钻孔灌注桩后压浆技术探讨

时间::2012-01-08 栏目: 编辑: 建筑质检员 点击: 6122 次 标签: 钻孔灌注桩 桩端后注浆技术

        现在所在的工程正在进行钻孔灌注桩施工,出现了一些问题,这是从网上搜集的资料,学习一下。

摘要:本文从钻孔灌注桩的成桩工艺、施工要点和钻孔灌注桩承载力计算的分析出发,主要研究桩底注浆法的基本理论、钻孔灌注桩桩底注浆对钻孔灌注桩承载力影响机理和合理的施工工艺,并根据初步建立的承载力计算模型对桩底压力注浆桩承载力的计算和分析。

关键词:灌注桩;压浆;工艺

1、前言

当地基的弱土层较厚(一般指4米以上),建筑物的荷载较大,采用浅埋基础不能满足强度和变形限制要求,做人工地基又没有条件或不经济时,常常采用桩基础。近年随着楼宇高度的不断增加及城市对噪音的严格控制,钻孔灌注桩越来越多地被采用,尤其在沿海发达地区,泥浆护壁钻孔桩便成为高层建筑基础形式的首选。钻孔灌注桩有其特有的承载力大、噪音低、对相邻楼宇影响小、施工安全性好等诸多优点,但质量控制直观性差,施工工艺较为复杂,水下混凝土施工要求严格,易出现孔底沉泥、夹渣、缩颈、露筋、离析、浮浆夹层等缺陷,施工中可采用压浆技术来改善桩的密实度,增加承载力。

2、钻孔灌注桩后压浆技术的国内外研究现状

1961年,在修建Maracaibo大桥桩基础中,首次应用了桩底和桩侧压浆技术。1975年,美国学者Gouvenot和Gabaix通过试验发现,粘土中的大直径灌注桩采用后压浆技术后极限荷载提高了3倍。而BruceD.A等人在80年代中期进一步指出后压浆工艺不仅能提高承载力,而且在深软土地区大量使用桩基的情况下,可以通过后压浆工艺提高桩的承载力进而缩短桩长而节省工程量以收到经济实用之效果。

国内学者在近几年结合工程原位测试发现,压力灌浆不仅能提高桩的端阻力,而且还能有效地改善桩土相互作用,并进一步指出其承载机理类似于扩底桩。另外一些学者在1998年发现浆液的胶结作用和浆脉劈裂土体现象,固结浆脉体象树根一样插入周围岩土介质中,促使桩侧摩阻力和桩底承载力大大提高。郭志业等通过几例钻孔灌注桩经桩底压浆和地基土水泥灌浆后发现桩侧摩阻力提高140%,单桩竖向承载力提高36-40%,沉降量减少20.80%,并且还发现,地层中颗粒越粗,承载力提高越大,沉降量减少越多。

3、后压浆技术(后灌浆)的基本理论

3.1、灌浆法的实质是用气压、液压或电化学原理,把某些能固化的浆液(如水泥浆等)注入各种介质的裂缝或孔隙,以改善地基的物理力学性质的一种技术方法。

3.2、灌浆法可应用于建筑基坑的止水帷幕,坑底的土体加固、防渗堵漏,地基的加固补强,对房屋桩基进行灌浆加固补强,其中包括预制桩、人工挖孔桩、钻孔灌注桩的桩身与桩端灌浆补强,特别是钻孔灌注桩的桩底注浆,它不仅解决了因桩底沉渣虚土造成沉降量过大的处理难题,而且可增加持力层强度,形成扩大头,从而提高桩的承载力。

3.3、灌浆工程中所用的浆液是由主剂(原材料)、溶剂(水)及各种外加剂混合而成,通常所说的灌浆材料是指浆液中所用的主剂。灌浆材料常分为粒状浆材和化学浆材两个系统,另可细分为不稳定粒状浆材、稳定粒状浆材、无机化学浆材和有机化学浆材等四类。

