灌注樁后注漿技術(shù)原理與提高承載力的探討

楊文鵬

1 灌注樁后注漿技術(shù)基本原理與提高承載力的機(jī)理

1.1 樁端壓力注漿樁基本原理

樁端壓力注漿樁是指在成樁后,通過預(yù)埋在樁身的注漿管,利用壓力作用,經(jīng)樁端的預(yù)留壓力注漿裝置向樁端地層均勻地注入能固化的漿液(如純水泥漿或化學(xué)漿液等);對(duì)樁端土層、中風(fēng)化與強(qiáng)風(fēng)化基巖、樁端虛土及樁端附近的樁周土層起到滲透、填充、置換、壓密及固結(jié)等不同作用,改變其物理化學(xué)力學(xué)性能,消除虛土隱患,從而提高樁的承載力以及減少樁基的沉降量。

1.2 樁端壓力注漿樁提高承載能力的機(jī)理分析

在樁端壓注水泥漿液,漿液滲透到最疏松的樁端的殘?jiān)g隙中,與殘?jiān)嘟Y(jié)合,結(jié)合后形成了強(qiáng)度較高的混凝土,消除孔底沉渣的影響。當(dāng)殘?jiān)g隙被水泥漿液充滿后,隨著壓漿壓力的增加,水泥漿液將充填由于灌注樁身因混凝土離析而形成“虛尖”“干渣石”等,增加了樁端混凝土的強(qiáng)度。隨著注漿量的增加及注漿壓力的提高,水泥漿液一方面不斷的向由于受泥漿浸泡而松軟的樁端持力層中滲透,在樁端形成梨形體,當(dāng)梨形體不斷增大時(shí),滲透能力因受到周圍致密土層的限制,使壓力不斷升高,壓力升高對(duì)樁端持力層起壓密作用,提高了樁端土體的承載力。同時(shí),漿液會(huì)沿壁上返,充填樁側(cè)與樁周土體間的間隙,提高樁端部位處的樁側(cè)摩阻力。

1.3 樁側(cè)壓力注漿樁基本原理

樁側(cè)壓力注漿樁是指成樁后,在壓力作用下將能固化的漿液通過樁身預(yù)埋注漿裝置強(qiáng)行壓入樁側(cè)土層中,充填樁身混凝土與樁周土體的間隙,同時(shí)與樁側(cè)土層和在泥漿護(hù)壁法成孔中生成的泥皮發(fā)生物理化學(xué)反應(yīng),提高樁側(cè)土的強(qiáng)度及剛度,增大剪切滑動(dòng)面,改變樁與側(cè)壁土之間的邊界條件,從而提高樁的承載力以及減小樁基的沉降量。

1.4 樁側(cè)壓力注漿樁提高樁承載能力的機(jī)理分析

1)在樁側(cè)粗粒土層中注漿時(shí),漿液通過滲透、部分?jǐn)D密、填充及固結(jié)作用,使樁側(cè)土孔隙率降低,密度增加,呈現(xiàn)滲透填充膠結(jié)效應(yīng);在樁側(cè)細(xì)粒土層中注漿時(shí),注漿壓力超過壁裂壓力,則土體產(chǎn)生水力劈裂,呈現(xiàn)劈裂加筋效應(yīng)。2)在樁側(cè)注漿點(diǎn)處,由于漿液的擠壓作用,形成凸出的漿液包結(jié)石體。3)在樁側(cè)非注漿點(diǎn)處形成一層漿殼,這層漿殼或單獨(dú)存在而固化或與泥皮發(fā)生物理化學(xué)反應(yīng)而固化,形成該結(jié)石體與原樁身混凝土組成的復(fù)合樁身,增大剪切滑動(dòng)面,“擴(kuò)大”樁身斷面,即增加樁側(cè)摩擦面積。4)漿液充填樁身混凝土與樁周土體的間隙,提高樁土間的粘結(jié)力,從而提高樁側(cè)摩阻力。

