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【摘 要】灌注桩后注浆工艺极大的提高了每立方米桩体积提供的承载力,但由于其作用机理复杂,注浆效果受地层土质、施工设备、施工工艺、浆液性质的影响很大。本文针对影响注浆效果的几个主要因素从作用机理出发进行了分析,并提出了针对性的质量控制观点。
【关键词】注浆工艺;质量控制
Quality Control of Bored Pile Post Grouting
Yue Miao
(Henan province authorities Architecture Design Institute Zhengzhou Henan 450003)
【Abstract】Pile Post Grouting greatly increased the volume available per cubic meter of pile bearing capacity, but because of its mechanism of complex formation by the soil grouting, construction equipment, construction technology, the nature of significant size. In this article, impact grouting effect of several factors starting from the mechanism is analyzed, and put forward specific ideas of quality control.
【Key words】Grouting technology; Quality control
1. 前言
随着土木建筑工程向大型化、群体化发展及城市改造向高层、超高层建筑发展,各中类型的灌注桩的使用也越来越多。由于灌注桩成孔工艺的固有缺陷(桩底沉渣和桩侧泥皮的存在),导致桩端阻力和桩侧摩阻力显著降低,每立方米桩体积提供的承载力仅为压入式桩的50%;对桩底和桩侧通过注浆提高其承载力的后注浆技术应运而生。目前,桩端和桩侧压力注浆技术已经在我国得到广泛的应用与发展。但由于国内外注浆压力装置种类繁多(据有关资料,国内的注浆装置就有20多种),工艺各有不同,且施工人员、质量管理人员对注浆原理的认识也参差不齐,造成桩端注浆后单桩承载力差异较大,不能实现预期的技术经济效果。
本文以钻孔灌注桩桩端后注浆为例,试着从桩端后注浆技术的原理分析出发,找出施工期间影响桩端注浆效果的重要因素,探讨桩端后注浆技术针对性的质量控制措施,以期为桩端后注浆的质量控制工作提供参考。
2. 桩端后注浆技术的原理
2.1 降低泥浆护壁钻孔灌注桩桩端承载力的施工因素。
2.2 桩端后注浆技术提高单桩承载力的原理。
桩端后注浆技术是指在成桩后,通过预埋在桩身的注浆管,利用压力作用,经桩端的预留压力注浆装置向桩端地层均匀地注入能固化的浆液;视浆液性状、地层特性和注浆参数等不同条件,压力浆液对桩端持力层、扰动层和桩端附近的桩周土层起到渗透、填充、置换、劈裂、压密及固结或多种形式的组合作用,改变其物理化学性能及桩与岩、土之间的边界条件,消除虚土隐患,从而提高桩的承载力以及减少桩基的沉降量。其具体表现是:(1)桩底及桩底附近桩周原有土体的物理化学性能发生改变——由单一介质转化为水泥土结石体或被水泥土结石体分割加筋后的复合土体,有效增加桩端持力层、扰动层的密实度、强度和变形模量;(2)通过持续压浆,使桩底被加固的土体逐渐形成为梨形体、球形体和椭球体等扩大头,有效增加桩端受力面积;(3)孔底沉渣在与桩端土体一起固化过程中,凝结成结构新、强度高、化学性能稳定的结石体,提高桩端传力和持力效果;(4)桩周土体被被固化后,调动桩周更大范围的土体参与受力,提高桩侧摩阻力;(5)被周边土体约束的高压浆液对桩体起到反向预压作用,该反向预应力将提高单桩承载力。
3. 影响桩端注浆效果的施工因素
按照系统工程的观点,过程的每一个环节都将对最终的结果产生影响;综合分析钻孔灌注桩的整个施工过程和桩端后注浆的原理,可以认为以下几点是影响桩端后注浆效果的主要原因:桩端沉渣厚度、开孔至灌注混凝土的时间、注浆工艺、桩端土的种类及密实度、注浆装置形式、浆液性状、注浆速度、注浆泵流量、注浆时间的选择、注浆设备、管路的密封和可靠程度;施工人员的素质及管理水平等。
4. 质量控制要点
4.1 严格控制桩端沉渣厚度。控制桩端沉渣厚度应从控制清孔后的泥浆比重、缩短清孔与混凝土灌注之间时间差入手。清孔后的泥浆比重应在保证孔壁稳定的前提下尽可能小,具体数值应根据桩孔经过的地层的自稳性能确定。缩短清孔与混凝土灌注之间的时间常规做法是在灌注混凝土前利用导管清孔。
