随着社会的不断进步 , 物质文明的较大提高及建筑设计施工技术水平的日臻成熟完善 , 同时 , 也因土地资源日渐减少与人口增长之间日益**的矛盾 , 高层及**高层建构 筑物越来越多.为了保证建(构)筑物的正常使用寿命和安全性 ,对地基承载力的要求也越来越高 ,其基础形式一般采用灌注桩基础。为了满足设计要求 ,灌注桩的持力层要求是较为完整的岩石层 ,桩长和桩径尺寸往往很大 ,使得地下部分的造价在整个工程总造价中占较大的比例;同时 ,由于桩长很长 ,也给施工造成很大的困难。在我国某些地区 ,地貌属于山前冲洪积单元 ,地质在穿过上部土层后 ,是一层较厚的卵砾石层 ,能否将这一地层加固作为基础的持力层呢 ? 笔者经过多年的探索和实践 ,总结了一套灌注桩后压浆法桩端地基加固的施工技术可供类似工程参考。
一加固机理
桩端后注浆钻孔灌注桩技术是工业与民用建筑、道路桥梁等土木工程领域中 ,用于提高桩基单桩承载力、减小桩基变形的一项新技术。桩端后注浆是指钻孔、冲孔和挖孔灌注桩在灌注成桩初凝后 ,通过预埋在桩身中的注浆管 ,用高压注浆泵向桩端地层注入能固化的具有一定压力的浆液 ,对桩端虚土及桩端附近的桩周土层起到渗透、填充、置换、劈裂、压密及固结等多种形式组合的不同作用 ,消除虚土与泥皮 ,改变桩与岩、土之间的边界条件 ,从而提高桩的承载力并减少沉降量。
二压浆参数的设定
压浆参数主要包括压浆水灰比、压浆量以及闭盘压力 ,由于地质条件的不同 ,不同工程应采用不同的参数。在工程桩施工前,应该根据以往工程的实践情况,先设定参数,然后进行试桩;试桩完成后达到设计的强度,进行桩的静载试验,较终确定试验参数。
2.1 水灰比水灰比一般不宜过大或过小,过大会造成压浆困难,过小会使水泥浆在压力作用下形成离析,一般采用 0. 5~0. 7 ,且先注稀浆,后注浓浆。
2.2 压浆量 指单桩压浆的水泥用量 ,它与卵砾石含量以及桩间距有关 ,取决于卵砾石层的孔隙率。在碎石层碎石含量为 50%~70% ,桩间距为 4~5 m的条件下 ,压浆量一般为 115~210 t,它是控制后压浆施工是否完成的主要参数。
2.3闭盘压力 指结束压浆的控制压力 ,一般来说什么时候结束一根灌注桩的压浆 ,应该根据事先设定的压浆量来控制 ,但同时也要控制压浆的压力值。在达不到预先设定的压浆量 ,但达到一定的压力时就要停止压浆 ,否则压浆的压力过大 ,一方面会造成水泥浆的离析 ,堵塞管道;另一方面,压力过大可能扰动卵砾石层 ,也有可能使桩体上浮。一般闭盘的较大压力应控制在 0. 3MPa 。
终止压浆 ,总的控制原则是以压浆量为主 ,压力控制为辅。根据预先设定的参数 ,进行试验桩的施工 ,再根据试桩的静载试验结果 ,确定工程桩的压浆参数。
三后压浆施工技术
3. 1施工工艺流程
灌注桩成孔钢筋笼制作 →压浆管制作 →灌注桩清孔 →压浆管绑扎 →下钢筋笼 →灌注桩混凝土 →后压浆施工。
3. 2施工技术要点
(1) 压浆管的制作 在制作钢筋笼的同时制作压浆管。压浆管一般采用直径为 30~45 mm、壁厚大于 2. 5 mm的钢管制作 ,接头采用丝扣连接 ,两端采用丝堵封严。压浆管长度比钢筋笼长度多出55 cm,在桩底部长出钢筋笼 5 cm,上部高出桩**混凝土面 50 cm但不露出地面以便于保护。压浆管较下部 20 cm制作成压浆喷头 (俗称花管) ,在该部分采用钻头均匀钻出 4排 (每排 4个 )、间距3 cm、直径 3 mm的压浆孔作为压浆喷头;用图钉将压浆孔堵严 ,外面套上同直径的自行车内胎并在两端用胶带封严 ,这样压浆喷头就形成了一个简易的单向装置:当注浆时压浆管中压力将车胎迸裂、图钉弹出 ,水泥浆通过注浆孔和图钉的孔隙压入卵砾石碎石层中 ,而混凝土灌注时该装置又保证混凝土浆不会将压浆管堵塞。
