本和施工难度。同时由于钻孔灌注桩施工工艺本身存在桩的缺陷,如因孔底沉渣难处理干净而降低端阻;因泥浆护壁而降低侧阻;泥浆护壁及清孔不彻底,常在桩周及桩底形成软弱层等,这些都直接影响了钻孔灌注桩的承载力。经研究发现,钻孔灌注桩后压浆技术可很好的解决钻孔灌注桩施工工艺本身的缺陷,并提高桩的承载力。因此,本文将重点谈谈后压浆法在钻孔灌注桩施工中的应用。
1后注浆法的概念
钻孔灌注桩后压浆技术是指桩身砼达到预定强度后,通过预置于桩底或桩侧中的压浆管道,用高压泵将特殊配方的水泥浆(或其他化学浆液如硅酸盐)压入桩周或桩端土层中,使桩底沉渣及桩周土间的泥皮隐患、施工桩孔时桩端受到扰动的持力层得到有效的加固或压密,从而提高钻孔灌注桩的单桩承载力。其使用范围主要为桩底,后注浆技术对持力层为卵砾石层最为有效,其注浆后比注浆前单桩竖向极限承载力可提高30 %以上;粉砂土持力层亦有效,黏土持力层主要对沉渣和泥皮固结有效,也能对群桩的变形进行控制。常见的注浆方式分为:桩端注浆、桩侧注浆及桩端桩侧联合注浆。
2后注浆法的机理
2.1桩端注浆
桩端压浆,即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,凝结成一个强度高、化学性能稳定的水泥结块,能消除孔底沉渣的不良影响;在粘性土、粉土、粉细砂中进行桩端注浆时,若浆液压力达到劈裂压力,则土体产生劈裂破坏,浆体沿劈裂缝隙渗入土体填充空隙,并挤密桩侧土,促使土体固结成水泥复合体,从而提高注浆区的土体强度及桩端阻力;水泥浆液进一步向桩端持力层中渗透、挤密、填充及固结,大幅度地提高持力层的强度和变形模量,并在桩端形成扩大头,增大了桩端的承压面积,提高了钻孔灌注桩的桩端承载力;对于泥浆护壁灌注桩,注入桩端的浆液,在压力作用下,会沿着桩土间泥皮上渗到桩端以上一定高度范围内,胶结泥皮,并充填桩身与桩周土体间的间缝,浆液固结后调动起更大范围内的桩周土体参与桩的承载,提高桩侧磨阻力;在注浆压力作用下,桩端注浆扩散渗透到地基土一定范围,使桩端地基土压缩变形部分在施工期内完成,减少日后使用期的竖向压缩变形。
2.2桩侧注浆
桩侧压浆可以破坏和消除泥皮,充填桩侧的间隙,提高桩侧混凝土与周围土体间的粘结力,消除桩侧泥皮存在对桩侧摩阻力的影响,从而提高桩基承载力。当浆液压力很大时,浆液可渗透到土体中,与桩侧土体结合,相当于增大了桩径,从而也能提高单桩承载力。
2.3桩侧桩端联合注浆技术
桩侧桩端联合注浆,即对同一根桩同时采用桩端注浆和桩侧注浆,以提高承载力。其注浆效果优于桩端与桩侧分别注浆的桩,可获得更大的极限承载力;其注浆顺序,宜先自上而下逐段进行桩侧注浆,最后进行桩端注浆。但由于此技术含量要求较高,因此在选用此注浆法施工时应慎重。
3后注浆法在钻孔灌注桩施工中的应用要点
3.1压浆管
压浆管宜用直径为25 mm的镀锌钢管或黑铁管制成,接头采用丝扣连接,两端采用生胶带封严。对于超长桩,考虑到管内摩阻力对压力的影响,黑铁管直径可为30 mm或38 mm,分别置于钢筋笼两侧,压浆管应进入沉渣或桩尖土300 mm～400 mm。压浆管在最下部20 cm制作成压浆花管,为防止桩身混凝土浆液堵塞压浆管,在放压浆管之前应采用生胶带、橡胶带密封。
在压浆管的布置上,可将2 根压浆管对称绑在钢筋笼外侧,待成孔后清孔、提钻,下钢筋笼时,可将其与钢筋笼一起吊放;下放中,钢筋笼不得扭曲,以免造成压浆管在丝扣连接处松动;当钢筋笼下到设计标高时,应将注浆管顶部用堵头密封,防灌注混凝土时砂浆等物堵塞注浆管。
3.2压水试验
成桩后至注浆实施前,应先通过压水试验来认识桩底桩侧的可灌性,探明并疏通注浆通道,检查注体是否串气等,提高桩底桩侧可灌性。一般情况下,压水宜按2级～3级压力顺次逐级进行,并要求有一定的压水时间与压水量,压水量一般控制在0.6 m3左右。
3.3最佳注浆时间
注浆施工宜在成桩后1周～3周内进行。注浆过早,会导致因桩侧阻力溢出地面;注浆过晚,可能难以形成混凝土注浆通道,导致浆液向远方流失,从而使桩中心形成低强度区。
