灌注桩桩基后注浆施工技术

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  摘 要:作为建设部推广应用的一项新技术,本论文通过龙泽花园小区1-4#楼均为灌注桩桩基后注浆的工程实例及实际施工操作过程,叙述了后注浆灌注桩施工流程及操作要点,展现了相较于其他桩基的优势。
  关键词:灌注桩后注浆;工艺原理;工艺流程;操作要点
  1、前言
  随着城市向高层建筑发展,对桩基础承载力要求越来越高,传统单一的灌注桩工艺难以满足工程承载力的需要,存在着桩体周围有泥皮和桩底沉渣厚等问题,严重影响了灌注桩的桩端阻力和桩侧阻力。为改变这种状况,增加灌注桩单桩承载力,降低桩基沉降量,设计往往采取增加桩长,增大桩径、增加桩数的设计措施来弥补其不足。这势必造成材料增加及施工难度增加、工程造价增加等诸多问题。为解决这些问题,现行工程施工中采用灌注桩后压浆的施工技术很好的解决以上问题。灌注桩桩基后注浆(简称PPG)系指混凝土灌注桩成桩后,通过设置于桩侧、桩底的后注浆装置,将水泥浆加压注入桩侧、桩底,通过浆液的渗扩、劈裂、填充、压密和固结作用,消除灌注桩固有的桩身泥皮和桩底沉渣(虚土)缺陷,改善桩土工作界面,增大桩侧摩阻力和桩端承载力,从而大幅度提高单桩极限承载力并减少桩基沉降,被建设部列为《建筑业10项新技术(2010)》的推广应用技术。
  2、特点
  (1)后注浆装置构造简单、操作简便、可靠性好、附加费少、承载力大幅增加。
  (2)后注浆装置中的钢导管在压浆后可取代等强度截面的钢筋。
  (3)后柱浆可于成桩后2-30天内实施,不与成桩作业交叉,不破坏混凝土保护层,可与桩身完整性超声检测结合。
  (4)在优化工艺参数的条件下,可缩短桩长或减少桩数量,降低施工难度,加快工程进度;经过压浆,可减少群桩的总体沉降,简化上部结构设计。
  (5)经后压浆的桩基。其承载变形形状改善,沉降减少30%左右。
  (6)在设计时,有利于设计人员对持力层的灵活选择。
  3、适用范围
  3.1后注浆工法适用于各种地层土性条件下的泥浆护壁钻、挖、冲孔灌注桩,也适用于干作业钻、挖孔灌注桩。对于大直径、超长大型桩,其效益尤其显著。
  3.2端承桩宜采用桩底单注浆,摩擦端承桩易采用桩底、桩侧复式注浆。
  4、工艺原理
  4.1注入浆原理
  以注浆泵将配置好的水泥浆加压输入桩身内导管,通过桩底或桩侧注浆阀注入周围介质。桩底注浆时通过渗入(粗粒土)和劈裂(细粒土)作用注入桩底沉渣和周围一定范围的土体中,并在桩土软弱界面上扩大至桩底以上10-20m甚至更高的范围。桩侧注浆时,浆液通过渗入和劈裂注入注浆点以上的桩土界面一定范围内的土体中。
  4.2桩承载力的增加原理
  4.2.1沉渣和泥皮的固化效应:对于粗粒沉渣被水泥浆固化为中低强度的混凝土,对于细粒沉渣或虚土被固化为网状结石复合土体,端阻力由此提高。桩身表面泥皮应水泥浆的物理化学作用而固化,侧阻力由此提高。
  4.2.2渗入胶结效应:当桩底桩侧为粗粒土(卵石、砾石、粗中砂)因水泥浆的渗入胶结效应而使其强度显著提高。
  4.2.3劈裂加筋效应:当桩底桩侧为细粒土(粘性土粉土、粉细砂)劈裂注入,形成强度和刚度较高的网状加筋复合土体。对于非饱和细粒土,通过劈裂-压密注浆使土体得到增强。
  4.2.4扩底扩径效应:桩底形成扩大头,桩表面形成紧固于桩体的10—50mm厚水泥结石层,起到扩底扩径的效应
  5、工艺流程及操作要点
  5.1工工艺流程
  5.2操作要点
  5.2.1注浆设备及输浆管的安装
  1、注浆系统由浆液搅拌器、带滤网的贮浆斗、注浆泵、注力表、高注胶管、预埋在桩中的注浆导管和单向阀等组成。
  2、注浆泵系统选择