4.2 加强施工组织管理,缩短成桩时间,减少桩孔内泥浆对桩端、桩周土体的土体的软化作用。具体为:设备完好率的保证、钻进安全与快速的平衡、工序间的紧密衔接。
4.3 根据桩端土的种类和性质选择适当的浆液类型、浆液类型、注浆工艺、注浆速度、注浆量。
4.3.1 在粗粒土(孔隙较大的中砂、粗砂、卵石、砾石等)的桩端持力层中注浆时,浆液的作用主要表现为:渗透、部分挤密、填充及固结。粗粒土的固有性质及浆液的作用机理决定了在该条件下注浆对浆液颗粒大小要求不高,甚至应适当采用较大颗粒浆液,以防止浆液扩散超过有效范围;要求注浆压力先低后高、注浆速度先慢后快,浆液浓度不宜过低,以期在短时间内在桩底形成被渗透、填充和固结密实的梨形体。由于浆液在粗粒土中易流失,且粗粒土的空隙率不易确定,为保证注浆效果,注浆压力应为单桩注浆的主要控制指标。
4.3.2 在细粒土(粘性图、粉土、粉砂、细砂等)的桩端持力层中注浆时,浆液渗入率低,浆液的作用主要表现为:劈裂、填充及固结;浆液作用的结果是,单一介质土体被网状结石体分割加筋成复合土体,提高桩端土体密度并有效传递和分担荷载。相比粗粒土,浆液在细粒土中克服的阻力较大,因此,为了实现在桩底形成扩大头和土体被加固,采取措施实现浆液的可注性是注浆取得良好效果的关键:(1)浆液材料应具备较细的颗粒,如在现场将普通水泥湿磨成超细水泥,将极大提高浆液在细粒土中的可注性;(2)采用较低的浆液浓度;(3)采用较大的注浆压力;(4)采用较慢的注浆速度。由于浆液在细粒土中可注性差,对土体分割、劈裂重新形成网状结石体需要较高的压力且一般不出现浆液流失的情况,注浆量应作为为单桩注浆的主要控制指标。
对于群桩注浆,应采用先注周边,后注中间的施工工序,以实现对注浆浆液的有效约束;由于对注浆浆液的有效约束,对于群桩而言,先施工的边桩建议按以上单桩控制标准考虑,后施工的中间部分,《建筑桩基技术规范》6.7.6条已有明确规定,不再赘述。
4.4 选择合适的注浆工艺和注浆设备(装置)。现在各种注浆泵一般都能满足注浆需要,但注浆工艺和注浆管底部花管的制作在实践过程中各有不同,效果也差异较大。对于注浆管的设置,如果能设置在接近桩孔中心位置(如沈保汉和应权的YQ注浆装置),将在相同水泥用量情况下,较大提高注浆效果。但目前用得最多的仍是在桩身钢筋笼内侧对称布置两根或多根注浆管,此种方式注浆应确保依次等量注浆,实现浆液扩散的均匀对称性,以保证加固体不处于偏心受力状态。对于注浆孔的设置及保护应保证其单向逆止性,一般推荐图钉从管外侧堵孔并使用胶皮套包裹的方式,该做法简便易行,且能保证通孔效果。有资料表明在桩身孔底回填50~60cm碎石能实现后注浆100%的成功率。
4.5 注浆作业起始时间的选择。注浆起始时间太早,桩周泥浆水分散发少,对注浆浆液的阻力小,容易引起桩端注浆沿桩周冒出地面,不能达到加固桩端土体形成扩大头的目的。《建筑桩基技术规范》规定在2d~30d,但根据工程实践,建议不低于3d。
4.6 在灌注完混凝土后应立即在注浆管中注入清水并密封上端口。实施间歇注浆时,在两次注浆间隔期间,应保证注浆管路畅通。
5. 结束语
后注浆工艺的推广,极大提高了钻孔灌注桩的承载力;但由于其作用机理复杂,注浆效果受地层土质、施工设备、施工工艺、浆液性质的影响很大,所以在施工中应从工艺、设备、材料等方面开展质量改进活动,以期实现更好的注浆效果。
[文章编号]1006-7619(2010)07-07-630
【关键词】注浆工艺;质量控制
Quality Control of Bored Pile Post Grouting
Yue Miao
(Henan province authorities Architecture Design Institute Zhengzhou Henan 450003)
【Abstract】Pile Post Grouting greatly increased the volume available per cubic meter of pile bearing capacity, but because of its mechanism of complex formation by the soil grouting, construction equipment, construction technology, the nature of significant size. In this article, impact grouting effect of several factors starting from the mechanism is analyzed, and put forward specific ideas of quality control.