2 后注漿樁工藝

2.1 樁端壓力注漿工藝

2.1.1 壓力注漿工藝

1)壓力注漿工藝流程。a.注漿前的準(zhǔn)備過程,包括材料與機(jī)具的準(zhǔn)備,連接注漿管路,架設(shè)安置百分表支架。b.第一次低壓注漿,漿液經(jīng)注漿管進(jìn)入樁端空腔,待漿液注滿空腔從回漿管溢出后暫停注漿,然后用堵頭將回漿管封閉。c.裝好百分表,并記錄初讀數(shù),然后開泵進(jìn)行第二次加壓注漿,觀察并記錄三項(xiàng)注漿設(shè)計(jì)控制指標(biāo)(注漿壓力、注漿量和樁頂上抬量),如果三項(xiàng)指標(biāo)均滿足要求便停泵。d.關(guān)閉轉(zhuǎn)芯節(jié)門,卸下注漿管接頭,注漿結(jié)束。2)注漿量的確定。合理的注漿量需根據(jù)樁端與樁側(cè)地層土質(zhì)性狀(孔隙率、密實(shí)度)、虛土厚度、樁的尺寸、設(shè)計(jì)承載力的要求及施工水平等因素確定。3)樁頂上抬量的控制。一般說來,短樁的情況,在樁端壓力注漿時(shí)會(huì)產(chǎn)生較明顯的樁頂上抬現(xiàn)象,樁頂上抬量不宜過大,根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)宜控制在0.5mm～3.0 mm左右。上述三項(xiàng)注漿設(shè)計(jì)控制指標(biāo)最好通過樁的豎向抗壓靜載試驗(yàn)確定。

2.1.2 樁端壓力注漿樁施工特點(diǎn)

從原理上講,樁端壓力注漿施工方法不受樁徑及樁長的限制。

1)樁端壓力注漿施工方法是在壓力作用下將能固化的漿液通過樁身預(yù)埋管或鉆孔預(yù)埋管經(jīng)樁端壓力注漿裝置強(qiáng)行壓入土層中,使樁端土層、虛土及樁端附近的樁側(cè)土層發(fā)生物理化學(xué)反應(yīng),提高樁的承載力。2)影響樁端壓力注漿效果的因素較多,諸如:注漿工藝(閉式與開式);樁端土種類(細(xì)粒土與粗粒土)及密實(shí)度;注漿方式;注漿速度及注漿泵流量;注漿時(shí)間的選擇。3)控制好注漿壓力、注漿量及注漿速度是樁端壓力注漿施工優(yōu)劣或成敗的關(guān)鍵。

2.2 樁側(cè)壓力注漿施工工藝

2.2.1 樁側(cè)壓力注漿施工工藝分類

1)按樁側(cè)注漿管埋設(shè)方法可分為:a.樁身預(yù)埋管注漿法,即在沉放鋼筋籠的同時(shí),將固定在鋼筋籠外側(cè)的樁側(cè)注漿管一起放入樁孔內(nèi);b.鉆孔埋管注漿法,即成樁后,在樁身外側(cè)鉆孔,成孔后放入注漿管,進(jìn)行樁側(cè)壓力注漿。2)按樁側(cè)壓力注漿裝置形式可分為:a.沿鋼筋籠縱向設(shè)置注漿花管方式;b.根據(jù)樁徑大小沿鋼筋籠環(huán)向設(shè)置注漿花管方式;c.沿鋼筋籠縱向設(shè)置樁側(cè)壓力注漿器方式。

2.2.2 樁側(cè)壓力注漿樁共同的施工程序

1)成孔。2)放鋼筋籠、注漿管及樁側(cè)壓力注漿裝置。3)按常規(guī)方法灌注混凝土。4)進(jìn)行樁側(cè)壓力注漿。5)卸下注漿接頭,成樁。

上述為共同的施工程序,視不同的樁側(cè)壓力注漿工法,具體施工時(shí)還會(huì)有所變通。

2.2.3 樁側(cè)壓力注漿樁施工特點(diǎn)

