浅谈桩基复合注浆法施工技术

摘 要:随着城镇城市建设的快速发展,基础的加固技术不断更新,本文结合工程案例,对复合注浆法和花管灌浆技术进行了论述,以供同行参考。

关键词:复合注浆花管注浆

1 前言

随着我国建设事业的不断发展,桩基础在建筑工程中得到了广泛的应用。但由于受勘察布孔的局限性影响,或施工方法的不当,许多桩基的承载力达不到设计的要求需要加固处理.复合注浆法是将静压注浆法和高压旋喷注浆法进行时序结合发挥两种注浆技术优势的一种新型注浆技术。

某酒店其室外游泳池面积约为 3 000 m2,分为深水区和浅水区;深水区水深为3.8m,浅水区水深为0.8m(临近江边)。基础设计采用为冲(钻)孔灌注桩,桩端持力层设计为粗砂碎石土层,桩径为< 1 200 mm,桩身砼设计强度为C30,设计单桩竖向承载力为1500kN,摩擦性桩基础。该游泳池桩基础由于淤泥层太厚进行了部分换土,设计标高高出原地面1.5m;在游泳池边5m深的水循环系统管道沟的开挖,出现塌方,造成浅水区下部分换土层和回填土被掏空,水池浅水区出现多条2～5mm结构裂缝。本工程决定采用高压旋喷法和静压灌浆以及花管灌浆相结合的综合注浆法。

2 复合注浆法加固缺陷桩基的工艺技术

2.1 施工工艺

复合注浆法加固缺陷桩基的施工工艺流程,具体技术措施如下:

2.1.1 注浆钻孔施工:对桩基的桩身缺陷或桩底持力层缺陷进行加固时,先采用地质钻机在桩中进行钻孔抽芯或在桩侧进行钻孔,对桩身缺陷加固时需在桩中钻孔抽芯至缺陷位置以下1m左右,对桩底持力层缺陷加固时需根据设计桩底持力层要求从桩中或桩侧钻孔抽芯至完整持力层以下3m左右。钻孔孔径一般开孔为110mm或101mm,终孔直径为101mm或91mm,钻孔垂直度偏差保证

2.1.2 建立孔口注浆装置:注浆钻孔施工完成以后,在注浆孔口建立注浆装置。孔口注浆装置采用预埋设的方式固定在桩顶注浆孔口,采用水泥浆或水泥水玻璃浆液将孔口装置与钻孔之间的间隙固定密封。

2.1.3 采用高压旋喷方式喷射清水进行冲洗扩孔:孔口注浆装置埋设1～2天后,先采用高压旋喷方式喷射清水对缺陷位置进行冲洗,喷射清水时需按设计规定的工艺参数(喷射压力、提升速度、旋转速度)进行喷射,将注浆管分段下入孔底,每段注浆钻杆需连接紧密并采用麻丝密封。旋喷清水采用从下而上的方式。旋喷清水一般采用单管旋喷注浆方式,清水一般喷射1～3遍,经喷射清水后,可扩大喷射直径和增加固结体的强度。

2.1.4 采用高压旋喷注浆方式进行注浆:按要求进行清水喷射洗孔和扩孔后,再采用高压旋喷注浆方式进行旋喷注浆。将注浆管分段下入孔底后,从下而上进行旋喷注浆,旋喷注浆一般采用单管旋喷注浆方式。

2.1.5 采用静压注浆方式进行注浆:高压旋喷注浆结束后,利用孔口注浆装置封住孔口进行静压注浆。静压注浆开始时采用较稀的浆液和较低的注浆压力,随后逐渐增加浆液浓度及加大注浆压力,直至设计注浆量和注浆压力为止。一般静压注浆在浆液终凝前需进行2～3次灌注。静压注浆可以采用单液也可采用双液注浆。

2.1.6 封孔:静压注浆结束后,若注浆孔口冒浆,需对孔口进行封闭处理,防止浆液流出;若注浆结束后孔内浆液有流失,需补灌浆液到注浆孔内浆液饱满为止。

2.2 复合注浆法的浆液材料

2.2.1 主剂:采用水泥浆为主剂,对既有建筑物地基加固注浆时水泥一般采用42.5#早强型硅酸盐水泥。对桩基础缺陷进行加固补强注浆时,为了获得较高的固结体强度,采用高标号的52.5#普通硅酸盐水泥。