3.4、钻孔灌注桩孔底压浆量的控制

钻孔灌注桩孔底压浆量的多少直接影响桩的承载力。假设浆液按圆球形渗流扩展,钻孔灌注桩嵌入球体1d,根据土层的孔隙率和注浆量即可计算注浆有效直径,反之设定注浆有效直径即可计算注浆量。可建立以下平衡计算式:

浆液加固土体积+桩嵌入加固土体积=加固土球体积。

即:V/n+4лd³/3=4лD³/3

3.5、灌浆理论:

3.5.1、压密灌浆理论。通过钻孔向土层中注入浆液,随着土体的压密和浆液的挤入,将在压浆点周围形成灯泡形空间,并因浆液的挤压作用而产生向上抬力,从而引起地面局部隆起。

3.5.2、渗入性灌浆理论。在灌浆压力的作用下,浆液克服各种阻力而渗入孔隙或裂隙,压力越大,吸浆量及浆液扩散半径就越大。

3.5.3、劈裂灌浆理论。在灌浆压力的作用下,浆液克服地层的初始应力和抗拉强度,引起岩石或土体的破坏和扰动,使地层中原有的孔隙或裂隙扩张,或形成新的孔隙或裂隙,从而使低透水性地层的可灌性和浆液扩散距离增大。这种灌浆法所需压力较大。

3.5.4、电动化学灌浆理论。当在粘性土中插入金属电极并通以直流电后,就在土中引起电渗、电泳和离子交换作用,促使在通电区域中的含水量显著降低,从而在土内形成灌浆通道。若在通电的同时向土中灌注硅酸盐浆液,就能在通道上形成硅胶,并与土粒胶结成具有一定力学强度的加固体。

3.6、钻孔灌注桩后压浆技术的作用机理

3.6.1、桩底压浆提高单桩承载力的机理分析

桩底压浆机理主要为力学机理和化学机理。

桩底注浆的力学机理:在桩端压注水泥浆液,浆液首先渗透到最疏松的桩端沉渣间隙中,与沉渣相结合,形成水泥凝结决,能消除孔底沉渣的不良影响。另外还提高了桩端的承压面积,提高了钻孔灌注桩的桩端承载力。当注浆压力升高,注浆量不断增加时,浆液会沿桩侧逆流,冲填间隙,使得钻孔灌注桩类似于嵌岩桩。

当浆液与桩端持力层土体充分接触后,化学机理将占主导地位,其加固机理如下:水泥主要是由CaO,SiO2,A12O3,Fe2O3及SO2等组成。这些矿物与水发生水解和水化学反应,减少了被加固土中的含水量,增加了土颗粒间的胶结,同时生成氧化钙,水化硅酸钙,水化铝酸钙,水化铁酸钙等。

水泥与土颗粒拌和后,水化产生Ca(OH)2和CSH(水化硅酸钙)等水化物。溶液中的Ca2+含量增加,与土颗粒发生阳离子交换作用,等当量呈换出K+和Na+,形成水泥与较大土颗粒的团粒结构,并封闭了土颗粒间的空隙,形成坚固的联结。

3.6.2、桩侧压浆提高单桩承载力的机理

桩侧压浆可以破坏和消除泥皮,充填桩侧的间隙,提高桩侧与周围土体间的粘结力,从而提高桩侧摩阻力,提高单桩承载力。

3.7、桩底注浆法的工艺流程

①造孔→②高压水洗孔→③注浆管埋设→④压水试验→⑤制浆→⑥注浆→⑦达到设计预定注浆量和终压→⑧封孔→⑨钻孔检验。

4、桩端压力注浆桩承载力的计算

桩端压力注浆由于地质条件,成桩工艺的复杂多变性,导致桩端压力注浆桩承载力的计算带有很大程度的经验性,目前还没有比较成熟的计算理论。

4.1、单桩竖向承载力计算应考虑的因素

《建筑桩基技术规范》JGJ94-94第5.2.8条基于土的物理指标与承载力参数之间的经验关系,给出了计算单桩承载力标准值的公式:Quk=Qsk+Qpk=u∑qsik·Li+qpk·Ap

