鋼筋混凝土灌注樁后壓漿技術在工程中的應用

張希宏

鉆孔灌注樁以其適應性廣、承載力大、技術經濟效益好等優勢,已成為我國高層建筑、公路、橋梁的主導基礎形式,但是鉆孔樁在成孔過程中,孔壁殘留泥皮和孔底難以清理干凈的沉渣,減弱了樁側摩阻力和樁端阻力,從而導致樁基沉降較大,灌注樁后壓漿技術正是針對這一問題而成為近年來新興的一種補償性工藝,而且由于其良好的應用效果,使得后壓漿技術已被納入樁基設計的技術參數。

1 后壓漿對樁基承載力的增強機理

樁端(側)后壓漿是用注漿泵將漿液(常為水泥類漿液)通過注漿管(可以是預埋在樁端,也可以成樁后打孔安裝注漿管)壓入到樁端持力層來提高樁端和樁側土體強度的一種注漿技術。實質上樁底注漿的漿液使能固化的漿液(常為水泥漿)注入各種樁底土與樁側土介質中,充填和擴展各種孔隙,并通過壓縮擠密和膠結以達到改善和提高土的物理力學性能的強制性注漿工藝。

2 工程概況

西山煤電某煤礦擬建的三幢高層住宅樓為地上28層,地下1層,擬采用框剪結構,筏板基礎。基底埋深約5.7 m,地基處理采用混凝土灌注樁。7號、9號樓試樁采用C45混凝土,工程樁采用C30混凝土,樁徑 800 mm,1 000 mm,有效樁長均為21 m,圖紙設計要求超灌0.8 m,其中樁徑800 mm的58根,樁徑1 000 mm的10根,7號、9號樓各三組試樁,錨樁12根;8號樓試樁采用C55混凝土,工程樁采用 C35混凝土,樁徑600 mm,800 mm,有效樁長均為21 m,圖紙設計要求超灌0.8 m,其中樁徑600 mm的 58根,樁徑800 mm的61根,8號樓三組試樁,錨樁15根。7號～9號樓均采用沖擊鉆機成孔,用導管水下灌注混凝土灌注成樁,7號、9號樓試樁要求單樁承載力極限值樁徑800 mm的為7 200 kN、樁徑1 000 mm的為10 800 kN;7號、9號樓工程樁要求單樁承載力特征值樁徑800 mm的為3 600 kN、樁徑1 000 mm的為7 200 kN;8號樓試樁要求單樁承載力極限值樁徑600 mm的為5 000 kN,樁徑800 mm的為8 600 kN。8號樓工程樁要求單樁承載力特征值樁徑800 mm的為3 600 kN,樁徑600 mm的為2 500 kN。

3 地質概況

根據建設單位提供的該場地巖土情況,可重點利用以下4層:

第①1層雜填土,第①2層素填土;第②層中粗砂;第③層粉質黏土;第④層卵石

4 灌注樁施工工藝及要求

4.1 工藝流程

機械就位安裝→十字線定樁位→埋設護筒→鉆孔→清孔→打樁機械移位→安放鋼筋籠→安裝導管、漏斗、料斗→灌注水下混凝土→拆除導管和漏斗、料斗→拔出護筒→打樁機移位進行下一根樁施工。

