漿法的概念及其特點隨著我國基本建設事業的不斷發展,樁基礎在建筑工程中得到了廣泛的應用。但由于受勘察布孔的局限性影響,或施工方法的不當,許多樁基的承載力達不到設計的要求需要加固處理。同時,我國大量的既有建筑物樁基出現質量問題需要進行加固。單一的注漿技術因其固有的缺陷,已滿足不了各種復雜條件下的工程需要。如何有效的提高該類樁的承載力是擺在我們工程技術人員面前的一個難題。復合注漿法是將靜壓注漿法和高壓旋噴注漿法進行時序結合發揮兩種注漿技術優勢的一種新型注漿技術。實際工程中是先采用高壓旋噴注漿成樁柱體,再采用靜壓注漿增強旋噴效果,擴散加固漿液,防止固結收縮,消除注漿盲區。將復合注漿方法應用在樁基礎加固中,能充分發揮靜壓注漿法和高壓旋噴注漿法的優點,克服其缺點,適用地層范圍廣、加固效果好,保證了加固的成功率和安全性。
1.復合注漿法的特點如下:
(1) 復合注漿法適用地層范圍廣,既適用于加固滲透性大的砂卵石層,又可適用于滲透性較差的粘土、粉土和粉細砂層及淤泥等軟弱土層,還可以用來加固巖溶地層的地下溶洞。
(2) 復合注漿法漿液擴散范圍大,不僅對高壓噴射流噴射破壞土體的極限范圍之內土體進行轉換加固,而且對噴射破壞土體的極限范圍之外的土體以充填、滲透、擠密和劈裂等方式進行注漿加固,在成樁的同時對地基土有灌漿加固作用。
(3) 復合注漿法能定向定位定深度,能形成連續的圓柱狀的旋噴樁體,旋噴樁體頂部無收縮,與樁砼結合緊密;能直接承受上部荷載,承載力較高。該法
注漿形成的固結體強度可根據設計需要進行調節,其強度范圍為5～30 MPa ,與只用高壓噴射注漿形成的固結體相比,復合注漿法形成的連續的圓柱狀的旋噴樁體,其各方面的性質都有了提高。
(4) 復合注漿法鉆孔施工口徑較小,對既有建筑物基礎和地面損害和擾動小,可調節漿液的凝固時間,施工期建筑物附加沉降小。經濟可靠,耐久性好。
(5) 復合注漿法施工簡便,施工機具適合既有建筑物狹窄和低矮的現場施工,施工時基本無噪音,材料對環境無污染,可滿足辦公和生活要求并保護環境。
2.復合注漿法加固缺陷樁基的工藝技術
2.1 施工工藝
復合注漿法加固缺陷樁基的施工工藝流程如圖1 所示,具體技術措施如下:
(1) 注漿鉆孔施工:對樁基的樁身缺陷或樁底持力層缺陷進行加固時,先采用地質鉆機在樁中進行鉆孔抽芯或在樁側進行鉆孔,對樁身缺陷加固時需在樁中鉆孔抽芯至缺陷位置以下1 m 左右,對樁底持力層缺陷加固時需根據設計樁底持力層要求從樁
中或樁側鉆孔抽芯至完整持力層以下3 m 左右。鉆孔孔徑一般開孔為110 mm 或101 mm ,終孔直徑為101 mm或91 mm ,鉆孔垂直度保證< 1 %。
(2) 建立孔口注漿裝置: 注漿鉆孔施工完成以后,在注漿孔口建立注漿裝置。孔口注漿裝置采用預埋設的方式固定在樁頂注漿孔口,采用水泥漿或水泥水玻璃漿液將孔口裝置與鉆孔之間的間隙固定密封。孔口注漿裝置既要滿足靜壓注漿要求又要滿足高壓旋噴注漿管可以從其中下鉆的要求。
(3) 采用高壓旋噴方式噴射清水進行沖洗擴孔:孔口注漿裝置埋設1～2 天后,先采用高壓旋噴方式噴射清水對缺陷位置進行沖洗,噴射清水時需按設計規定的工藝參數(噴射壓力、提升速度、旋轉速度)進行噴射,將注漿管分段下入孔底,每段注漿鉆桿需連接緊密并采用麻絲密封。旋噴清水采用從下而上的方式。旋噴清水一般采用單管旋噴注漿方式,清水一般噴射1～3 遍,經噴射清水后,可擴大噴射直徑和增加固結體的強度。