【Key words】Grouting technology; Quality control
1. 前言
随着土木建筑工程向大型化、群体化发展及城市改造向高层、超高层建筑发展,各中类型的灌注桩的使用也越来越多。由于灌注桩成孔工艺的固有缺陷(桩底沉渣和桩侧泥皮的存在),导致桩端阻力和桩侧摩阻力显著降低,每立方米桩体积提供的承载力仅为压入式桩的50%;对桩底和桩侧通过注浆提高其承载力的后注浆技术应运而生。目前,桩端和桩侧压力注浆技术已经在我国得到广泛的应用与发展。但由于国内外注浆压力装置种类繁多(据有关资料,国内的注浆装置就有20多种),工艺各有不同,且施工人员、质量管理人员对注浆原理的认识也参差不齐,造成桩端注浆后单桩承载力差异较大,不能实现预期的技术经济效果。
本文以钻孔灌注桩桩端后注浆为例,试着从桩端后注浆技术的原理分析出发,找出施工期间影响桩端注浆效果的重要因素,探讨桩端后注浆技术针对性的质量控制措施,以期为桩端后注浆的质量控制工作提供参考。
2. 桩端后注浆技术的原理
2.1 降低泥浆护壁钻孔灌注桩桩端承载力的施工因素。
2.2 桩端后注浆技术提高单桩承载力的原理。
桩端后注浆技术是指在成桩后,通过预埋在桩身的注浆管,利用压力作用,经桩端的预留压力注浆装置向桩端地层均匀地注入能固化的浆液;视浆液性状、地层特性和注浆参数等不同条件,压力浆液对桩端持力层、扰动层和桩端附近的桩周土层起到渗透、填充、置换、劈裂、压密及固结或多种形式的组合作用,改变其物理化学性能及桩与岩、土之间的边界条件,消除虚土隐患,从而提高桩的承载力以及减少桩基的沉降量。其具体表现是:(1)桩底及桩底附近桩周原有土体的物理化学性能发生改变——由单一介质转化为水泥土结石体或被水泥土结石体分割加筋后的复合土体,有效增加桩端持力层、扰动层的密实度、强度和变形模量;(2)通过持续压浆,使桩底被加固的土体逐渐形成为梨形体、球形体和椭球体等扩大头,有效增加桩端受力面积;(3)孔底沉渣在与桩端土体一起固化过程中,凝结成结构新、强度高、化学性能稳定的结石体,提高桩端传力和持力效果;(4)桩周土体被被固化后,调动桩周更大范围的土体参与受力,提高桩侧摩阻力;(5)被周边土体约束的高压浆液对桩体起到反向预压作用,该反向预应力将提高单桩承载力。
3. 影响桩端注浆效果的施工因素
按照系统工程的观点,过程的每一个环节都将对最终的结果产生影响;综合分析钻孔灌注桩的整个施工过程和桩端后注浆的原理,可以认为以下几点是影响桩端后注浆效果的主要原因:桩端沉渣厚度、开孔至灌注混凝土的时间、注浆工艺、桩端土的种类及密实度、注浆装置形式、浆液性状、注浆速度、注浆泵流量、注浆时间的选择、注浆设备、管路的密封和可靠程度;施工人员的素质及管理水平等。
4. 质量控制要点
4.1 严格控制桩端沉渣厚度。控制桩端沉渣厚度应从控制清孔后的泥浆比重、缩短清孔与混凝土灌注之间时间差入手。清孔后的泥浆比重应在保证孔壁稳定的前提下尽可能小,具体数值应根据桩孔经过的地层的自稳性能确定。缩短清孔与混凝土灌注之间的时间常规做法是在灌注混凝土前利用导管清孔。
4.2 加强施工组织管理,缩短成桩时间,减少桩孔内泥浆对桩端、桩周土体的土体的软化作用。具体为:设备完好率的保证、钻进安全与快速的平衡、工序间的紧密衔接。