4.2 操作要點

1)機械就位安裝:本機械就位采用“自牽法”,要求場地平坦、實在。就位時機械前后軸用2根250 mm×250 mm×4 000 mm的方木順機向墊高,輪胎懸空,讓方木承受整個機體重量,并找平、安穩。2)十字線定樁位、埋設護筒:埋設護筒時孔位樁要挖掉,所以要在護筒外50 cm～80 cm處打入土中4個小栓樁,小栓樁的兩條直線的交點對正孔位樁,機械就位后按護筒直徑加20 cm以孔樁為圓心就地畫圓作為開挖護筒坑范圍。坑挖好后用機械將護筒吊入坑內,拉栓樁的兩條交點與護筒中心對正、安穩,護筒外圍10 cm空隙用黏土分層夯實。此時,校正鉆機主繩與十字同心,若不同心,需調整機械到同心為止,并應對四個栓樁加以保護,以便在施工中檢查,校正中心之用(也可采用前方木點距離定樁位法)。3)鉆孔:開機前護筒內填入適量黏土并加水,使開機就能造出泥漿護壁和護筒連成整體,否則,護筒下口處易出現塌方。剛開始應低沖程,慢進尺,使孔口形成圓滑、密實、直順狀態,這樣既可控制孔口塌方,也可起導向作用,當鉆頭全部進入護筒后再正常鉆進。鉆孔和抽渣過程中,要勤加壓力水,使孔內水位經常保持在護筒口以下0.30 m處,并視地質情況適時調整泥漿比重。一般地層鉆孔時泥漿比重控制在1.20～1.25左右,易塌孔的地層或遇有流砂層時可加大到1.30～1.40左右。4)清孔:當鉆孔達到設計深度后,停機往孔內填入適量黏土,使孔內懸浮顆粒沉淀后,再開機沖擊數分鐘,使沉渣與黏土混合后再抽查,這樣重復幾次,清孔比較徹底。清孔后開灌前泥漿比重一般控制在1.10以內。清孔后應及時驗孔。驗孔內容包括:孔深、成孔垂直度、沉渣厚度、泥漿比重等內容。具體檢測方法如下:a.測孔深:清孔后用測繩測量。b.測垂直度:用測斜儀器測量或吊起驗孔器,從孔口下到孔底測量鋼絲繩,當驗孔器在孔口、孔底時的偏移變化,以求出成孔垂直度的偏差。c.測量沉渣厚度:清孔后測量一次孔深,下鋼筋籠之前再測量一次孔深,第一次測量值減去第二次測量值的結果即為沉淀厚度。d.測量泥漿比重:在清孔結束前用泥漿比重計測試孔口排出的置換漿液。5)安放鋼筋籠:鋼筋籠加工按圖紙要求進行,要求焊接順直,為控制保護層厚度,應在鋼筋籠主筋上加焊扶正器,每4個為一組,一組2 m,沿鋼筋籠同一截面外圍均勻布置,扶正器用φ 8鋼筋制作。鋼筋籠運輸、吊裝入孔要采取保護措施,防止扭曲變形。6)安裝導管、漏斗、料斗:安裝導管的基本要求是直順,不漏氣。導管直徑250 mm,每節長度1 m～3 m,兩節導管連接時,兩法蘭螺栓應對頭擰緊,嚴禁一個螺栓擰緊后再擰別的螺栓,這樣法蘭會張嘴漏氣,造成灌注混凝土時導管內進水。導管底口距孔底距離一般在0.40 m～0.60 m為宜,太低混凝土出導管口不暢,過高則影響樁尖混凝土強度。導管安裝完畢,將漏斗吊起,嘴子插入導管上口部安穩,以便于吊放和倒混凝土為宜。7)灌注水下混凝土:a.首灌混凝土在導管上口和漏斗嘴之間要設置隔水栓(用砂球、砂包等即可),漏斗的容積要大于首次封底后導管埋深1 m所需混凝土量的體積。b.灌注混凝土過程中,設專人測量、記錄混凝土灌入量、孔內混凝土面升高值、導管埋深等數據。8)拆除導管、漏斗、料斗及護筒:混凝土灌注到設計標高以后(一般應考慮浮漿層0.80 m)即停止灌混凝土,拆除孔內導管及上部漏斗,拔出護筒,并清洗干凈,以備下次再用。

5 后壓漿施工工藝及參數

5.1 施工參數

在鋼筋籠上裝配壓漿管,一根樁側壓漿管,兩根樁端壓漿管下入孔底,超出籠底300 mm,樁側壓漿管設在距樁頂15 m。樁身混凝土養護7 d后進行壓漿,首先注水確定管路通暢后方可注漿。注漿材料選用32.5礦渣硅酸鹽水泥,水灰比0.6,注漿壓力約1 MPa～4 MPa,可通過實驗調整。水泥用量:樁底注水泥量1 500 kg,樁側注水泥量800 kg。

5.2 施工工藝

套管下料→安管固定→安裝底閥→安裝側管→封口注漿開管→放水制漿→注入→記錄→完成。

5.3 工程做法

1)加工注漿管:注漿管采用φ 20鋼管,根據成孔應高出地面30 cm～50 cm,以便注漿,在下籠過程中禁止強行扭籠、墩籠及其他粗暴動作,上部用管帽封閉加以保護,防止損壞。2)制漿:攪拌池直徑為1.45 m,放入定量水后再加定量水泥攪拌,放入下池備用。為防止水泥沉淀,下池待用仍需攪拌。3)注漿:確定高壓管連接于樁底(側)管一側,即用清水打開,壓力表現為慢高突低。一般開閥壓力大于5 MPa,小于10 MPa,一般工作壓力 1 MPa～3 MPa。確定打開后,放底閥(吸漿管)于待用漿池中,開始注漿、記錄、觀察。注完側閥后待6 h即可開底閥,注完后記錄。有返漿現象時,采用間歇注漿,直到注完規定水泥漿量,記錄完成注漿。注漿速率 32 L/min～60 L/min。4)量化:注側管時,注入 27 cm或53 cm高的水,投入800 kg或1 500 kg水泥攪拌均勻后過濾放入待用漿池中,即成0.6∶1的水泥漿。5)終止條件:a.注漿總量和注漿壓力均達到設計要求;b.注漿總量已達到設計值的75%,且注漿壓力超過設計值。

6 技術經濟效益

灌注樁后壓漿技術是建設部推廣的新技術之一,施工中通過優化工藝參數,使單樁承載力提高40%～120%,樁基沉降減少30%左右,有效地降低了工程建設成本。

[1] 郝曉光.淺談鉆孔樁施工工藝[J].山西建筑,2008,34(8):137-138.