1)影響樁側(cè)壓力注漿效果的因素除參考樁端壓力注漿樁施工特點(diǎn)外,尚有樁側(cè)壓力注漿管設(shè)置層位這一因素。2)與樁端壓力注漿施工相同,控制好注漿壓力、注漿量及注漿速度也是樁側(cè)壓力注漿施工優(yōu)劣或成敗的關(guān)鍵。3)當(dāng)樁身有若干樁側(cè)注漿段時(shí),實(shí)施樁側(cè)壓力注漿的順序,一般宜采用自上而下注漿,以防止下部漿液沿樁土界面上竄,即先注最上部樁段,待其有一定的初凝強(qiáng)度后,再依次注下部各樁段。

2.3 樁端樁側(cè)聯(lián)合注漿樁工藝

樁端樁側(cè)聯(lián)合注漿樁包含著樁端和樁側(cè)兩種注漿工藝,所以影響注漿效果的因素更多更復(fù)雜,但與未注漿樁相比,其極限承載力提高幅度也更大,即其注漿效果明顯優(yōu)于一般樁端與樁側(cè)分別注漿的樁。因此,為了獲得更高的承載力,樁端樁側(cè)聯(lián)合注漿樁得到廣泛應(yīng)用。對(duì)于樁端樁側(cè)聯(lián)合注漿樁的注漿順序,宜先自上而下逐段進(jìn)行樁側(cè)注漿,最后進(jìn)行樁端注漿。

3 結(jié)語

鉆孔灌注樁具有顯著的優(yōu)點(diǎn):對(duì)各種地層土質(zhì)條件適應(yīng)性強(qiáng)、樁徑與樁長變幅大、噪聲低、施工簡便、工效高及造價(jià)較低等。但鉆孔灌注樁亦具有較顯著的缺點(diǎn),前面分別闡述了降低泥漿護(hù)壁鉆孔灌注樁單樁承載力的施工因素。針對(duì)上述因素,對(duì)鉆孔灌注樁進(jìn)行樁端和樁側(cè)壓力注漿,就會(huì)使其承載力大幅度提高,獲得顯著的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益。

1)提高單樁承載力,降低造價(jià)。2)減小樁徑、縮短樁長。3)有效地處理和消除泥漿護(hù)壁鉆孔樁的沉渣和泥膜的兩大癥結(jié),提高承載力,滿足設(shè)計(jì)要求。4)有效地處理和消除干作業(yè)螺旋鉆成孔灌注樁樁端虛土的癥結(jié),提高承載力,滿足設(shè)計(jì)要求。5)針對(duì)某些鉆孔灌注樁身本身質(zhì)量無問題但需要提高承載力以滿足設(shè)計(jì)要求時(shí),可采用樁外側(cè)鉆孔埋管注漿法使“廢樁”再生利用。

[1]沈保漢.后注漿技術(shù)[J].工業(yè)建筑,2001,31(5-12):41-42.

[2]JGJ 94-2008,建筑樁基技術(shù)規(guī)范[S].

[3]何 飛.鉆孔灌注樁后壓漿技術(shù)在高層建設(shè)中的應(yīng)用實(shí)例[J].土工基礎(chǔ),2003,14(1):7-10.

[4]陸茂叢.后壓漿技術(shù)在樁基施工中的應(yīng)用和研究[J].西部探礦工程,2003(5):9-11.

[5]申建宇,李海彬.后注漿技術(shù)的應(yīng)用研究[J].巖土工程界,1999,4(10):40-41.

[6]丁延法,王 平.后注漿法在鉆孔灌注樁工程中的應(yīng)用[J].山西建筑,2009,35(11):111-112.