2.2.2 外加剂:常用外加剂为速凝剂、早强剂等。速凝剂常采用水玻璃,水玻璃加量一般为水泥用量的2%～4%。采用双液进行静压注浆时,水玻璃用量可为水泥用量的10%～100%。早强剂为氯化钙和三乙醇胺,用量一般为水泥用量的2%～4%。

2.3 施工工艺参数

2.3.1 旋喷注浆压力:采用单管高压旋喷法时:浆液或清水喷射压力:20～30MPa;采用二重管高压旋喷法时:空气压力为0.7MPa,浆液压力为20～30MPa;采用三重管高压旋喷法时:水压力为:20～30MPa,空气压力为0.7MPa,浆液压力为2～5MPa。在既有建筑物地基加固注浆时常采用单管高压旋喷,其压力常用20～25MPa;在对桩基缺陷进行加固补强注浆时采用单管高压旋喷或三重管高压旋喷,注浆压力常用25～30MPa;

2.3.2 喷射提升速度:10～20cm/min;在既有建筑物地基加固注浆时采用20cm/min;在对桩基缺陷进行加固补强注浆时采用10～15cm/min;

2.3.3 喷射旋转速度:20～40r/min;

2.3.4 静压注浆压力:在既有建筑物地基加固注浆时采用0.3～2.0MPa;对桩基缺陷进行加固补强注浆时采用0.3～5.0MPa;注浆压力需根据每个工程的不同土质条件及注浆部位进行注浆压力设计;

2.3.5 浆液水灰比:旋喷注浆时采用1∶1～1.2∶1;静压注浆时采用0.5∶1～1.2∶1。

2.4 加固效果

加固效果的检测复合注浆法加固缺陷桩基后的效果检测,应主要以承载力检测为主,因此检测方法主要采用高应变法和静载试验法,抽芯法和低应变法主要作为直观检测方法。通过检测经过加固后缺陷桩的主要缺陷是否已经充分注入水泥来判断加固效果。

2.4.1 高应变法:对于三级建筑桩基以及工程桩施工前已进行单桩静载试验的一、二级建筑桩基,可以采用高应变法对工程桩单桩竖向承载力进行检测。高应变法还可直接反映桩身质量来判断加固效果。检测桩数不宜少于总加固桩数的5%,并不得少于5条。

2.4.2 静载试验法:一级以及地质条件复杂、桩的施工质量可靠性低、桩数多的二级建筑桩基,应采用静载试验进行。检测桩数为总加固桩数的2%,且不少于3条。

2.4.3 抽芯法:检测桩数为总加固桩数的5%,且不少于5条。抽芯孔数:D1.6m,每桩钻3孔。抽芯孔深度:每孔至少应有一孔钻至设计要求的深度,如设计未有明确要求时,宜钻入持力层3倍桩径且不小于3m。

2.4.4 低应变法:通过对比缺陷桩加固前后的波形变化,定性分析加固效果。低应变法应用的关键是缺陷桩加固前应进行检测,以便进行加固前后的波形对比。低应变法的检测数量为加固桩数的100%。

3 花管注浆

花管注浆是将注浆管通过钻孔下入地层,采用分段注浆工艺,使浆液在压力条件下,较均匀地进人地层,以达到浆液在地层中分段可控、均匀扩散的目的。注浆时设置注浆外管,注浆外管将永久留在土体中,注浆外管每隔一定间距预留出浆口,在出浆口处加设截止阀,注浆时,将带封堵装置的注浆内管置入注浆外管内,对需要注浆部分进行注浆。这样在土体中产生以钻孔为核心的桩体,且在桩体土体裂隙中形成抗剪能力强的树根网状浆脉复合体。

灌浆技术是利用压力将能固结的浆液通过钻孔注入岩土孔隙或建筑物的裂隙中,使其物理力学性能改善的一种方法。下面主要介绍一下花管注浆施工工艺。

在表面已有杂填土石且靠近铁路和既有道路等地段,设计采用花管注浆法进行处理。在管线位置,注浆顶面的高度控制在管线的基础底面。

设计要求及标准:a.以注浆孔为中心,以孔距为边长的单桩复合地基承载力标准值大于140kPa;b.经开挖检验,注浆加固的有效影响半径应达0.5m以上。注浆孔距纵横向各0.8m,平面上按梅花形布置。花管注浆所用水泥为42.5#普通硅酸盐水泥。