(4) 采用高壓旋噴注漿方式進行注漿:按要求進行清水噴射洗孔和擴孔后,再采用高壓旋噴注漿方式進行旋噴注漿。將注漿管分段下入孔底后,從下而上進行旋噴注漿,旋噴注漿一般采用單管旋噴注漿方式。
(5) 采用靜壓注漿方式進行注漿:高壓旋噴注漿結束后,利用孔口注漿裝置封住孔口進行靜壓注漿。靜壓注漿開始時采用較稀的漿液和較低的注漿壓力,隨后逐漸增加漿液濃度及加大注漿壓力,直至設計注漿量和注漿壓力為止。一般靜壓注漿在漿液終
凝前需進行2～3 次灌注。靜壓注漿可以采用單液也可采用雙液注漿。
(6) 封孔:靜壓注漿結束后,若注漿孔口冒漿,需對孔口進行封閉處理,防止漿液流出;若注漿結束后孔內漿液有流失,需補灌漿液到注漿孔內漿液飽滿為止。
2. 2 復合注漿法的漿液材料
(1) 主劑:采用水泥漿為主劑,對既有建筑物地基加固注漿時水泥一般采用425 # 早強型硅酸鹽水泥。對樁基礎缺陷進行加固補強注漿時,為了獲得較高的固結體強度,采用高標號的525 # 普通硅酸鹽水泥。
(2) 外加劑: 常用外加劑為速凝劑、早強劑等。速凝劑常采用水玻璃,水玻璃加量一般為水泥用量的2 %～4 %。采用雙液進行靜壓注漿時,水玻璃用量可為水泥用量的10 %～100 %。早強劑為氯化鈣和三乙醇胺,用量一般為水泥用量的2 %～4 %。
2. 3 施工工藝參數
(1) 旋噴注漿壓力:采用單管高壓旋噴法時:漿液或清水噴射壓力:20～30 MPa ;采用二重管高壓旋噴法時:空氣壓力為0. 7 MPa ,漿液壓力為20～30 MPa ;采用三重管高壓旋噴法時:水壓力為:20～30 MPa ,空氣壓力為0. 7 MPa ,漿液壓力為2～5 MPa 。在既有建筑物地基加固注漿時常采用單管高壓旋噴,其壓力常用20～25 MPa ;在對樁基缺陷進行加固補強注漿時采用單管高壓旋噴或三重管高壓旋噴,注漿壓力常用25～30 MPa ;
(2) 噴射提升速度:10～20 cm·min - 1 ;在既有建筑物地基加固注漿時采用20 cm·min - 1 ;在對樁基缺陷進行加固補強注漿時采用10～15 cm·min - 1 ;
(3) 噴射旋轉速度:20～40 r·min - 1 ;
(4) 靜壓注漿壓力:在既有建筑物地基加固注漿時采用0. 3～2. 0 MPa ; 對樁基缺陷進行加固補強注漿時采用0. 3～5. 0 MPa ;注漿壓力需根據每個工程的不同土質條件及注漿部位進行注漿壓力設計。
(5) 漿液水灰比:旋噴注漿時采用1∶1～1. 2∶1 ;靜壓注漿時采用0. 5∶1～1. 2∶1 。
2. 4 加固效果的檢測復合注漿法加固缺陷樁基后的效果檢測,應主要以承載力檢測為主,因此檢測方法主要采用高應變法和靜載試驗法,抽芯法和低應變法主要作為直觀檢測方法。通過檢測經過加固后缺陷樁的主要缺陷是否已經充分注入水泥來判斷加固效果。
(1) 高應變法:對于三級建筑樁基以及工程樁施工前已進行單樁靜載試驗的一、二級建筑樁基,可以采用高應變法對工程樁單樁豎向承載力進行檢測。高應變法還可直接反映樁身質量來判斷加固效果。檢測樁數不宜少于總加固樁數的5 % ,并不得少于5
