灌注樁樁端注漿加固樁基施工方法

姜利華

摘要:近年來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、無擠土、無振動、適應性強等優點,深受結構工程師的青睞,并在樁基工程中得到廣泛應用。本文介紹大直徑灌注樁樁端注漿處理樁基質量事故的方法,探討樁端注漿提高單樁承載力的機理,為類似工程提供借鑒。

關鍵詞:灌注樁;加固注漿;承載力

1 前言

大直徑灌注樁的質量事故時常發生,嚴重影響了大直徑灌注樁的承載力。近幾年發展起來的樁端注漿處理樁基質量事故方法不僅可以提高大直徑灌注樁承載力,而且當設計合理、施工得當時能確保其質量穩定可靠。

2 實現合理的樁端注漿條件

2.1 合理的注漿設計是實現注漿目的的前提

為使樁端注漿施工合理、有效,有必要對注漿目標的土巖特性、地下水條件、地下埋設物分布狀況和周圍環境進行詳細調查和分析,并在分析相關資料基礎上進行樁端注漿設計。樁端注漿設計主要包括漿液配比,漿液濃度、注漿率、注漿量和注漿壓力等參數確定。

2.2 合理的注漿工藝是實現注漿目的保證

2.2.1 注漿管埋設

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

壓水試驗不僅起到疏通注漿通道的作用,而且注漿設計的有關參數也應根據壓水試驗結果做相應調整。

2.3 合理控制注漿參數有利于提高樁端注漿效果

在樁端注漿過程中,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提高樁端注漿效果十分重要。

樁端注漿壓力隨注漿進展呈現出由低到高的變化規律。若注漿過程中壓力突然急劇下降,表明發生冒漿或漏漿現象,應在漿液中加入相應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,漿液濃度經歷了由稀漿向濃漿變化的過程。稀漿滲透性強可擴大樁端注漿加固范圍,濃漿有利于提高樁端注漿加固區強度。

3 樁端注漿提高單樁承載力機理

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,對樁周土擾動降低了樁端土體強度,水的水泡軟化作用又進一步加劇其強度降低。樁端注漿通過滲透、劈裂和擠密作用使樁端持力層在一定范圍內形成漿液和土的結石體,從而改善持力層的物理力學性能,恢復和提高了持力層土體強度。

樁底沉碴的存在因其強度低嚴重影響端承力的發揮。樁端注漿通過漿液對沉碴的置換、擠密和固結作用改善或消除樁底沉碴對端承力發揮的不良影響。試驗證實,樁端注漿使樁的端承力得到大幅度提高。

3.2 大幅提高樁側摩阻力

大直徑沖鉆孔灌注樁樁周泥皮和人工挖孔樁護壁與樁周土體間空隙降低了樁側摩阻力。樁端注漿在壓力作用下,漿液從樁端沿樁側向上,通過滲透、劈裂、充填、擠密和膠結作用,對樁周泥皮置換和空隙充填,在樁周形成脈狀結石體,如同樹根植入土中,從而使樁側摩阻力大幅度提高。

3.3 改善持力層受力狀態和荷載傳遞性能

樁端注漿通過滲透、劈裂、擠密和膠結作用形成樁端擴大頭增大了樁端受力面積,并且注漿對持力層加固又改善其受力狀態。

試驗結果表明,樁端注漿后,樁側摩阻力的提高先于樁端承力的提高。當樁端鄰近土層的樁--土相對位移SZ≤SO(4～10mm)時,隨荷載增加SZ增大,樁側摩阻力提高增大,此時樁側摩阻力提高(ΔQS)對單樁承載力提高起主導作用,而樁的端承力潛能尚未被充分發揮。當SZ>SO時,樁側摩阻力下降,而樁的端承力提高(ΔQP)迅速增加,此后樁的端承力提高對單樁承載力提高起主導作用。

4 工程實例

4.1 實例:

某鐵路公寓,主體為10層框架結構高層建筑,設人防地下室一層。樁基礎設計為123根ф600～800mm鉆孔灌注嵌巖樁,樁長37.9～47m,該工程位于舊錢塘江大堤上,西側靠近貼沙河。工程地質勘察揭示,其巖石層面埋深起伏較大,場地土層分布為:

①層雜填土,成份多樣,結構松散,不均勻,層厚4.4～5.1m。

②層粘質粉土,力學性質一般,層薄,可作輕型建筑的淺基礎持力層,層厚1.0～2.9m。

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

④層粉質粘土,粘土性質一般,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,粘土力學性質較好,厚度較大,分布穩定,層厚3.7～8.5m。

⑥層粉質粘土混礫石,力學性質好,但分布不穩定,層厚小,大部分場地缺失。

⑦層全風化凝灰巖,力學性質好,但分布不穩定,層厚小,大部分場地缺失。

⑧層中風化泥質粉砂巖,力學性質好,但層頂起伏較大,未擊穿。

由于該場地巖石層面埋深起伏較大,施工方未加強控制,未以進入持力層深度為控制標高,樁基施工至后期, 中風化泥質粉砂巖埋深從29.8米左右陡降至42米左右,施工單位誤把全風化凝灰巖碴樣當作中風化泥質粉砂巖碴樣,造成多數工程樁都落在強風化巖層全風化凝灰巖上。樁基檢測結果,單樁承載力達不到設計要求。該工程共對37根樁進行樁端注漿加固處理。

4.2 工程樁承載力偏低的原因

對工程樁靜載、動測和取芯檢測結果分析,造成以上實例工程樁單樁承載力偏低達不到設計要求的主要原因有以下幾個方面:

4.2.1 樁底持力層力學性能不良、強度低。

4.2.2 挖孔樁施工對樁周土體擾動產生應力釋放降低了樁端和樁側土體強度,地下水對樁周土體的水泡軟化作用又進一步加劇其強度降低。

4.2.3 挖孔樁護壁與樁周土體之間空隙影響樁側摩阻力充分發揮。

4.2.4 施工中現場管理和技術水平低造成樁底沉碴和樁身離析對單樁承載力影響。

4.2.5 施工中現場管理和技術水平低造成樁底沉碴和樁身離析對單樁承載力影響。

4.2.6 樁沒到達設計要求的持力層。

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→④壓水試驗→⑤制漿→⑥注漿→⑦達到予定注漿量和終壓→⑧封孔→⑨鉆孔檢驗。若檢驗合格,結束該樁補強加固。若不合格,重復①→⑨步驟直至合格為止。

4.4 注漿順序

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

5 加固效益分析

5.1 靜載荷試驗結果對比

注漿前2根樁單樁豎向極限承載力僅為設計要求40%和60%,且樁頂沉降都超過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。鉆孔取芯結果證實,樁身砼除局部離析外,其強度基本滿足設計要求,故樁端持力層差是導致該工程單樁豎向極限承載力達不到設計要求的根本原因。注漿后,由業主隨機指定2根樁進行單樁豎向抗壓靜載試驗。曲線分析得知,挖孔樁經樁端注漿處理,當加荷至設計要求最大值時,樁頂沉降量很小,均未達到極限承載力狀態,表明樁端注漿對人工挖孔樁加固效果明顯,滿足設計要求。鉆孔取芯結果證實,注漿對樁身局部離析,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 沉降觀測結果及分析

從某鐵路公寓沉降觀測資料分析,裙樓觀測點的沉降于08.5.27后趨于穩定,主樓觀測點的沉降于08.9.27后趨于穩定,主樓觀測點最大沉降量僅為18.6mm,其最終沉降量和沉降差均控制在規范允許范圍內。該實例沉降觀測結果表明,樁端注漿對樁基加固處理效果十分理想,建筑物處于穩定和安全狀態。

6 結論

6.1 樁端注漿對該實例樁基加固處理為建設單位節約近三百萬元資金并爭取2個月以上建設工期,創造了良好的社會效益和經濟效益。實踐證明,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濟合理,技術先進的方法。

6.2 施工中合理確定和控制注漿參數對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場工程師和工人的經驗。

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 樁端注漿對樁側摩阻力提高先于端承力提高發揮。當SZ≤SO時,樁側摩阻力提高對單樁承載力提高起主導作用,當SZ>SO時,樁的端承力提高對單樁承載力提高起主導作用。

參考文獻

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