3.1 测量放线

在基本整平的场地上,利用施工基线和辅助基线,测放出注浆孔的孔位,用竹桩等作出明显标记。桩位误差不大于2cm。测量工作面标高,沿钻孔位置开挖沟槽和集水坑,及时排出冒浆和孔内水,以保持场地整洁干燥。

3.2 试验注浆

在正式开工之前,在现场进行注浆试验。根据设计要求的水泥用量等指标,最终确定控制压力、水泥用量、配合比、注浆次数等施工参数。

3.3 制作及插入花管管

花管管可采用钢管,管外径30mm,能够承受的最大压力大于3.0MPa。注浆孔开孔间距为330mm,开孔处管外紧箍橡胶套,覆盖注浆孔。钢管的底端头用土工布等物包紧扎死,防止封壳料进入钢管。拔出套管后插入钢管至设计深度。

3.4 配备注浆液及注浆

注浆液采用纯水泥浆,注浆所用水泥为42.5#普通硅酸盐水泥,水灰比按注浆次序有一定调整,依次减少,控制范围为1.00~0.45。为了增加可灌性,在浆液中可加入水泥用量0.3%~0.5%的复合型减水早强剂。搅拌机采用叶式机械搅拌机,应能保证浆液能连续均匀搅拌,才能过滤。浆液须在搅拌均匀过筛后,再泵送压注,在注浆过程中,浆液应连续搅拌,搅拌时间应大于2min。

注浆泵采用柱塞泵或双液柱塞泵,压送水泥浆液时,柱塞与缸体不直接接触,以减少磨损。按每米注浆加固深度控制注浆量,每米注浆深度水泥用量暂定为100kg。注浆的流量一般为7~15L/min。

注浆芯管应有双向密封装置,保证上下密封良好,达到定位注浆的目的。待封壳料初凝后,插入双向密封注浆芯管自下而上或自上而下进行注浆。注浆分次进行,一般可分为5次,每次注浆的间隔时间不小于12小时。每次注浆完毕后用清水冲洗输料管中的残留浆液,以利于下一次重复注浆。注浆进程中出现地面冒浆或压力突变,应立即停止注浆,查明原因,采取措施。单孔注浆结束标准应根据下列情况综合决定:a.注浆量达到设计要求;b.注浆压力超过设计值;c.地面冒浆。

3.6 花管注浆单孔工艺流程

安装钢注浆管进行第一轮次注浆清洗管内的残留浆液待凝2小时进行第二轮次注浆清洗管内的残留浆液待凝2小时进行第三轮次注浆

配合比为水泥:粘土:水=1∶1.5∶1.88,3天龄期抗压强度约为0.3Mpa。

第一轮次注浆,水泥用量为设计注浆量的50%。采用带有双向密封装置的专用注浆枪注浆,注浆从下而上逐环进行,浆液水灰比为9.0,全孔注浆段注浆完成后,把钢管插至钢管底,用清水把钢管内的残留浆液清洗干净。

待凝2小时后,可开始第二轮次注浆,水泥用量为设计注浆量的30%。注浆方法同第一轮次注浆,浆液的水灰比调整为0.8。

待凝2小时后,可开始第三轮次注浆,水泥用量为设计注浆量的20%。注浆方法同第一轮次注浆,浆液的水灰比调整为0.8。

注浆施工过程应做好相应的施工记录,对钻孔深度、每轮次注浆压力、每轮次注浆量、每轮次注浆时间和总注浆量等参数进行详细记录。及时整理资料,经常分析对比相邻注浆孔和相邻排注浆孔的注浆流量、注浆压力和注浆量等参数,根据各参数的变化情况估计注浆效果。对注浆过程中存在的问题,及时进行分析处理。

4 结论

综上工程实例说明,由于综合灌浆法的互补取优的特点,有着其他单一的灌浆法无法比拟的优点。随着城市建设的不断发展,特别是高层和其他大型建筑的不断出现,基础的形式和出现的问题也出现了不尽相同和越来越复杂多样,为保障建筑工程的质量,应注重积极研究探索施工的新技术。