西南地区回填地层旋挖桩后注浆工艺施工实践

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  【摘 要】南充君汇商品楼项目地质条件复杂,上部回填层厚20m;基础灌注桩桩径1.0m,最大桩长30m,桩孔采用旋挖钻机施工,成桩后通过预设注浆管对桩底和桩周进行压力注浆,成功地解决了桩基的承载力问题。本文简要介绍了该工程的地质条件、设计要求、施工程序、施工方法、施工难点、技术措施及所取得的效果。
  【关键词】南充;回填层;旋挖;灌注桩;后注浆
  1、工程概况
  南充君汇商品楼项目部分楼盘建筑在河道回填区,回填层厚20m;基础采用板筏和旋挖灌注桩,成桩后采用注浆法对桩底、桩周接触带及地基进行加固。2012年5月至10月期间共完成后注浆灌注桩738根。工程区地质情况自上而下分述如下:
  (1)回填层:主要由粘性土、泥岩碎块石等组成,混有块石;块石含量约15%~45%,粒径约为20mm~750mm,个别粒径超过1m,钻探揭露厚度15.0~20.40m。
  (2)粉质粘土层:呈可塑状态,干强度中等,韧性中等。钻探揭露厚度1.20m~11.20m,平均厚度4.91m;层顶深度0.00m~18.90m,层底深度1.60~24.00m。
  (3)粉土层:湿,稍密,干强度低,韧性差,钻进过程中有塌孔现象;钻探揭露厚度1.20m~6.70m,平均厚度3.02m;层顶深度2.70m~24.00m,层底深度5.50m~26.30m。
  (4)基岩:泥岩,主要成分为粘土矿物,泥质结构,中厚层状构造;强风化带岩层裂隙发育,岩芯破碎,呈薄饼状,岩质软,厚度4.10m~5.90m。中風化带岩层裂隙较发育,岩芯较完整,呈短柱、长柱状,岩质较硬。
  2、旋挖桩设计
  因回填层较厚,设计采用桩筏基础,筏板厚1.6m。基础灌注桩单桩设计承载力5000kN,桩径1.0m,桩长深入中风化岩层3.0m,最大桩长30m;钢筋笼通常配筋,混凝土强度等级为C35。
  为减少回填土产生的负摩阻力并提高承载力,设计对灌注桩采用了后注浆工艺。浆液通过渗入、劈裂、填充、挤密等作用,在加固地基的同时将桩体与周围土体结合在一起;以达到减少桩底入岩深度和优化桩径的目的。
  桩侧设2根注浆管(其中1根备用),长度为距桩顶15m;桩端设2根注浆管,长度为桩顶至桩底。注浆压力根据试验结果确定。单桩注浆量根据桩径、桩长、桩端桩侧土层性质、单桩承载力增幅等因素,按下式估算:
  式中:GC ——注浆量,以水泥质量计(t);
  、 ——分别为桩端、桩侧注浆量经验系数, =1.5~1.8, =0.5~0.7;
  n ——桩侧注浆断面数;
  d——基桩设计直径(m)。
  经试验确定的注浆压力为:终止注浆压力桩侧不小于1.5MPa,桩端不小于3MPa;注浆量桩侧700kg,桩端1500kg。
  3、工艺性试验
  在南充地区旋挖桩的应用非常少,加之地层条件的特殊性,本工程首先进行了工艺性试验。选择回填层最深的部位布孔,共完成试桩4根;试桩深度、桩径等参数按设计要求。为满足检测需要,同时完成了与试桩配套的锚桩施工;锚桩的深度相应增加,钢筋规格提高并增加了钢筋数量。试验完成后通过钻孔取芯及静载试验进行了检查,检查结果表明:桩身完整密实,混凝土与基岩结合紧密;静载试验达到极限承载力后累计沉降量只有几毫米(规范允许达到40mm),施工质量优于设计指标。
  4、工程施工
  4.1 造孔、清孔
  (1)准备工作
  依据桩基中心轴线坐标值,测放各桩的中心点和十字形控制桩,放样偏差符合有关规范要求。钻机就位前先平整场地。钻机就位后校正钻机的底座和桅杆,确保钻进中不产生位移或沉陷。
  将钻头的中心对准十字形控制桩的中心点,经值班技术员校验无误后方可开孔。孔深达到护筒埋设深度后用钻机将护筒压入其中;护筒顶部高出地面0.5m以上,护筒中心与设计桩位中心的偏差不得大于5cm。护筒采用10mm厚的钢板制作,其内径比桩孔直径大10cm~20cm,高度2m。护筒安设后,以十字形控制桩校核护筒的安设位置是否准确。
