周雄
(中國(guó)有色金屬長(zhǎng)沙勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司,湖南 長(zhǎng)沙 410011)
天富花園位于深圳市沙頭角鎮(zhèn),系由深圳市鹽田區(qū)城建開(kāi)發(fā)公司投資興建,由中國(guó)電子設(shè)計(jì)院負(fù)責(zé)設(shè)計(jì)。本建筑物設(shè)計(jì)采用框架結(jié)構(gòu),樁筏基礎(chǔ),設(shè)計(jì)樁總數(shù)為57根,分φ1400mm、φ1800mm 及φ2000mm三種樁徑,其單樁承載力標(biāo)準(zhǔn)值分別為3800kN、11300kN及13270kN,樁身砼強(qiáng)度等級(jí)設(shè)計(jì)為C25,樁長(zhǎng)設(shè)計(jì)為15~22m,樁端持力層為強(qiáng)風(fēng)化花崗斑巖。樁基系汕頭市某建筑公司施工,施工后經(jīng)有色長(zhǎng)沙勘察設(shè)計(jì)研究院深圳分院低應(yīng)變無(wú)損檢測(cè)及抽芯檢測(cè),檢測(cè)結(jié)果為:19根Ⅳ類(lèi)樁、11根Ⅲ類(lèi)樁,27根樁為Ⅰ類(lèi)或Ⅱ類(lèi)。Ⅳ類(lèi)樁及Ⅲ類(lèi)樁樁身存在混凝土離析、膠結(jié)松散及混凝土強(qiáng)度等級(jí)偏低等缺陷。在此情況下,決定對(duì)明顯影響工程質(zhì)量的30根Ⅲ類(lèi)樁及Ⅳ類(lèi)樁進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)處理,以提高樁身完整性及樁體承載能力。
根據(jù)工程勘察報(bào)告,場(chǎng)地內(nèi)工程地質(zhì)情況概括見(jiàn)表1。
表1 施工場(chǎng)地工程地質(zhì)條件
本工程人工挖孔樁要求樁端嵌入強(qiáng)風(fēng)化花崗斑巖⑧層不少于2000mm,另要求清底干凈,無(wú)沉渣。
根據(jù)樁基抽芯檢測(cè)報(bào)告及勘察報(bào)告,本工程所有Ⅲ類(lèi)樁及Ⅳ類(lèi)樁均是不同程度地存在樁體砼離析、樁身砼有空洞或樁底有沉渣、與基巖接觸不好等問(wèn)題,必須進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)處理,以不影響樁體承載能力。
經(jīng)技術(shù)、經(jīng)濟(jì)比較,擬選用高壓灌漿補(bǔ)強(qiáng)處理技術(shù)方案。其主要機(jī)理為滲透注漿及充填注漿。即通過(guò)注漿泵和孔內(nèi)阻塞器、依靠調(diào)節(jié)漿液的濃度(或水灰比),使?jié){液在注漿泵壓力的作用下滲透、充填到原樁身砼的缺陷(如孔隙、空隙)中去,或者有部分漿液滲透到樁身護(hù)壁外圍的土體(包括空隙、孔隙)中去。這些滲透的漿液在產(chǎn)生凝結(jié)固化后,對(duì)原樁身缺陷部分的骨料進(jìn)行膠結(jié)和充填,達(dá)到提高樁身缺陷部分的整體強(qiáng)度、完整性,減少其孔隙率和加載時(shí)變形量的目的。
3.2.1 高壓灌漿材料設(shè)計(jì)
本次設(shè)計(jì)采用純水泥漿作為注漿材料。并添加減水劑或早強(qiáng)劑作為外加劑。水泥為普通硅酸鹽P.O 42.5水泥。
水泥漿的初灌水灰比定為2∶1,根據(jù)單位灌漿量(吸漿量)和注漿壓力依次降低水灰比,暫定為2∶1、1∶1、0.8∶1、0.5∶1四個(gè)級(jí)配(在壓水試驗(yàn)后和灌漿過(guò)程中視灌漿量的具體情況可作適當(dāng)調(diào)整),以灌漿量和注漿壓力控制終灌標(biāo)準(zhǔn)。
3.2.2 高壓灌漿灌漿量的理論計(jì)算
本工程灌漿量可按以下原則進(jìn)行計(jì)算:
①注漿處理段的樁身體積V(m3):
式中:d為樁芯設(shè)計(jì)直徑,單位m;Li為某樁注漿處理段的分段長(zhǎng)度(松散段長(zhǎng)度),單位m。
②預(yù)計(jì)孔隙率n
式中:1/2—預(yù)計(jì)的經(jīng)驗(yàn)系數(shù),本工程按砂漿充填率占1/2考慮;n1—樁身砼中砂漿所占的理論體積比,約50%。
③采用注漿處理樁段預(yù)計(jì)的漿液體積
④ 所注漿液按平均水灰比0.5進(jìn)行固結(jié)時(shí),每m3漿液體積內(nèi)的水泥質(zhì)量約為1200kg。
⑤處理某樁的理論水泥用量預(yù)計(jì)值
3.2.3 高壓灌漿壓力設(shè)計(jì)