  注浆泵是实施后压浆的主要设备,注浆泵一般采用额定压力6-12MPA,额定流量30-100L/min的注浆泵,注浆泵的压力表量程为额定泵压的1.5-2.0倍。考虑到注浆过程中流量和压力调整的方便,工程中常采用流量及压力可调整的高压泵,如2tgz-120/105型高压压浆泵,该泵的浆量和压力根据实际需要可以随意变档调速,可吸取浓度较大的水泥浆、化学浆液、泥浆、油、水等介质的液浆,吸浆量和喷浆量可大可小。浆液搅拌器的容量与额定压浆量相匹配,搅拌器浆液出口应设置水泥浆滤网,避免水泥团进入贮浆筒后吸入注浆导管内而造成堵管或爆管事件。输浆泵与注浆管之间采用能承受2倍以上最大压浆力的加筋软管,其长度不超过50cm,输浆软管与注浆管之间设置泄压阀。
  5.2.2注浆装置的设置
  1、注浆导管:注浆导管应采用钢管,直径宜为25~32 mm,导管之间接头应采用螺纹管箍连接,不宜采用焊接接头。导管长度宜在桩底部伸出钢筋笼不少于20cm,以利于单向注浆阀扎入沉渣或虚土层不小于80mm,上部高出桩顶约50cm。注浆喷头以安装具备逆止功能的单向阀为佳。亦可将导管底部制成花管式压浆喷头,沿高度方向布置四排,排距30mm,每排环向布置3~4个直径4~6mm注浆孔。
  桩端后注浆导管的数量应根据桩径大小确定,对于直径≯1.2m的桩,沿钢筋笼园周对称设置2根,直径>1.2m而≯2.5m的桩,宜对称设置3根。桩侧后注浆管的设置应视地层情况、桩长和承载力增幅要求确定,可在离桩底5~12m以上、桩顶8m以下,每隔6~12m设置一道桩侧弹性注浆管阀。
  2、导管的防护及就位:导管上端应用丝堵封严,注浆端的带孔花管应采用适宜的低强度材料或胶带纸密封,确保在设计压力下顺利打开。导管应安置在钢筋笼内侧,并与钢筋笼主筋绑扎固定或焊接,固定点间距≯2m,并设一道加强箍;直径>1.2m的钢筋笼,加强箍直径<25mm,并每隔一箍设一道井字加強支撑。对于非通长配筋桩,下部应有不少于2根与注浆管等长的主筋组成的钢筋笼通底。钢筋笼长度在15m以内,导管应一次组拼固定在钢筋笼上整体吊放;长度超过15m应随钢筋笼的分段拼接在孔口安装。压浆管随同钢筋笼一起沉入钻孔中,边下放钢筋笼边接长压浆管,压浆管紧贴钢筋笼内侧,钢筋笼应沉放到底,不得悬吊,下笼受阻时不得撞笼、墩笼、扭笼。压浆管压浆后可取代等强度截面钢筋。   5.2.3注浆材料及制备
  1、浆液配比
  注浆材料宜采用采用与灌注桩水泥同强度等级的普通硅酸盐水泥,水泥强度等级不宜低于P·042.5,受潮结块或过期水泥不得使用。浆液的水灰质量比应根据土的饱和度、渗透性确定,对于饱和土水灰质量比宜为0.45~0.65,非饱和土宜为0.7~O.9,松散碎石、砂砾宜为0.5~O.6。按照先稀后浓原则,可选定二个配比分别供二轮注浆使用。
  2、浆液的制备
  对于独立单桩、桩距大于6d的群桩和群桩初始注浆的数根桩的注浆量应按估算值乘以1.2的系数。
  (2)浆液制备:工程施工时,后注浆正式注浆作业前,应进行试注浆,对浆液水灰比、注浆压力、注浆量等工艺参数调整优化,最终确定工艺参数。刚开始拌制水泥浆液时,水灰比应适中,以便根据压浆情况上下调整水灰比。
  施工中,工程具体做法为:通过试注浆搅拌水泥浆液时确定各种水灰比浆液容量,在搅拌器中找出各水灰比浆液(如水灰比0.45\0.48\0.51\0.54\0.57\0.6)的高度刻度,并在搅拌筒的外侧壁标示出相应的刻度。搅拌时,先在搅拌桶内放入比现场所需刻度稍低的清水,然后加入水泥搅拌均匀,根据现场注浆情况确定所需要的水灰比再加水搅拌均匀,浆液应拌合均匀,不能有明显的团粒或混有水泥结块、水泥袋等杂物。搅拌好的浆液通过滤网(网眼不大于3mm)置于储浆桶中,并不断搅拌,以防泌水沉淀。搅拌后3h泌水率不超过3%,泌水应能在24h内重新被水泥浆全部吸收;浆液应有足够的流动度,采用流锥法测定时,流动度控制在14~18s间。低水灰比浆液宜掺人减水剂,富含水地层浆液宜掺入促凝剂,高温季节宜掺入缓凝剂。过滤后可放入储浆筒以备压浆,浆液在储浆筒内应不停搅拌,避免浆液长时间静置而沉淀。
  5.2.4注浆施工
  1、桩位选择及注浆顺序
