鉆孔灌注樁樁底壓漿施工技術及應用分析

一、前言

鉆孔灌注樁具有單樁承載力高、對不同地質條件適應能力強、無擠土效應等優點,已被廣泛地應用于房建、橋梁等基礎工程中。但其最大的缺點是:施工工序多, 工藝復雜,施工中孔底沉渣很難清理干凈、泥漿護壁降低樁側土摩阻力影響到其承載力的發揮。

采用鉆孔灌注樁樁底壓漿技術可以較好地克服這些不足,其做法是: 在鋼筋籠上預埋由地面直通樁底的注漿管, 在樁身混凝土澆灌完成后的一定時間內實施樁底壓漿, 使樁底的沉渣和樁周的泥皮產生固結, 從而增強端承力和側摩阻力, 顯著提高單樁承載力。

筆者在此談談鉆孔灌注樁樁底壓漿技術在不同地基土持力層中的應用情況, 以期通過實例對鉆孔灌注樁樁底壓漿施工工藝進行分析。

二、樁底壓漿目的

鉆孔灌注樁是一種水下施工作業樁, 施工工藝復雜, 隱蔽性強, 持力層巖土體本身存在軟弱夾層及裂縫等影響強度的缺陷; 并且在樁基施工時, 由于孔洞深, 施工難度大, 故可能存在縮徑, 樁底周邊與基巖相脫離等現象, 尤其是在樁徑較大的鉆孔灌注樁施工中, 這些現象尤較為普遍。這些問題都是影響單樁承載力的不利因素, 而通過樁底壓力注漿卻能夠有效提高單樁承載力, 對減少承載后的沉降量具有一定的效果。

三、實例

實例一

某一座高層住宅,樓高90m, 地下室二層, 樁基采用800mm 嵌巖型鉆孔灌注樁: 最深樁長50m, 共199 根。樁身采用C30 混凝土, 設計要求樁端嵌巖于中風化巖層或微風化巖層, 嵌巖深度: 700～1500mm, 樁底采用壓力注漿技術。單樁極限承載力標準值為8000kN, 承載力設計值為5400kN, 設計要求孔底沉渣厚度小于50mm。

1、工程地質土層分布

從上到下依次為: ( 1) 雜填土: 層厚2.1～5.9m; ( 2) 粘土:層厚0.16～2.6m; ( 3) 淤泥: 厚度4.6～10.7m; ( 4) 粘土: 層厚2.10～7.8m; ( 5) 淤泥質粘土: 層厚3.19～15.8m; ( 6) 粉質粘土: 層厚0.16～12.9m; ( 7) 淤泥質粘土: 層厚1.5～3.9m;( 8)粉質粘土: 層厚2.9～6.4m; ( 9) 殘積砂質粘性土: 層厚1.6～6.7m; ( 10) 強風化花崗巖: 層厚0.9～3.5m; ( 11) 中風化花崗巖: 層厚0.4～5.4m; ( 12) 微風化花崗巖。

2、鉆孔灌注樁樁底壓漿工藝過程:

(1) 壓力注漿管安放: 將兩根 20mm 鋼管綁扎在鋼筋籠兩側作為注漿管, 在其底部約25cm 范圍內梅花狀布孔12個,孔徑5mm( 孔眼部分用橡膠包裹鉛絲纏繞扎緊) 。管內注滿水后隨鋼筋籠同步放入孔內, 伸至孔底, 頂部露出孔口20cm。要檢查注漿管是否連接可靠嚴密, 以防止下放時巖土土體、砼灌注料滲入管內堵塞管道。

(2) 壓水試驗: 待成樁后3～7d 左右用高壓水壓通注漿通道, 壓水量控制在0.3～0.6m3, 壓水時間3～5min, 壓力2MPa。壓水試驗是注漿工藝一道不可忽視的重要環節, 通過預壓可以疏通管道以檢查注漿管內是否堵塞, 為注漿做好充分準備。

(3) 注漿施工: 是注漿工藝最后一道工序, 注漿漿液由水泥攪拌機( 300L) 、濾網、儲漿筒( 500L ) 、注漿泵( 設最大壓力10MPa 的壓力表) 、樁孔口壓力表、注漿管而到樁底。注漿過程要控制好幾個主要指標參數, 包括注漿壓力、注漿濃度、注漿量等等。

①注漿濃度、注漿量: 首先用較稀逐漸增加濃度, 最后注入濃漿, 并根據持力層巖土性狀和沉渣量等因素事先計算好注入量。本過程注漿時將水灰比3:1 的水泥量120kg、水灰比0.8:1 的水泥量360kg 及水灰比0.5:1 的水泥量1020kg 依次注入;

②注漿壓力: 以壓水壓力為注漿起始壓力, 注漿終壓力是初壓力2～3 倍, 還要根據樁長、巖土體性狀等現場情況終合考慮及時選擇和調控, 本過程起始壓力200MPa, 終孔壓力3～6MPa;

③注漿結束標準: 注漿壓力達到終壓, 終壓為初壓2～3倍, 并穩定在5～15min 完成注漿工作, 注漿時間大約需要1h。

3、施工主要注意事項

(1) 串孔現象: 由于地層空隙率及持力層裂隙的存在, 在進行注漿時可能會有水泥漿從鄰近樁已開塞但未注漿的管中噴出, 造成注漿堵塞, 致使今后可能注漿失敗。為避免因串孔而造成注漿失敗, 采用分片開塞, 分片注漿的施工流水作業。

