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灌注樁后注漿技術處理基礎沉降
一、灌注樁后注漿技術介紹
灌注樁后注漿技術是壓力注漿理論的基礎上發展起來的,它是土體加固技術與樁工技術的有機結合,分為樁身后注漿與樁端后壓漿。要點是在樁身砼達到預定強度后,用注漿泵將水泥漿或水泥與其它材料的混合漿液,通過預置于樁身中的注漿導管壓入樁周或樁端土層中,樁周 (身)壓漿會使樁土間界面的幾何和力學條件得以改善,樁端壓漿將使樁底沉渣、施工樁孔時樁端受到擾動的持力層得到有效的加固或壓密,進而提高樁的承載能力。
灌漿主要有以下四種方法:
a)滲入性灌漿。在灌漿壓力作用下,漿液克服各種阻力而滲入孔隙和裂隙。
b)劈裂灌漿。在灌漿壓力作用下,漿液克服地層的初始應力和抗拉強度,引起巖石或土體結構的破壞和擾動,使原有的孔隙或裂隙擴張,或形成新的裂縫或孔隙,從而使低透水性地層的可灌性和漿液擴散距離增大。
c)壓密灌漿。通過鉆孔向土層壓入濃漿,使地層局部隆起,許多工程采用這方法糾正地面建筑物的不均勻沉降。
d)電動化學灌漿。
灌注樁的后注漿基本上屬于劈裂注漿與滲透注漿相結合。如注漿區在樁底,則漿液首先在樁底沉渣區劈裂和滲透,使沉渣及樁端附近土體密實,產生“擴底”效應,使端承力提高,如注漿區在樁側某部位,則該部位也同樣出現“擴徑”效應。從大量試樁實測資料可看出,樁底注漿后不僅樁的端承力提高了,在樁端以上5m甚至更大范圍內的樁側摩阻力也有較大提高。如果在樁側某斷面注漿,同樣該斷面以上一定范圍內的樁側摩阻力也有明顯提高。
圖1 灌注樁后注漿示意圖
二、灌注樁后注漿的設計應用
灌注樁后注漿技術是一種實踐性很強的技術,為了更好地滿足設計要求,需密切配合施工方的各個工序,其工序主要為:成孔→吊放鋼筋籠(同時預埋注漿管)→澆注混凝土→成樁后二次注漿。施工過程中,需嚴格控制好各個工序,首先要對后注漿施工方案進行審查,方案通過后,才能開始施工;施工時要做好“五控制”:成孔控制,注漿管制作、注漿設備、材料安設控制,澆砼控制,開塞控制,注漿控制。施工控制又需嚴格按照設計要求進行,如現場有變動需馬上和設計方聯系并修改方案。
設計上,要求在鋼筋籠上預埋注漿管和注漿閥,對于非通長的配筋樁,下部應有2根以上與注漿管等長的主筋組成的鋼筋籠通底。注漿管宜用鍍鋅鋼管或黑鐵管,注漿閥應具備逆止功能,以單向截流閥為佳。在灌注樁成樁后一定時間內,宜成樁兩天后且不遲于成樁后三十天,實施樁側和樁底后注漿,一是加固樁底沉渣和樁側泥皮;二是對樁底和樁側一定范圍的土體通過滲入 、劈裂和壓密而起到加固作用,從而增強樁側阻力和樁端阻力,提高單樁承載力,減小沉降。灌注樁后注漿示意圖見圖1所示。漿液采用42.5R普通硅酸鹽水泥,水灰比為0.45~0.65,一般采用0.5;每立方漿液水泥用量為600~700Kg,漿液宜摻入水泥用量0.7%的減水劑。注漿需控制好壓力,注漿壓力與巖層地質的滲透性、漿液濃度有關。初始壓力為0.5~1MPa,正常壓力為1~2MPA,最大壓力為3~10MPa,穩壓時間為15min。
對獨立單樁、樁距大于6d的群樁和群樁初始注漿的數根基樁的注漿量應按式(1)的估算值乘以1.2的系數。
圖2 灌注樁后注漿前后沉降參考圖
經工程實際經驗證明,在不同的地質條件下,特別是在砂層區,優化了施工工藝,樁基沉降減小30%;灌注樁后注漿可使單樁承載力提高40%-85%。后注漿對灌注樁樁基沉降的影響可參考圖2。
三、工程實例
某公寓位于廣州市區,地上5層,由于公寓建筑沿山坡邊設計,所以建筑呈S型縱向布置,公寓基礎下的地質情況比較復雜,綜合考慮了各種情況,基礎形式采用了直徑為1.0m~1.4m的沖孔樁。由于樁端的持力層---微風化巖層的分布沿建筑的縱長方向落差比較大,如果全部樁均設計為端承樁且端承在微風化巖層,則出現建筑物右邊微風化巖層分布較淺部分的樁長為10m~12m,但越往建筑物左邊,微風化巖層就分布就越深,且下降趨勢較快,則出現此部分樁的樁長大部分都需長于25m才能達到微風化巖層。
根據《工程地質勘察報告》知道本場地的地質特征自上而下為:人工填土,粉質粘土,砂質粘性土,全風化巖,強風化巖,微風化巖。從經濟的角度出發,設計人員決定樁長超過20m的沖孔樁均采用摩擦端承樁(樁底持力層為強風化巖層),樁長控制在20m以內。因為本工程上部建筑共為5層,總荷載不算太大,摩擦端承樁對于本工程的承載力經計算均滿足豎向荷載的要求,其主要問題是建筑物的地基變形問題。規范規定建筑相鄰樁基的沉降差允許值為0.002L(L為相鄰柱距),而樁底不同持力層間的柱距最小為8m,所以允許的最大沉降差為0.002x8000=16mm。經計算出的沉降值,經對比發現最大處的沉降差達到22mm,不滿足規范要求0.002L(16mm)的要求。為控制好樁基礎的沉降,滿足規范要求,經業主、設計、施工、監理各方共同研究,決定對不滿足沉降差要求的樁基礎進行灌注樁后注漿加固處理。施工時,首先控制好鉆孔,重點控制孔深、孔徑和垂直度,及時了解孔壁和孔內情況,以便在后注漿施工時采取相應的技術措施。
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