條。
(2) 靜載試驗法:一級以及地質條件復雜、樁的施工質量可靠性低、樁數多的二級建筑樁基,應采用靜載試驗進行。檢測樁數為總加固樁數的2 % ,且不少于3 條。
(3) 抽芯法:檢測樁數為總加固樁數的5 % ,且不少于5 條。抽芯孔數: D < 1. 2m ,每樁鉆一孔;1. 2 m ≤D ≤1. 6 m ,每樁鉆二孔; D > 1. 6 m ,每樁鉆3 孔。抽芯孔深度:每孔至少應有一孔鉆至設計要求的深度,如設計未有明確要求時,宜鉆入持力層3倍樁徑且不小于3 m。
(4) 低應變法:通過對比缺陷樁加固前后的波形變化,定性分析加固效果。低應變法應用的關鍵是缺陷樁加固前應進行檢測,以便進行加固前后的波形對比。低應變法的檢測數量為加固樁數的100 %。
3.工程實例
廣州某辦公樓其基礎設計采用為沖(鉆) 孔灌注樁, 樁端持力層設計為微風化灰巖, 樁徑為<1400 mm ,樁身砼設計強度為C30 ,設計單樁豎向承載力為1840 kN。該工程樁施工完成后對6 條樁進行了抽芯檢測,發現26 # 樁樁身局部有蜂窩及樁底存在溶洞及破碎灰巖。
經對高壓旋噴注漿法、靜壓注漿法、復合注漿法等各種樁基加固方法進行比較,本工程決定采用高壓旋噴法和靜壓灌漿相結合的綜合注漿法加固樁底溶洞及破碎巖層以及樁身蜂窩。具體施工工藝如下:
(1) 進行抽芯校核及灌漿孔施工:對26 # 樁增加2 個鉆孔進行抽芯校核并兼作灌漿孔, 抽芯采用101 mm雙管鉆具進行抽芯校核,以確定樁身砼質量情況以及樁底持力層質量情況,抽芯孔到樁底入微風化灰巖4 m 為止。5 個加固孔呈對稱布置,盡量分布均勻。
(2) 先采用高壓旋噴法加固樁底:先采用高壓旋噴法對樁底進行加固處理。方法為通過抽芯鉆孔下旋噴鉆桿鉆至樁底,以入微風化巖層3. 0 m 為持力層,從樁底軟弱層下0. 5 m 開始用高壓水旋噴,往上噴至樁底并與樁身搭接0. 5 m ,復噴兩次;然后下到底部自下而上噴水泥漿,復噴一次。施工參數為:噴射壓力> 30 MPa ;提升速度:噴水10 cm·min - 1 , 噴漿10 cm·min - 1 ( 復噴為15 cm·min - 1) ;回轉速度為20～40 r·min - 1 ;旋噴水泥漿液水灰比為1∶1 ;采用水泥漿(水泥用525 # ) 復噴一遍,水泥用量600 kg·m- 1左右。根據溶洞的范圍、高度不同,水泥用量有很大差別。
(3) 旋噴后再進行靜壓灌漿加固樁底及樁身:高壓旋噴結束后,將孔口封住,利用旋噴鉆孔對樁底進行靜壓灌漿。漿液以525 # 高標號水泥為主劑。施工參數為:灌漿壓力為1. 0～5. 0 MPa ,灌漿漿液水灰比為0. 7～1. 0 。經靜壓灌漿后,能加固原來松散破碎的灰巖層,同時對樁身與灌漿鉆孔連通的蜂窩有灌漿加固效果。而且經多次靜壓灌漿,可以防止旋噴灌漿漿液收縮。施工結束后,經檢測單位對該樁進行高應變檢測表明,樁基承載力大幅度提高,加固后其承載力遠高于承載力設計值,加固效果明顯,完全滿足設計要求。
4.結 論
(1) 復合注漿法充分發揮了靜壓注漿法和高壓旋噴注漿法這兩種注漿加固方法各自的優點,克服各自的缺點,是一種新型的樁基加固技術。該法處理樁身蜂窩、樁底沉渣、樁底持力層存在相對軟弱的夾層、樁底溶洞等樁基質量問題安全可靠、經濟有