  (2)固壁泥浆
  采用优质膨润土泥浆固壁,高速搅拌机制浆。制浆时先在搅拌机中加入定量的水,再向搅拌机中加入量定的膨润土和外加剂,搅拌5min后将泥浆放入泥浆池中膨化待用。在易塌孔部位钻孔时在泥浆中加入正电胶改善泥浆性能。
  (3)成孔施工
  根据不同地层特点,分别选择双开、双底捞砂钻头或硬质合金钻头钻孔,终孔深度根据设计要求的桩底入岩深度确定。从开始入岩至终孔过程中,通过取样鉴定持力层岩性确定中风化岩体上线,从而确定终孔深度。
  在回填层内造孔使用带有漏水孔的双底钻头,保证钻头在孔内活动时浆液能够及时从钻头上部漏出,以避免孔内形成负压造成孔壁坍塌。因回填层孔隙较大,漏浆严重,此时要控制造孔速度,一般进尺3m左右回填一到两次,反复挤压,穿过回填层后再正常进尺。
  对块石集中的区域,将护桶接长至6m~8m(护桶太长会造成浇筑后起拔困难)以减少孔口坍塌。施工中对块石粒径大、架空严重的局域采用冲击钻辅助造孔的方式加以解决,冲击钻造孔穿过回填层后再用旋挖钻机完成后续施工。施工中应注意旋挖钻机在孔内活动时动作轻缓,避免碰触孔壁造成上部坍塌。
  在砂层和软土层中钻进时钻进速度不要过快,并适当增加泥浆的比重和粘度。在钻进过程中,随时注意观察钻机测斜仪显示的钻孔垂直度,发现孔斜超标时及时纠正。为减少塌孔,单孔的成孔施工应尽量连续完成;成孔过程中孔内泥浆液面不得低于地下水位。
  (4)清孔
  经检查钻孔深度、垂直度满足设计要求后进行清孔。第一次清孔采用捞取法,即使用双底捞砂钻头直接清除孔底残留的钻渣和沉淀物。导管下设完毕后采用置换法进行二次清孔;二次清孔采用气举反循环法抽出孔底沉渣和含砂量较大的浓稠泥浆,同时注入新鲜泥浆。清孔检验合格标准为孔底沉渣不大于5cm,且孔内泥浆性能指标满足表1中的要求。   表1 清孔泥浆性能控制指标
  泥浆性能指标 密度(g/cm3) 含砂量(%) 粘度(S)
  控制值 ≤1.15 ≤6 32-50
  4.2 钢筋笼制安
  所有进场钢筋均需有出厂合格证,并经抽样送检合格后才能使用。
  钢筋笼整体一次性制作,钢筋连接采用双面搭接焊,同一平面内的接头数不大于50%主筋根数,钢筋笼主筋保护层厚度为50mm。
  根据设计要求的部位和数量在钢筋笼上安装桩侧、桩底注浆管。桩底注浆管沿钢筋笼圆周对称布置,桩侧注浆管在桩底注浆管间均匀布置。注浆管与钢筋笼加劲箍牢固绑扎,绑扎的间距不大于2m。注浆管采用φ25mm钢管制作,管壁厚度2.5mm,各节注浆管之间采用A34号无缝钢管焊接。采用不同颜色的塑料胶带分别做好不同注浆管路的标识。注浆管上端高出地表不少于30cm,顶部安装截门,防止浆液外流,底部超出钢筋笼不少于20cm。
  钢筋笼下设受阻时不得强行下入,查明原因并处理后方可下入;必要时起拔扫孔后再进行钢筋龙下设。在吊放钢筋笼过程中应竖直缓慢下放,严禁撞笼、扭笼、墩笼,快到桩底时不得扭动钢筋笼,以免注浆管及底阀在进入土层时受到损坏。
  4.3 混凝土浇筑
  采用泥浆下直升导管法灌注水下混凝土。二次清孔结束后浇筑设施就位并下设浇筑导管,储存足够的首盘混凝土后剪球开始浇筑,使用混凝土搅拌车进行对口浇筑直至单桩浇筑完成。当混凝土搅拌车不便入场时,采用混凝土泵输送混凝土到现场,再通过储料槽、溜槽和导管进入孔内。
  商品混凝土到場后,先检查混凝土的级配单及质保书,测试坍落度,满足要求后方可使用。浇筑过程中,导管埋入混凝土的深度不小于2.0m亦不大于6m。混凝土连续灌注,灌注的桩顶标高比设计桩顶标高高出0.6m以上,但最多不超过1.5m,以保证桩顶混凝土强度满足要求。
  4.4 后注浆
  (1)注浆管单向阀的制作与安装
