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  • 浅谈后压浆在钻孔灌注桩基础加固中的应用

    摘要:为了提高桥梁钻孔灌注桩桩基承载力,近年来出现了后压浆钻孔灌注桩这一新技术。本文结合工程实例,阐述了灌注桩后压浆加固机理,参数的确定,施工工艺及在实际桩基加固工程中的应用。

      关键词:钻孔灌注桩 加固机理 压浆参数 施工工艺

      1前言

      近年来我国桥梁工程对钻孔灌注桩桩基承载力的要求越来越高,为了满足设计承载力要求,桩基的持力层要求是较为完整的岩石层,桩长和桩径尺寸往往做的很大,使得桩基部分的工程造价较高,同时给施工带来很大的困难。为了解决这一工程问题,在设计和施工中经过多年的探索和实践,总结了一套钻孔灌注桩后压浆法加固桩端地基的方法,大大缩短了桩长,取得了良好的经济效果。

      2钻孔灌注桩基础后压浆的应用

      铜川至黄陵高速公路项目TH-C07标段党家塬大桥采用φ1.5m钻孔灌注桩群桩基础,后卯中桥采用φ1.2m钻孔灌注桩群桩基础,由于桩基的持力层为砂泥软石土层,且土粒与软石为轻微胶结,为提高桩基的承载能力,对钻孔灌注桩采用桩底后压浆进行加固处理。

      3加固机理

      3.1 改善持力层条件、提高桩的承载力

      钻孔灌注桩成孔过程中,土体扰动、桩底沉碴和桩周泥皮对桩基承载力产生严重负面影响。为了改善和提高桩基承载能力,桩底压浆使浆液在高压作用下对沉碴及桩周土劈裂、渗扩、填充、压密、固结等作用使桩端持力层在一定范围内原本松散的碎石、土粒和裂隙胶结成一个高强度的结合体,从而改善持力层的物理力学性能,恢复和提高持力层土体强度。

      3.2 提高桩侧摩阻力

      钻孔灌注桩与桩周土体间空隙降低了桩侧摩阻力;桩周泥皮阻碍了桩身与桩周土的结合,降低了摩擦系数,同样降低了桩侧摩阻力。桩底压浆在高压作用下,浆液沿桩土界面上返,通过渗扩、填充、胶结综合作用对桩周泥土置换和空隙充填,在桩周形成脉状结合体,使桩侧摩阻力大幅度提高;同时浆液横向渗透到桩侧土层中也起到了加大桩径的作用,从而改善持力层受力状态和荷载传递性能。

      4压浆参数的设定

      压浆参数主要包括压浆水灰比、压浆量以及终止压浆压力。在桩基施工前,应根据以往工程的实践经验,先设定参数,然后根据设定的参数,进行试桩的施工,试桩完成后达到设计的强度,进行桩的静载试验,最终确定试验参数。

      (1)水灰比应根据土的饱和度、渗透性确定。对于饱和土,水灰比宜为0.45~0.65;对于非饱和土,水灰比宜为0.7~0.9(松散碎石土、砂砾宜为0.5~0.6);低水灰比水泥浆宜参入减水剂。注浆少,压力大,可调大水灰比。

      (2)压浆总量与持力层的孔隙率以及桩间距有关,在砂泥软石土层软石含量为50%~70%,桩间距为4~5m 的条件下,压浆量一般为115~210t。

      (5)桩底终止压浆压力应根据土层性质及压浆点深度确定,对于风化岩、非饱和粘性土及粉土,压浆压力宜为3~10MPa,对于饱和土层压浆压力宜为1.2~4MPa,软土宜取低值,密实粘性土宜取高值。

      5后压浆施工工艺

      5.1 施工准备

      5.1.1 材料准备

      (1)水泥宜采用硅酸盐水泥或者普通硅酸盐水泥,按规定批次进行抽检和报检。

      (2)水泥浆配合比设计及试验

      严格按照规范要求,进行水泥净浆配合比设计,确定理论配合比,并进行相关的检验。

      泌水率最大不得超过3%,拌合后3h的泌水率宜控制在2%,24h后泌水应全部被浆吸收。

      水泥浆液从拌制到使用的最长时间,应通过试验来确定,一般不得超过2~3h。

      (3)压浆管和压浆阀

      压浆管采用内径为5cm的白铁管,超声波检测管可兼使用。

      压浆阀应能承受1MPa以上的净水压力,压浆阀外部保护层应能抵抗砂石等硬物的刮撞面不致使压浆阀受损,且具备逆止功能。

      5.1.2 设备准备

      (1)压浆的机械设备主要有高压清洗机、注浆泵(额定泵压应大于设计最大压力的1.5倍)、压力表、水泥搅拌机、储浆筒(容积不小于0.5m3,顶口加盖滤网)、水泵、安全阀门、电焊机、气割设备等。