效。
(2) 該技術適用地層范圍廣,既可用于砂卵石層,又可適用于粘土、粉土和粉細砂層及淤泥層,同時可用于處理巖溶土洞;在樁基加固中適用于各種灌注樁、預應力管樁、預制樁等。
(3) 復合注漿工法合理,可操作性強,施工簡便,施工噪音小,注漿材料對環境無污染。其社會效益和經濟效益顯著,值得在國內大力推廣應用。
1.復合注漿法的特點如下:
(1) 復合注漿法適用地層范圍廣,既適用于加固滲透性大的砂卵石層,又可適用于滲透性較差的粘土、粉土和粉細砂層及淤泥等軟弱土層,還可以用來加固巖溶地層的地下溶洞。
(2) 復合注漿法漿液擴散范圍大,不僅對高壓噴射流噴射破壞土體的極限范圍之內土體進行轉換加固,而且對噴射破壞土體的極限范圍之外的土體以充填、滲透、擠密和劈裂等方式進行注漿加固,在成樁的同時對地基土有灌漿加固作用。
(3) 復合注漿法能定向定位定深度,能形成連續的圓柱狀的旋噴樁體,旋噴樁體頂部無收縮,與樁砼結合緊密;能直接承受上部荷載,承載力較高。該法
注漿形成的固結體強度可根據設計需要進行調節,其強度范圍為5～30 MPa ,與只用高壓噴射注漿形成的固結體相比,復合注漿法形成的連續的圓柱狀的旋噴樁體,其各方面的性質都有了提高。
(4) 復合注漿法鉆孔施工口徑較小,對既有建筑物基礎和地面損害和擾動小,可調節漿液的凝固時間,施工期建筑物附加沉降小。經濟可靠,耐久性好。
(5) 復合注漿法施工簡便,施工機具適合既有建筑物狹窄和低矮的現場施工,施工時基本無噪音,材料對環境無污染,可滿足辦公和生活要求并保護環境。
2.復合注漿法加固缺陷樁基的工藝技術
2.1 施工工藝
復合注漿法加固缺陷樁基的施工工藝流程如圖1 所示,具體技術措施如下:
(1) 注漿鉆孔施工:對樁基的樁身缺陷或樁底持力層缺陷進行加固時,先采用地質鉆機在樁中進行鉆孔抽芯或在樁側進行鉆孔,對樁身缺陷加固時需在樁中鉆孔抽芯至缺陷位置以下1 m 左右,對樁底持力層缺陷加固時需根據設計樁底持力層要求從樁
中或樁側鉆孔抽芯至完整持力層以下3 m 左右。鉆孔孔徑一般開孔為110 mm 或101 mm ,終孔直徑為101 mm或91 mm ,鉆孔垂直度保證< 1 %。
(2) 建立孔口注漿裝置: 注漿鉆孔施工完成以后,在注漿孔口建立注漿裝置。孔口注漿裝置采用預埋設的方式固定在樁頂注漿孔口,采用水泥漿或水泥水玻璃漿液將孔口裝置與鉆孔之間的間隙固定密封。孔口注漿裝置既要滿足靜壓注漿要求又要滿足高壓旋噴注漿管可以從其中下鉆的要求。
(3) 采用高壓旋噴方式噴射清水進行沖洗擴孔:孔口注漿裝置埋設1～2 天后,先采用高壓旋噴方式噴射清水對缺陷位置進行沖洗,噴射清水時需按設計規定的工藝參數(噴射壓力、提升速度、旋轉速度)進行噴射,將注漿管分段下入孔底,每段注漿鉆桿需連接緊密并采用麻絲密封。旋噴清水采用從下而上的方式。旋噴清水一般采用單管旋噴注漿方式,清水一般噴射1～3 遍,經噴射清水后,可擴大噴射直徑和增加固結體的強度。
(4) 采用高壓旋噴注漿方式進行注漿:按要求進行清水噴射洗孔和擴孔后,再采用高壓旋噴注漿方式進行旋噴注漿。將注漿管分段下入孔底后,從下而上進行旋噴注漿,旋噴注漿一般采用單管旋噴注漿方式。