(2) 压浆管的布置 将 2根压浆管对称绑在钢筋笼外侧。成孔后清孔、下钢筋笼 ,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。喷头部分应加混凝土垫块保护 ,不得摩擦孔壁以免车胎破裂造成压浆孔堵塞 ,并按照规范要求灌注混凝土。
(3) 压浆施工顺序压浆时采用 2根桩循环压浆,即先压* 1根桩的 A管,压浆量约占总量的 70 %(111~114 t水泥) ,压完后再压另 1根桩的 A管。然后 ,依次为* 1根桩的 B管和* 2根桩的 B管 ,这样就能保证同一根桩 2根管压浆时间间隔 30~60 min,给水泥浆一个在卵砾石层中扩散的时间。压浆时应做好施工记录 ,内容包括施工时间、压浆开始及结束时间、压浆数量以及出现的异常情况和处理措施等。
四压浆施工中出现的问题和相应的处理措施
4. 1后压浆钢管的连接
(1) 存在的问题 有些单位为节约成本常采用焊接方法连接压浆钢管 ,但由于压浆钢管壁比较薄 ,很*被电焊焊穿 ,钢管虽然连接上了 ,但却存在孔洞 ,浇注混凝土时压浆管将会被水泥砂浆堵塞。结果由于无法压浆导致承载力达不到设计要求 ,较终引起质量事故。
(2) 处理措施 ①采用丝扣连接方式连接压浆钢管。②每节压浆管安设入孔后均应同步进行注水检验 ,发现管内水位下降应及时查明原因。
4. 2压水
(1) 存在的问题 灌注桩后压浆工艺施工时有些施工单位只注重压浆施工本身 ,却往往忽视压水以疏通压浆的通道 ,误以为压浆管安装没有问题就能正常压浆了。事实上 ,后压浆的通道除了压浆管以外还应包含包裹住压浆管出口的混凝土覆盖层,如不针对具体情况采取相应的措施 ,较易导致无法压浆。
(2) 处理措施 ①压浆成功与否的关键程序之一是压水 ,一般正常情况下应在桩身混凝土浇注完24 h内进行压水 ,以疏通压浆通道。②在桩端或桩侧压浆部位如出现扩孔、塌孔或充盈系数较大时 ,特别注意应提前压水 ,压水应在混凝土浇注完5 h左右进行 ,以确保能冲开较厚的混凝土覆盖层。
二、树根桩在建筑基础加固中的应用
2.1工程概况
某住宅建筑6#楼,为16层砖混结构,在建成投入使用2年后,发现部分墙体逐步产生裂缝,裂缝方向基本呈由西到东的斜向走向,个别部位亦有水平向裂缝和八字形裂缝,部分一楼住户反映门窗开启不灵活。检测公司对出现裂缝的主体结构进行了检测,分别采用回弹法检测圈梁及构造柱混凝土强度,对粘土砖进行现场取样在实验室进行抗压试验,利用砂浆强度检测仪检测砌体砂浆的强度。检测结果表明,混凝土强度、粘土砖强度及砂浆强度均满足设计要求, 排除了上部主体结构强度不足导致墙体开裂的可能。考虑到一些门窗开启不灵活,估计是该宿舍楼的地基基础出现了问题。
根据地基基础设计资料显示,该工程基础部分持力层为淤泥质粉质粘土,原设计估算地基承载力设计值 f=150kPa,加固设计前重新进行了工程地质勘察工作,根据补勘报告综合分析,将地基土分为 5个土质层,1~4 层均为软弱土层,建筑物原基础地基持力层为*2层淤泥质粉质粘土,该层厚度1.50m~1.80m,局部进行了填砂换土处理。资料提供该层土的地基承载力设计值f为100kPa~120kPa,验收得出的基础基底压力设计值左右,而持力层的地基承载力设计值f为100kPa~130kPa, 因此可见是由于部分地基强度不足而造成质量问题。
2.2 地基加固处理方案的确定