由上式可知,影响单桩竖向承载力的主要因素有材料性能(包括构成单桩承载力的桩身材料性能与桩侧、桩底土层的物理力学性能),桩的几何参数和计算模式的不定性3个方面:

4.1.1、土质与桩身材料性能的不定性

桩侧土质与桩底土质的变异性,勘察试验的误差,成桩过程中桩侧土的扰动和密实度的变化、孔底可能出现的沉渣、虚土等,构成了土质条件的不定性,这些都是制约单桩承载力变异性的主要因素。桩身材料性能的不定性,主要受桩身材质、混凝土浇注质量的制约,在非端承桩和桩身质量无显著缺陷的情况下,一般不对单桩承载力起控制作用,且变异性较小。

4.1.2、单桩几何参数的不定性

几何参数的不定性,主要是指成桩截面积和长度尺寸偏差、倾斜等引起的几何参数的变异性,导致单桩设计承载力与实际承载力的差异。几何参数的不定性,对于各种灌注桩的影响较预制桩严重。

4.1.3、单桩承载力计算模式的不定性

计算模式的不定性,主要是指承载力计算所采用的基本参数和计算公式不符合实际所引起的承载力设计值的偏差。单桩承载力的计算参数主要来自室内土工试验和现场试验(如旁压仪、静力触探、标贯等),因此计算结果与实际情况存在偏差。

5、关于桩端压力注浆的小结

5.1、桩端持力层的选择

在相同注浆压力下,桩端土的渗透系数越大,压浆影响半经越大,浆液对土的加固效果越好,因此,桩端持力层的选择应选择在卵砾石、砂卵石及中砂以上的粗粒土中,这是因为,桩端为粗粒土时,浆液渗透率高,通过渗透、部分挤密、填充及固结等作用,使桩端土层条件得到改善,并在桩端形成扩大头,增加了桩端面积,使桩的承载力得到较大程度的提高。

5.2、桩长对桩端注浆桩承载力的影响

在相同注浆条件下,桩端注浆之后,短桩比长桩承载力提高幅度高,这是因为,在一般情况下,当桩长较短时,其侧阻力在桩的总承载力中所占的比例比较小,并且,桩端注浆对桩端阻力提高的幅度比对桩侧阻力提高的幅度大,因此,当桩端持力层较浅,应优先选用桩端单一注浆,这样其综合效果比较好。

5.3、注浆量的控制问题

在相同注浆条件下,注浆量越多,桩基承载力提高的幅度就越大,桩底端注浆量的大小是由桩端、桩侧土的性状与承载力增幅要求等多种因素决定的,其中承载力增幅要求、桩底土层的可灌性与桩长是主要因素。在实际工程中,对桩底注浆工艺和参数的确定,要针对不同的地质条件有针对性地进行,在保证桩底不破坏和桩不上抬的前提下,实行桩底注浆量和注浆压力双控,应首先保证桩底合理的注浆量。

5.4、经济技术分析

由于桩底后压浆所用材料是无砂纯水泥浆,单方造价高于普通钻孔灌注桩,但同等条件下其单桩承载力远高于后者,所以其单位承载力费用仍低于普通钻孔灌注桩:另一方面,由于单桩承载力较高,可大幅度减少承台混凝土量和配筋,因此用于高层建筑时,其综合经济效益显着。

参考文献:

1、《城建工程灌浆技术论文选编》(郭志业,谢仲屏)

2、《锚固与注浆技术手册》(梁炯云)

3、《后压浆提高大直径长桩承载力的应用研究》(刘德林,刘敏德和刘祖德)

4、《钻孔灌注桩底压浆设计施工分析》(龚维明和邹小平)

5、《灌注桩后压浆技术规程》(Q/JY14-1999)

钻孔灌注桩后压浆技术探讨:目前有 1 条留言

  1. # 沙发
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    这个很专业。我也想转行建筑业了。

    2012-01-08 10:59 [回复]

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