(5) 采用靜壓注漿方式進行注漿:高壓旋噴注漿結束后,利用孔口注漿裝置封住孔口進行靜壓注漿。靜壓注漿開始時采用較稀的漿液和較低的注漿壓力,隨后逐漸增加漿液濃度及加大注漿壓力,直至設計注漿量和注漿壓力為止。一般靜壓注漿在漿液終
凝前需進行2～3 次灌注。靜壓注漿可以采用單液也可采用雙液注漿。
(6) 封孔:靜壓注漿結束后,若注漿孔口冒漿,需對孔口進行封閉處理,防止漿液流出;若注漿結束后孔內漿液有流失,需補灌漿液到注漿孔內漿液飽滿為止。
2. 2 復合注漿法的漿液材料
(1) 主劑:采用水泥漿為主劑,對既有建筑物地基加固注漿時水泥一般采用425 # 早強型硅酸鹽水泥。對樁基礎缺陷進行加固補強注漿時,為了獲得較高的固結體強度,采用高標號的525 # 普通硅酸鹽水泥。
(2) 外加劑: 常用外加劑為速凝劑、早強劑等。速凝劑常采用水玻璃,水玻璃加量一般為水泥用量的2 %～4 %。采用雙液進行靜壓注漿時,水玻璃用量可為水泥用量的10 %～100 %。早強劑為氯化鈣和三乙醇胺,用量一般為水泥用量的2 %～4 %。
2. 3 施工工藝參數
(1) 旋噴注漿壓力:采用單管高壓旋噴法時:漿液或清水噴射壓力:20～30 MPa ;采用二重管高壓旋噴法時:空氣壓力為0. 7 MPa ,漿液壓力為20～30 MPa ;采用三重管高壓旋噴法時:水壓力為:20～30 MPa ,空氣壓力為0. 7 MPa ,漿液壓力為2～5 MPa 。在既有建筑物地基加固注漿時常采用單管高壓旋噴,其壓力常用20～25 MPa ;在對樁基缺陷進行加固補強注漿時采用單管高壓旋噴或三重管高壓旋噴,注漿壓力常用25～30 MPa ;
(2) 噴射提升速度:10～20 cm·min - 1 ;在既有建筑物地基加固注漿時采用20 cm·min - 1 ;在對樁基缺陷進行加固補強注漿時采用10～15 cm·min - 1 ;
(3) 噴射旋轉速度:20～40 r·min - 1 ;
(4) 靜壓注漿壓力:在既有建筑物地基加固注漿時采用0. 3～2. 0 MPa ; 對樁基缺陷進行加固補強注漿時采用0. 3～5. 0 MPa ;注漿壓力需根據每個工程的不同土質條件及注漿部位進行注漿壓力設計。
(5) 漿液水灰比:旋噴注漿時采用1∶1～1. 2∶1 ;靜壓注漿時采用0. 5∶1～1. 2∶1 。
2. 4 加固效果的檢測復合注漿法加固缺陷樁基后的效果檢測,應主要以承載力檢測為主,因此檢測方法主要采用高應變法和靜載試驗法,抽芯法和低應變法主要作為直觀檢測方法。通過檢測經過加固后缺陷樁的主要缺陷是否已經充分注入水泥來判斷加固效果。
(1) 高應變法:對于三級建筑樁基以及工程樁施工前已進行單樁靜載試驗的一、二級建筑樁基,可以采用高應變法對工程樁單樁豎向承載力進行檢測。高應變法還可直接反映樁身質量來判斷加固效果。檢測樁數不宜少于總加固樁數的5 % ,并不得少于5
條。
(2) 靜載試驗法:一級以及地質條件復雜、樁的施工質量可靠性低、樁數多的二級建筑樁基,應采用靜載試驗進行。檢測樁數為總加固樁數的2 % ,且不少于3 條。
(3) 抽芯法:檢測樁數為總加固樁數的5 % ,且不少于5 條。抽芯孔數: D < 1. 2m ,每樁鉆一孔;1. 2 m ≤D ≤1. 6 m ,每樁鉆二孔; D > 1. 6 m ,每樁鉆3 孔。抽芯孔深度:每孔至少應有一孔鉆至設計要求的深度,如設計未有明確要求時,宜鉆入持力層3倍樁徑且不小于3 m。
