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灌注桩后注浆技术处理基础沉降
一、灌注桩后注浆技术介绍
灌注桩后注浆技术是压力注浆理论的基础上发展起来的,它是土体加固技术与桩工技术的有机结合,分为桩身后注浆与桩端后压浆。要点是在桩身砼达到预定强度后,用注浆泵将水泥浆或水泥与其它材料的混合浆液,通过预置于桩身中的注浆导管压入桩周或桩端土层中,桩周 (身)压浆会使桩土间界面的几何和力学条件得以改善,桩端压浆将使桩底沉渣、施工桩孔时桩端受到扰动的持力层得到有效的加固或压密,进而提高桩的承载能力。
灌浆主要有以下四种方法:
a)渗入性灌浆。在灌浆压力作用下,浆液克服各种阻力而渗入孔隙和裂隙。
b)劈裂灌浆。在灌浆压力作用下,浆液克服地层的初始应力和抗拉强度,引起岩石或土体结构的破坏和扰动,使原有的孔隙或裂隙扩张,或形成新的裂缝或孔隙,从而使低透水性地层的可灌性和浆液扩散距离增大。
c)压密灌浆。通过钻孔向土层压入浓浆,使地层局部隆起,许多工程采用这方法纠正地面建筑物的不均匀沉降。
d)电动化学灌浆。
灌注桩的后注浆基本上属于劈裂注浆与渗透注浆相结合。如注浆区在桩底,则浆液首先在桩底沉渣区劈裂和渗透,使沉渣及桩端附近土体密实,产生“扩底”效应,使端承力提高,如注浆区在桩侧某部位,则该部位也同样出现“扩径”效应。从大量试桩实测资料可看出,桩底注浆后不仅桩的端承力提高了,在桩端以上5m甚至更大范围内的桩侧摩阻力也有较大提高。如果在桩侧某断面注浆,同样该断面以上一定范围内的桩侧摩阻力也有明显提高。
图1 灌注桩后注浆示意图
二、灌注桩后注浆的设计应用
灌注桩后注浆技术是一种实践性很强的技术,为了更好地满足设计要求,需密切配合施工方的各个工序,其工序主要为:成孔→吊放钢筋笼(同时预埋注浆管)→浇注混凝土→成桩后二次注浆。施工过程中,需严格控制好各个工序,首先要对后注浆施工方案进行审查,方案通过后,才能开始施工;施工时要做好“五控制”:成孔控制,注浆管制作、注浆设备、材料安设控制,浇砼控制,开塞控制,注浆控制。施工控制又需严格按照设计要求进行,如现场有变动需马上和设计方联系并修改方案。
设计上,要求在钢筋笼上预埋注浆管和注浆阀,对于非通长的配筋桩,下部应有2根以上与注浆管等长的主筋组成的钢筋笼通底。注浆管宜用镀锌钢管或黑铁管,注浆阀应具备逆止功能,以单向截流阀为佳。在灌注桩成桩后一定时间内,宜成桩两天后且不迟于成桩后三十天,实施桩侧和桩底后注浆,一是加固桩底沉渣和桩侧泥皮;二是对桩底和桩侧一定范围的土体通过渗入 、劈裂和压密而起到加固作用,从而增强桩侧阻力和桩端阻力,提高单桩承载力,减小沉降。灌注桩后注浆示意图见图1所示。浆液采用42.5R普通硅酸盐水泥,水灰比为0.45~0.65,一般采用0.5;每立方浆液水泥用量为600~700Kg,浆液宜掺入水泥用量0.7%的减水剂。注浆需控制好压力,注浆压力与岩层地质的渗透性、浆液浓度有关。初始压力为0.5~1MPa,正常压力为1~2MPA,最大压力为3~10MPa,稳压时间为15min。
对独立单桩、桩距大于6d的群桩和群桩初始注浆的数根基桩的注浆量应按式(1)的估算值乘以1.2的系数。
图2 灌注桩后注浆前后沉降参考图
经工程实际经验证明,在不同的地质条件下,特别是在砂层区,优化了施工工艺,桩基沉降减小30%;灌注桩后注浆可使单桩承载力提高40%-85%。后注浆对灌注桩桩基沉降的影响可参考图2。
三、工程实例
某公寓位于广州市区,地上5层,由于公寓建筑沿山坡边设计,所以建筑呈S型纵向布置,公寓基础下的地质情况比较复杂,综合考虑了各种情况,基础形式采用了直径为1.0m~1.4m的冲孔桩。由于桩端的持力层---微风化岩层的分布沿建筑的纵长方向落差比较大,如果全部桩均设计为端承桩且端承在微风化岩层,则出现建筑物右边微风化岩层分布较浅部分的桩长为10m~12m,但越往建筑物左边,微风化岩层就分布就越深,且下降趋势较快,则出现此部分桩的桩长大部分都需长于25m才能达到微风化岩层。
根据《工程地质勘察报告》知道本场地的地质特征自上而下为:人工填土,粉质粘土,砂质粘性土,全风化岩,强风化岩,微风化岩。从经济的角度出发,设计人员决定桩长超过20m的冲孔桩均采用摩擦端承桩(桩底持力层为强风化岩层),桩长控制在20m以内。因为本工程上部建筑共为5层,总荷载不算太大,摩擦端承桩对于本工程的承载力经计算均满足竖向荷载的要求,其主要问题是建筑物的地基变形问题。规范规定建筑相邻桩基的沉降差允许值为0.002L(L为相邻柱距),而桩底不同持力层间的柱距最小为8m,所以允许的最大沉降差为0.002x8000=16mm。经计算出的沉降值,经对比发现最大处的沉降差达到22mm,不满足规范要求0.002L(16mm)的要求。为控制好桩基础的沉降,满足规范要求,经业主、设计、施工、监理各方共同研究,决定对不满足沉降差要求的桩基础进行灌注桩后注浆加固处理。施工时,首先控制好钻孔,重点控制孔深、孔径和垂直度,及时了解孔壁和孔内情况,以便在后注浆施工时采取相应的技术措施。
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