  应在符合最佳注浆时间的前提下,按先深后浅的原则选择桩位,一个承台下的多桩宜一次性连续注浆,群桩注浆应先外围桩、后中间桩;大直径桩的桩底注浆应采用2根桩循环注浆,即先注第1根桩的A管,注浆约占总注浆量的70%,再注第2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,最后按总注浆量轮番补足,并保证同一根桩两根管的时间间隔为30~60min,以利于浆液在土层中流动和扩散曲J。复式注浆对于饱和土宜先桩侧后桩端,非饱和土则宜先桩端后桩侧;多断面桩则应先上后下;桩侧注浆与桩端注浆的时间间隔不少于2h。注浆作业与成孔作业的直线距离不宜小于8m。
  2、开塞
  注浆前,为使整个压浆线路畅通,先用压力清水开塞,开塞的时机为成桩2-7天后,用高压水冲开出浆口的管阀密封装置,开塞采用逐步升压法,当压力骤降,流量突增时,表明通道已经开通,立即停机,防止大量水涌入地下。
  3、注浆
  (1)开塞后立即进行注浆,原则上开一管注一管,不允许普遍开塞。注浆应连续进行,压力采用由小到大逐级增加的原则。
  (2)后注浆技术的施工要点
  1)桩底压浆时,管阀底端进入桩端土层的深度应根据桩端土层的类别确定,持力层过硬时可适当减小。
  为保证管阀顺利进入桩底持力层中,管阀应超出引导注浆钢筋笼底端一定长度,超出长度根据土层类别或设计确定,保证管阀进入土层长度符合要求。管阀采用与压浆管同材料制作,长30cm,其中小孔喷射段20cm,均匀钻10mm孔于管壁上,喷射段小孔用环形橡皮由上而下逐层搭接封闭密实,最后在外面包裹一层橡皮,上下用铁丝扎紧。
  2)注浆
  5.2.5常见问题的处置
  1、当注浆压力长时间低于正常值、浆液流速较快,或地面出现冒浆、周围桩孔串浆时,应改为间歇式注浆,间歇时间为30--90min,同时可采取降低水灰比、加浓浆液、掺加促凝剂等施工措施。
  2、同一根桩的一根注浆管出现注浆压力很高、注浆量不足时,可在另一根注浆管补足整根桩的注浆量,邻近桩的的相邻注浆管也应适当补足相应的注浆量。
  3、注浆过程中注浆压力或注浆流量无变化,但桩身或地面出现明显上浮,如注浆总量未达设计值的75%,应查找原因采取相应措施,注浆总量已达设计值的75%则可终止注浆。
  4、如遇注浆管堵塞、碰坏无法注浆时,可在离桩侧壁20~30cm处钻φ150小孔作引孔,埋置内导管进行补压浆,补压浆量应大于设计注浆量。
  5、注浆作业过程记录应完整,并经常对后注浆的各项工艺参数进行检查,发现异常情况时,应立即查明原因,采取措施后继续注浆。
  6、材料及机具设备
  7、质量控制措施
  (1)成桩质量标准应符合JGJ94-2008《建筑桩基技术规范》Q/JY14-1999《灌注桩后压浆技术规程》的相应规定。
  (2)后注浆施工过程中,经常对后注浆的各项工艺参数进行检查,水灰比采用现场抽查形式,根据搅拌筒上的刻度进行水灰比计量,注浆压力采取跟踪检查压力表的形式发现异常应采取相应措施。
  (3)工程完工后,应按照现行JGJ94《建筑桩基技术规范》有关规定进行单桩竖向承载力及桩身完整性检验。承载力检验应在注浆后20d后进行,浆液中掺入早强剂时可提前进行。
  (4)对于注浆量等施工主要参数达不到试桩的相应值时,应征求设计单位的处理意见进行施工处理。
  (5)后注浆施工完成后应提供下列资料:材质检验报告、注浆设备性能资料、试压浆记录、设计工艺参数、后注浆作业记录、后注浆桩检验及特殊情况处理记录。
  8、工程实例
  2012年9月,龍泽花园住宅小区1#、2#、3#、4#,地下2层,地上26层,基础采用后注浆钻孔灌注桩筏板基础,灌注桩桩径600mm,桩身砼等级均为C35,有效桩长24m,桩端持力层为第7层土(粉质粘土夹粉土),桩内对称预埋4根钢管用于后注浆,后注浆水灰比为0.60,采用42.5号硅酸盐水泥,单桩水泥用量约1.5吨,注浆时先桩侧注浆,后桩端复式注浆。
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