(4) 低應變法:通過對比缺陷樁加固前后的波形變化,定性分析加固效果。低應變法應用的關鍵是缺陷樁加固前應進行檢測,以便進行加固前后的波形對比。低應變法的檢測數量為加固樁數的100 %。
3.工程實例
廣州某辦公樓其基礎設計采用為沖(鉆) 孔灌注樁, 樁端持力層設計為微風化灰巖, 樁徑為<1400 mm ,樁身砼設計強度為C30 ,設計單樁豎向承載力為1840 kN。該工程樁施工完成后對6 條樁進行了抽芯檢測,發現26 # 樁樁身局部有蜂窩及樁底存在溶洞及破碎灰巖。
經對高壓旋噴注漿法、靜壓注漿法、復合注漿法等各種樁基加固方法進行比較,本工程決定采用高壓旋噴法和靜壓灌漿相結合的綜合注漿法加固樁底溶洞及破碎巖層以及樁身蜂窩。具體施工工藝如下:
(1) 進行抽芯校核及灌漿孔施工:對26 # 樁增加2 個鉆孔進行抽芯校核并兼作灌漿孔, 抽芯采用101 mm雙管鉆具進行抽芯校核,以確定樁身砼質量情況以及樁底持力層質量情況,抽芯孔到樁底入微風化灰巖4 m 為止。5 個加固孔呈對稱布置,盡量分布均勻。
(2) 先采用高壓旋噴法加固樁底:先采用高壓旋噴法對樁底進行加固處理。方法為通過抽芯鉆孔下旋噴鉆桿鉆至樁底,以入微風化巖層3. 0 m 為持力層,從樁底軟弱層下0. 5 m 開始用高壓水旋噴,往上噴至樁底并與樁身搭接0. 5 m ,復噴兩次;然后下到底部自下而上噴水泥漿,復噴一次。施工參數為:噴射壓力> 30 MPa ;提升速度:噴水10 cm·min - 1 , 噴漿10 cm·min - 1 ( 復噴為15 cm·min - 1) ;回轉速度為20～40 r·min - 1 ;旋噴水泥漿液水灰比為1∶1 ;采用水泥漿(水泥用525 # ) 復噴一遍,水泥用量600 kg·m- 1左右。根據溶洞的范圍、高度不同,水泥用量有很大差別。
(3) 旋噴后再進行靜壓灌漿加固樁底及樁身:高壓旋噴結束后,將孔口封住,利用旋噴鉆孔對樁底進行靜壓灌漿。漿液以525 # 高標號水泥為主劑。施工參數為:灌漿壓力為1. 0～5. 0 MPa ,灌漿漿液水灰比為0. 7～1. 0 。經靜壓灌漿后,能加固原來松散破碎的灰巖層,同時對樁身與灌漿鉆孔連通的蜂窩有灌漿加固效果。而且經多次靜壓灌漿,可以防止旋噴灌漿漿液收縮。施工結束后,經檢測單位對該樁進行高應變檢測表明,樁基承載力大幅度提高,加固后其承載力遠高于承載力設計值,加固效果明顯,完全滿足設計要求。
4.結 論
(1) 復合注漿法充分發揮了靜壓注漿法和高壓旋噴注漿法這兩種注漿加固方法各自的優點,克服各自的缺點,是一種新型的樁基加固技術。該法處理樁身蜂窩、樁底沉渣、樁底持力層存在相對軟弱的夾層、樁底溶洞等樁基質量問題安全可靠、經濟有
效。
(2) 該技術適用地層范圍廣,既可用于砂卵石層,又可適用于粘土、粉土和粉細砂層及淤泥層,同時可用于處理巖溶土洞;在樁基加固中適用于各種灌注樁、預應力管樁、預制樁等。
(3) 復合注漿工法合理,可操作性強,施工簡便,施工噪音小,注漿材料對環境無污染。其社會效益和經濟效益顯著,值得在國內大力推廣應用。