(2) 注漿管: 通過注漿管來完成的, 注漿管長度不夠, 則樁底承載力得不到加強, 影響樁端承載力。

(3) 注漿壓力: ①壓力逐漸上升, 但達不到要求的壓力,這可能是漿液在粘土中形成脈狀劈裂滲透, 或漿液濃度低、凝膠時間長, 或部分漿液逸出。②注漿開始后壓力不上升,甚至離開初始壓力值呈下降趨勢, 這可能是漿液外逸。③壓力上升很快, 而速度上不去, 表明土層密實或凝膠時間過短。④壓力有規律上升, 即使達到容許壓力, 注漿速度也很正常( 變化不大) ,這表明注漿是成功的。

4、單樁承載力試驗結果及分析:

(1) 單樁靜載試驗結果: 35# 、100# 、115# 樁最大試驗荷載加至8000kN 均正常, 累計沉降均小于40mm, 單樁極限載荷均超過8000kN, 滿足設計要求。

(2) PDA 高應變動測結果: 59# 、6 6# 單樁豎向極限承載力實測值為8570kN、8610kN, 具體結果詳見下表。

(3) 低應變動測結果: 通過對91 根樁進行低應變檢測,被測的91 根樁身質量均滿足設計要求。

表1 PDA 高應變檢測結果

5、由于在施工過程中嚴格控制好各個要關工序環節,正確選擇參數, 并能根據現場情況進行調整, 所以這項樁基工程在取得良好質量同時也取得良好社會效益。

實例二

某綜合辦公大樓, 樓高70m, 地下室一層, 樁基采用600mm 鉆孔灌注樁, 最深樁長35m, 共計樁數205 根, 樁身采用C25 混凝土, 樁端持力層為第⑦層粉質粘土層, 樁底采用壓力注漿技術。設計單樁極限承載力標準值為2400kN, 壓漿后設計單樁極限承載力標準值為2880kN, 設計要求孔底沉渣厚度小于50mm。

1、樁底壓漿工藝分析:

眾所周知, 泥漿護壁鉆孔灌注樁由于樁端存在沉渣和樁側存在泥皮, 其單位體積混凝土承載力小于打入式和靜壓式混凝土預制樁。如何提高泥漿護壁鉆孔灌注樁的承載力, 減少沉降是一個關鍵的問題, 所以近年來工程界都在著力開發樁底壓漿施工工藝, 取得了一定的成效, 但對于這種軟土持力層, 泥漿護壁成孔鉆孔灌注樁的樁底殘留沉渣并不是真正意義上的沉渣,如果也采用一般的樁底壓漿施工藝加固樁底, 只能使樁底殘留的部分稠泥漿變成強度不高的“水泥土”。

施工單位針對鉆孔灌注樁持力層為一般粘性土的情況,采用在孔底先填灌一層粗骨料( 厚度20～40cm) , 然后再灌注水下混凝土的辦法取得了較好的效果。

2、壓漿工藝: 在鋼筋籠兩側放兩根 20mm 注漿管, 將鋼筋籠吊入孔內固定, 第一次清孔后, 先向樁孔內均勻投入一定數量的骨料( 骨料粒徑和數量根據樁徑等情況確定) , 成樁結束后待混凝土終凝對預埋的注漿管進行疏通, 防止注漿管堵塞,等到樁身混凝土強度達到75%后開始注漿。

(1) 從注漿管上端壓入清水, 將樁底骨料中的泥漿稀釋并置換出來, 直到排漿管上口排出清水為止, 這時可以確定樁底骨料中泥漿已被清除干凈, 骨料空隙中充滿水。

(2) 將壓縮空氣送入壓漿管用壓縮空氣的壓力將骨料空隙中的水排除出來, 直至水被排除干凈, 空隙中只有空氣存在。

(3) 馬上壓入水泥漿, 直至樁頂排漿管管口溢出灰色水泥漿后關掉漿管上口閘閥, 繼續壓漿將預拌水泥漿壓完。這樣相當于在骨料的間隙注入高強水泥漿取得較好的效果。

3、施工結果檢測:

(1) 單樁靜載試驗結果: 對3 根31m 長樁進行單樁靜載試驗, 由檢測結果知道, 3 根31m 長樁的豎向極限承載力標準值均大于2880kN, 滿足設計要求。

(2) PDA 高應變動測結果: 檢測結果發現被檢測樁的單樁極限承載力均超過設計單樁極限承載力且樁身質量均能滿足設計要求。

4、樁基工程質量被評為優良。

四、結語

由以上樁底壓漿施工實例說明鉆孔灌注樁樁底壓漿工藝具有良好的發展前景, 它不但具有節約樁基成本, 提高單樁承載力, 提前工期, 減少樁數等特點, 且能較大限度地保證樁身質量并收到良好的社會效益, 具有較強推廣和應用價值。同時隨著鉆孔灌注樁樁徑的增大, 樁底壓漿施工工藝的改進還是一個需要進一步探討的課題。