  在注浆管底部设置单向注浆阀。注浆阀花管管径与连接注浆管的套管一致,高度60cm,开孔孔径8mm,沿轴向间距10cm~15cm,梅花型布置,共布置4排,每排4个孔。将管内铁屑清除干净后,在开孔处加图钉,然后用防水胶布、橡皮等严密包裹注浆管,以防止桩身混凝土水泥浆堵塞注浆管。管阀底口采用厚度不小于8mm的钢板焊接封堵。
  (2)后注浆施工要求
  后注浆作业在桩身混凝土灌注完毕2天后开始,最迟在成桩30天内完成。注浆作业点与成孔、成桩作业点之间的距离不小于10m,且该区范围内的混凝土灌注完成时间在2天以上。注浆顺序为先桩侧注浆,后桩端注浆,桩侧桩端注浆间隔时间不宜少于2h;桩端2根注浆管如一根管注浆已达到设计量,则另一根可不再注浆。群桩注浆先外围后内部。
  (3)开塞
  开塞是后注浆施工前通过压水试验检查注浆管的贯通性,并用压力水疏通注浆通道;是后注浆施工必不可少的重要工序,验证管路畅通后方可注浆。压水量一般控制在管路畅通后0.1m3~0.25m3,畅通的标准是压水压力降低、水量均匀注入;开塞压力控制在6MPa~8MPa。
  (4)水泥浆配制
  为使水泥浆液在持续压力作用下既有足够的强度,又能很好地起到劈裂、压实地层的作用;浆液水灰比控制范围为0.45~0.65。配制水泥浆液时先在搅拌机内加足定量的水,然后边搅拌边加入定量的水泥,搅拌时间不少于3min,浆液中不得混有水泥结石、水泥袋等杂物。
  (5)压力注浆
  确认注浆管路畅通后即可开始压力注浆。除粉土层外,其它地层正式注浆前采用2:1的稀浆初灌。灌浆压力无明显升高,灌入量达到200L后即可开始灌注标准浆液;达到以下条件之一时,注浆可结束:① 注浆总量及注浆压力均达到设计值;② 注浆总量达到设计值的75%,且注浆压力达到设计值的120%,并维持5min以上。
  4.5 施工难点及对策
  本工程的施工难点在于:① 在回填层内钻孔容易漏浆、塌孔,特别是回填层与原始地层交界的部位和大量块石架空的部位;② 在泥岩内钻进时出现钻具打滑、吸钻、糊钻等情况,造成工效降低;③ 孔底沉渣厚度需控制在5cm范围内,施工技术质量要求较高。针对施工难点采取的主要措施是:
  (1)使用正电胶改善泥浆的固壁性能;对易塌孔的部位先使用冲击钻机穿透架空层,用冲击钻钻头将地层挤密后再使用旋挖钻机施工。冲击钻机钻孔时回填粘土反复挤压,重复钻进,以确保上部孔壁的稳定。
  (2)在泥岩中钻进时,一方面采用高速切削方式钻进;二方面优化钻齿的长度、角度和布置,减少钻头底刃的接触面积,增加切削能力。经过上述改进后泥岩中钻进工效显著提高。
  (3)采用旋挖钻机初步清底后,再用气举反循环法彻底清孔的工艺可保证沉渣厚度符合设计要求。
  5、质量检测
  工程完工后通过静载试验、钻孔取芯、低应变测试、声波透射等多种检测手段,对桩体承载力、桩身完整性、沉渣厚度、入岩情况等进行了检测。检测结果表明,桩身完整密实,全部为I、II类桩(其中I类桩占80%以上),沉渣厚度小于5cm,承载力达到设计要求,工程质量优良。
  6、结语
  旋挖灌注桩具有单桩承载力大、成桩速度快、施工无噪音等优点;但由于灌注桩需要在有泥浆护壁的条件下施工,因此难免桩周、桩底存在一定厚度的泥皮和沉渣,往往给桩基的承载力造成一些难以预料的不利影响,降低了灌注桩的可靠度。采用灌在注桩成桩后对桩周和桩底进行注浆加固的方法,有效地解决了上述问题,既能保证灌注桩承载能力的充分发挥,又可减少工程量。
  实践证明,旋挖和灌注桩后注浆两项先进工艺相结合具有明显的优势;首次在南充地区回填架空地层中应用取得了良好的效果,既加快了施工进度,又保证了工程质量,使灌注桩的施工达到了新的水平,为灌注桩施工新技术的进一步推广应用积累了宝贵的经验。
  作者简介:
  丁海龙:(1980.10-)男,宁夏银川人,工程师,中国水电基础局有限公司,主要从事工程施工与管理工作。
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