3.4注浆压力
注浆压力与地质的渗透性、浆液浓度有关。当桩底桩侧的可灌性好,注浆压力低;若可灌性较差,注浆压力则高。由于灌浆的扩散半径与灌浆压力的大小密切相关,因此在灌浆时一般采用“一次升压法”和“分级升压法”。“一次升压法”,即当正常压力下注入速度缓慢时,可提高压力尽量使一些细小的裂隙不致在低压下提前被封堵,可较多地灌入一些浆液;“分级升压法”,即在正常压力下就很容易将浆液较轻松地压入时,说明岩层吸浆量大,这时可改用较低一级的压力进行注浆,于吸浆量逐渐减少时,再加一级压力,如此反复升高压力,直至达到规定的压力。但在灌注时,一定要控制好注浆压力,避免因注浆压力过小,对桩端土、桩周土加固范围渗入充填强度、深度小,加固作用小;注浆压力过大,则有可能损坏注浆管。
3.5注浆部位
出浆口以单向截流阀为佳。在桩底注浆,出浆口宜埋入桩底以下土中的一定深度,一方面可避免出浆口被水泥浆包住,同时也可以让水泥浆充分加固桩底沉渣或虚土。对于桩侧注浆,出浆口宜选在砂性土层,因为在该土层桩的摩阻力损失最大,对该部位进行加固效果最好。
3.6注浆浓度
在桩底桩侧注浆的不同阶段,调配不同浓度的注浆浆液,并采用相应的注浆压力。浆液的浓度控制原则一般为:先稀后浓。先灌注稀浆的目的在于稀浆的流动性好,裂隙无论宽窄,均易进浆,先将细缝填灌充实,而后浆液再逐级变浓,使中等或较大的裂隙也得到充实。另外,为增加浆液的流动性,可加入适量的木钙等减水剂,同时也可加入少量的浆液悬浮稳定剂,提高浆液的结石率。一般情况下,常使用3个级别的水灰比。
3.7注浆材料和注浆量
注浆浆液采用水泥浆,水泥品种为425普通硅酸盐水泥。
合理的注浆量应由桩端桩侧土层类别与状态,桩径、桩长和承载力注浆后的增幅等诸因素来确定。在注浆实施过程中,通过对注浆压力、浆液浓度、注浆方法等诸因素的调控,将所需注浆量灌注到设计范围内,一般浆液浓度和注浆量大,注浆压力高,加固效果就好。
3.8注浆节奏
注浆节奏,即为了使有限浆液尽可能充填并滞留在桩底桩侧有效空间范围内,在注浆过程中实行间歇注浆。间歇时间的长短需依据压水试验结果而定,并在施注过程中依据注浆压力的变化,判断桩底桩侧可灌性现状加以调节。需注意的是,一定要掌握好间歇注浆的节奏,避免因间歇停注时间过长,而出现通道堵塞等情况。
4后注浆技术的合格检测
(1)桩端和桩侧的注浆量应达到标准设计值。
(2)桩端、桩侧压浆量不少于设计标准的60 %,而压浆泵压力达到35 MPa时亦可视为合格,可结束压浆工作。
(3)能否进入持力层是钻孔灌注桩能否达到设计要求的 关键,因此,在施工完毕后,应对钻孔的成孔质量和混凝土钻孔灌注桩的完整性全部进行检测; 基桩高应变承载力的检测数量不应少于20 %;当抽测承载力不合格的桩数超过30 %时,应加倍重新抽测。
5结束语
综上所述,后注浆技术在钻孔灌注桩的应用,不仅可以克服钻孔灌注桩自身的缺点,使桩底、桩侧土体得到加固,从而提高钻孔灌注桩垂直承载力及减小承载力离散性;其在提高桩的极限承载力的同时,还可减少桩数、桩径、桩长、缩短工期、节省投资,具有明显的经济和社会效益。但要注意的是,因后注浆法是一种新工艺,其技术含量要求非常高,这就需要在施工中要工艺合理、措施得當、管理严格、施工精心,只有这样才能得到预期的效果。而且在选择何种方式进行后注浆的问题上,更应慎重。
Of Grouting in Construction of Bored Piles
Li Shudong
Abstract:This article from the grouting of the concept, mechanism, application points and qualified testing and other aspects described.
Key words:post-grouting; bored pile; application