      (2)压力表必须经过有资质的计量单位检验校核,量程不小于压浆设计最大压力的1.3倍,一般为10~15MPa。

      5.2 施工要点

      (1)压浆管的布置:每根需要实施桩底压浆的钻孔灌注桩设置3根压浆管(超声波检测管可兼使用),长度需满足桩底压浆的要求,下端伸出桩底35cm,上端高出桩顶(或工作面)50cm,对称布设于钢筋笼上,管与管之间采用丝牙连接。压浆管与钢筋笼采用铅丝绑扎或用“U” 形钢筋焊接固定,应均匀、牢固。桩端压浆管固定在加筋箍内侧,布置在两根主筋之间,每道加筋箍设一个固定点;桩侧压浆管固定在螺旋箍筋外侧,按1.5m间距固定。管底段安装单向阀,单向阀安装时应用防水胶带固定缠裹密封,缠裹应结实严密,且满足正常压浆压力作用下能顺利打开。在钢筋笼吊装安放过程中要注意对压浆管的保护,钢筋笼不得扭曲,以免造成压浆管在丝扣连接处松动,单向阀部分应加混凝土垫块保护,不得摩擦孔壁以免造成压浆孔堵塞,确保管路畅通。

      (2)压水试验:成桩3天后先用压浆泵从1#压浆管内压入清水,冲洗孔底泥浆,直至2#、3#压浆管冒出清水为止。压水试验不仅可以疏通压浆通道,而且可以根据压水试验结果对压浆的有关参数做出相应调整。

      (3)压浆桩位及压浆时机的选择:为防止压浆时水泥浆液从临近薄弱地点冒出,压浆的桩应在混凝土灌注完成14天(混凝土强度达到80%)后,并且该桩周围至少8米范围内没有钻机进行钻孔作业,此外,该范围内的桩基混凝土灌注完成均应在3天以上。

      (4)压浆施工顺序:压浆时最好采用整个承台群桩一次性压浆,压浆先施工周圈桩再施工中间桩,压浆时采用2根桩循环压浆,即先压第1根桩的A管,压浆量约占总量的70%,压完后再压另1根桩的A管,然后依次为第1根桩的B管和第2根桩的B管,这样就能保证同一根桩各压浆管压浆时间间隔30~60分钟以上,给水泥浆一个在土体中扩散的时间。

      (5)压浆施工:钻孔灌注桩成型14天,混凝土强度达到80%后,进行超声波检测,而后进行桩底压浆。将配制好的水泥浆液经压浆泵加压输入到压浆管内,高压浆液通过管底的单向阀门进入桩底的土中。在正式压浆前,应检验配制好的水泥浆液的流动性、稳定性、均匀性、水泥浆液凝固时间,浆液浓度调整时机等施工控制参数。

      5.3 终止压浆标准

      当满足下列条件之一时,可终止压浆:

      (1)压浆总量已达到设计要求。

      (2)压浆总量已达到设计要求的75%及以上,且入口压力已达到试验确定的最大压力。

      (3)压浆总量已达到设计要求的75%及以上,且地面已冒浆。

      5.4 压浆施工中出现的问题和相应措施

      (1)当压浆压力长时间低于正常值或地面出现冒浆或周围桩孔串浆,应改为间歇压浆,间歇时间应为30~60分钟,或者调低浆液水灰比。

      (2)若遇压力达到10MPa以上仍然打不开压浆阀,说明压浆阀部位已经损坏,不要强行增加压力,可在另一根管中补足压浆数量。

      (3)压浆作业必须连续进行,若因故中断,应按以下原则进行处理:

      尽可能缩短中断时间,尽快恢复压浆作业;若中断时间超过30分钟时,应立即冲洗设备和管路,以防浆液固化。

      恢复压浆后,应先用大水灰比浆液压浆,当管路畅通后,再恢复到正常的水灰比。

      5.5 质量检验

      后压浆完工后,应提供水泥、水和外加剂的材质检验报告,压力表检定证书、试压浆记录、设计工艺参数、后压浆施工记录、特殊情况处理记录等资料。

      桩底密实度、桩底浆液均匀性、桩底浆液有效深度在现场进行实测,每处检测不少于2根桩,每根桩须一个钻芯取样,确保压浆质量。

      6结语

      实践证明,钻孔灌注桩桩底后压浆具有缩短桩长,缩小桩径,提高桩基承载力,提高施工进度和降低工程造价的优点,所以,在具备条件的工程中推广后压浆施工工艺有着重要的意义和广阔的前景。

      参考文献:

      [1] 《中华人民共和国行业标准,建筑桩基技术规范》JGJ94-2008[S],中国建筑工业出版社,2008.10

      [2] 《公路桥涵施工技术规范》JTG/T F50-2011[S] 人民交通出版社,2011.8

      [3] 罗超云 彭修权, 超长大直径钻孔灌注桩桩底压浆施工[J]公路2006.6

      [4] 王若民,后注浆技术在灌注桩中的应用[J],山西建筑,2005,31(17)

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