4.3 根据桩端土的种类和性质选择适当的浆液类型、浆液类型、注浆工艺、注浆速度、注浆量。
4.3.1 在粗粒土(孔隙较大的中砂、粗砂、卵石、砾石等)的桩端持力层中注浆时,浆液的作用主要表现为:渗透、部分挤密、填充及固结。粗粒土的固有性质及浆液的作用机理决定了在该条件下注浆对浆液颗粒大小要求不高,甚至应适当采用较大颗粒浆液,以防止浆液扩散超过有效范围;要求注浆压力先低后高、注浆速度先慢后快,浆液浓度不宜过低,以期在短时间内在桩底形成被渗透、填充和固结密实的梨形体。由于浆液在粗粒土中易流失,且粗粒土的空隙率不易确定,为保证注浆效果,注浆压力应为单桩注浆的主要控制指标。
4.3.2 在细粒土(粘性图、粉土、粉砂、细砂等)的桩端持力层中注浆时,浆液渗入率低,浆液的作用主要表现为:劈裂、填充及固结;浆液作用的结果是,单一介质土体被网状结石体分割加筋成复合土体,提高桩端土体密度并有效传递和分担荷载。相比粗粒土,浆液在细粒土中克服的阻力较大,因此,为了实现在桩底形成扩大头和土体被加固,采取措施实现浆液的可注性是注浆取得良好效果的关键:(1)浆液材料应具备较细的颗粒,如在现场将普通水泥湿磨成超细水泥,将极大提高浆液在细粒土中的可注性;(2)采用较低的浆液浓度;(3)采用较大的注浆压力;(4)采用较慢的注浆速度。由于浆液在细粒土中可注性差,对土体分割、劈裂重新形成网状结石体需要较高的压力且一般不出现浆液流失的情况,注浆量应作为为单桩注浆的主要控制指标。
对于群桩注浆,应采用先注周边,后注中间的施工工序,以实现对注浆浆液的有效约束;由于对注浆浆液的有效约束,对于群桩而言,先施工的边桩建议按以上单桩控制标准考虑,后施工的中间部分,《建筑桩基技术规范》6.7.6条已有明确规定,不再赘述。
4.4 选择合适的注浆工艺和注浆设备(装置)。现在各种注浆泵一般都能满足注浆需要,但注浆工艺和注浆管底部花管的制作在实践过程中各有不同,效果也差异较大。对于注浆管的设置,如果能设置在接近桩孔中心位置(如沈保汉和应权的YQ注浆装置),将在相同水泥用量情况下,较大提高注浆效果。但目前用得最多的仍是在桩身钢筋笼内侧对称布置两根或多根注浆管,此种方式注浆应确保依次等量注浆,实现浆液扩散的均匀对称性,以保证加固体不处于偏心受力状态。对于注浆孔的设置及保护应保证其单向逆止性,一般推荐图钉从管外侧堵孔并使用胶皮套包裹的方式,该做法简便易行,且能保证通孔效果。有资料表明在桩身孔底回填50~60cm碎石能实现后注浆100%的成功率。
4.5 注浆作业起始时间的选择。注浆起始时间太早,桩周泥浆水分散发少,对注浆浆液的阻力小,容易引起桩端注浆沿桩周冒出地面,不能达到加固桩端土体形成扩大头的目的。《建筑桩基技术规范》规定在2d~30d,但根据工程实践,建议不低于3d。
4.6 在灌注完混凝土后应立即在注浆管中注入清水并密封上端口。实施间歇注浆时,在两次注浆间隔期间,应保证注浆管路畅通。
5. 结束语
后注浆工艺的推广,极大提高了钻孔灌注桩的承载力;但由于其作用机理复杂,注浆效果受地层土质、施工设备、施工工艺、浆液性质的影响很大,所以在施工中应从工艺、设备、材料等方面开展质量改进活动,以期实现更好的注浆效果。
[文章编号]1006-7619(2010)07-07-630