该建筑物地基加固处理的原则如下:保证在荷载作用下,地基沉降达到稳定,主体裂缝不再扩大;尽量减少建筑物的附加沉降;尽量减少工程造价。
经反复研究,决定采用树根桩对本工程进行地基加固处理, 其理由是:①使用小型钻机, 施工所需场地小,操作方便,桩孔孔径小,对土体扰动较小,对地基和墙身几乎不产生任何应力,不改变原有建筑物的平衡状态,也不影响建筑物的正常使用;②施工时振动小、噪音小,在地基沉降未稳定的情况下也可施工,不会对既有建筑物的稳定和土层液化带来危害; ③压力灌浆使桩的表面比较粗糙,与周围土体结合紧密, 故单桩承载力比普通钻孔灌注桩高, 相比之下也较为经济;④施工时桩机较轻便,整个场地可分几个工作面同时施工,可缩短处理时间。
2.3 加固的设计施工要点
2.3.1 树根桩设计
在此涉及树根桩用于上部结构的承托计算公式,根据《地基处理技术规范》规定: 树根桩承载按摩擦桩设计,当桩尖进入硬土层且进行端部护径时,可计入桩端承载力,扩径长度应不小于 2.5倍桩径。承载力公式为:
Pai=(up/k)·∑qili+Apqp/k
而桩身强度按混凝土轴心抗压强度应满足 Pa/Ap≤250fcuk其中:fcuk为边长150mm×450mm×150mm 的混凝土立方体抗压强度标准值。根据《既有建筑地基基础加固技术规范》(JGJ123-2000),当无试验资料时,也可按国家现行标准《建筑地基基础设计规范》有关规定估算。确定桩径为 300mm,桩身混凝土强度为 C20。
2.3.2 树根桩施工
施工工艺流程为:定位→成孔→清空→吊放钢筋(笼) →填料→灌浆→拔管→填充碎石并补浆。
其中应该注意:①成孔时根据设计桩径、倾斜角度钻孔,用泥浆护壁;②桩内钢筋根据设计要求利用钢筋笼或钢筋,应为钢筋笼时,宜整根吊放,并绑上泥浆管,应为钢筋时, 则可直接和泥浆管一起放入;③可先填入粗骨料后浇浆, 也可直接灌入细石混凝土或水泥石浆, 浇浆时, 浆液应从孔底往上浇,浇浆材料一般用水泥浆,可一次浇浆或二次浇浆, 用一次浇浆时较大压力不应低于1.5MPa, 用二次浇浆时*二次应在**浇的浆液初凝后方可进行, *二次浇浆压力为 2MPa~4MPa; 浇浆时应用间隔或间歇施工,或掺入速凝剂,以防止出现相邻桩冒浆和串孔现象,同时保证桩不缩径;④拔管后应立即在桩**填充碎石,并在 1m~2m范围内补充浇浆。
2.3.3 本工程设计和施工情况
根据上述设计与施工要求,确定该工程树根桩的桩径为300mm,桩身混凝土强度为 C20, 配置钢筋笼,注浆水泥采用强度等级为 42.5 的普通硅酸盐水泥。本次工程的施工,各道工序的每一个施工环节,一直有施工技术人员跟班作业, 严格监控以确保质量。
三、结论与展望
3.1 实施效果
施工完毕后,按《建筑地基基础工程施工质量验收规范》(GB50202- 2002)的要求,随机抽取了具有代表性的4根桩进行竖向静载试验,其结果表明符合设计要求。在施工前对整个住宅楼上设置了4个沉降观测点,定期观测地基变形情况,完成地基加固任务后,对墙体表面进行了填缝处理,进行了为期1 年的跟踪观测,未发现建筑物有斜、裂、漏、沉等情况, 表明所选取方案是合适的,符合本工程结构特点和地质情况的要求。
3.2 展望
树根桩作为浅基坑围护技措施术是可行的,地表沉降小,桩**位移小,引起临邻近建筑物沉降变形在允许范围内,现场施工监测、指导基坑开挖和围护是必不可少的施工技术手段,树根桩作为浅基坑围护,相对其它施工技术措施较经济、噪音少,对周围环境干扰少。虽然树根桩因其特殊的优点而广泛用于工程,但终因其使用的年份不长,有关它的实践和理论尚不深入,其设计理论还不成熟,所以在实际工程中应具体对待,认真分析。