為保證注入漿液充分滲透到松散樁段的砼中去,本次注漿控制的終灌注漿壓力≥2~4MPa。當(dāng)注漿用水泥量已達(dá)到預(yù)計(jì)值Q1的1.50倍,注入的水泥漿液水灰比已達(dá)到0.5,而不能滿足終灌壓力要求時(shí),應(yīng)在注漿過(guò)程中采用間隙注漿方式(每次間隔時(shí)間15~20min)進(jìn)行注漿,直至達(dá)到終灌壓力,并穩(wěn)定3min停灌。
3.2.4 高壓灌漿前的壓水試驗(yàn)
高壓灌漿前須先洗孔再進(jìn)行壓水試驗(yàn),了解灌漿孔內(nèi)樁體的滲透性及單位吸漿量。
3.2.5 對(duì)于大口徑樁及問(wèn)題嚴(yán)重樁的特別處理
(1)樁徑為φ1400mm的Ⅲ類(lèi)樁設(shè)計(jì)布置一個(gè)灌漿處理孔,即利用原抽芯孔作為灌漿孔,但若其樁身砼離析段較多,則采用單孔分段處理,順序?yàn)閺南轮辽?,詳?jiàn)灌漿加固結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖a。
(2)樁徑為φ1800mm及φ2000mm的Ⅲ類(lèi)樁設(shè)計(jì)布置兩個(gè)灌漿處理孔,即除利用原抽芯孔外,另根據(jù)嚴(yán)重松散段深度,再鉆一個(gè)灌漿處理孔進(jìn)行二次灌漿處理,詳見(jiàn)灌漿加固結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖b。
(3)對(duì)于有嚴(yán)重問(wèn)題的Ⅳ類(lèi)樁不論樁徑大小均布置兩個(gè)灌漿處理孔,且根據(jù)砼離析段的不同位置,分別隔段進(jìn)行處理,詳見(jiàn)灌漿加固結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖c。
3.2.6 高壓灌漿補(bǔ)強(qiáng)處理效果檢測(cè)
當(dāng)補(bǔ)強(qiáng)處理后7天,通過(guò)低應(yīng)變無(wú)損檢測(cè)結(jié)果的前后對(duì)比分析,輔助抽芯等檢測(cè)手段,對(duì)處理效果進(jìn)行判斷,以確定是否達(dá)到預(yù)期要求(即樁身砼密實(shí)、整體膠結(jié)良好、砼強(qiáng)度等級(jí)C25以上)。
本次施工的主要設(shè)備有XY-1A型100m鉆機(jī)、BW-150型注漿泵、水泥漿攪拌器及對(duì)應(yīng)的1100L攪拌桶。
本次施工的主要材料為普通硅酸鹽P.O42.5水泥及Dg25鍍鋅管。
4.2.1 探測(cè)遺留抽芯孔和注漿鉆孔內(nèi)有無(wú)雜物、沉渣
將Dg25鍍鋅管吊放至各抽芯孔孔底,檢查各孔內(nèi)有無(wú)雜物及沉渣,并判斷雜物及沉渣的性質(zhì)及位置。
4.2.2 有雜物、沉渣孔的掏孔或洗孔
當(dāng)孔內(nèi)殘留芯樣或封孔固結(jié)物,且位置高于最低注漿處理段時(shí),利用XY-1A型鉆機(jī)及φ101金剛石雙管單動(dòng)鉆具,將孔內(nèi)殘留芯樣或封孔固結(jié)物掏至最底部一個(gè)注漿處理段以下1.00m。若判定孔內(nèi)沉淀物為巖粉(屑)時(shí),可直接用注漿管和BW-150泵進(jìn)行沖洗。鑒于本次抽芯鉆孔采用金剛石鉆進(jìn),巖粉較細(xì),且灌漿要求的擴(kuò)散半徑不大,可不考慮壓水沖洗和風(fēng)水聯(lián)合沖洗方式。
4.2.3 埋置進(jìn)漿管及回水管
用Dg25鍍鋅管作灌漿管。灌漿段(下部1.00~1.50m段)灌漿管做成花管形式(鉆φ5~8mm小孔20個(gè)左右),先用電工膠布纏繞小孔2~3層,再對(duì)管端進(jìn)行封閉,然后將灌漿管按所需長(zhǎng)度下置到預(yù)定深度?;厮芤怖肈g25鍍鋅管,下端放至預(yù)封閉處以下約0.20m處,上端上提至孔口以上0.30~0.50m,為便于裝置閉漿閥門(mén),可在上端裝一彎頭。
4.2.4 制作封堵段
上述工作準(zhǔn)備就緒后,當(dāng)灌漿封堵段為孔口以下時(shí),以下托鐵板及膠塞為封堵塞,沿孔口灌漿管及回水管下放至預(yù)定位置處進(jìn)行封堵;當(dāng)灌漿封堵段為孔口位置時(shí),直接采用人工封孔,封孔用強(qiáng)度大于M20的水泥砂漿,并用鐵釬搗實(shí)。
4.2.5 壓水
在封孔段制作好24h后,用BW-150泵送清水清洗孔,同時(shí)進(jìn)行壓水試驗(yàn),了解鉆孔的滲透性以及單位吸水量,確定漿液配比。
4.2.6 壓力灌漿
壓力灌漿是本工程的最關(guān)鍵一道工序。它在壓水工序后進(jìn)行。
根據(jù)壓水時(shí)單位吸水量和水壓力,可以將原擬定的初灌水灰比2∶1調(diào)濃至1∶1開(kāi)灌。灌漿過(guò)程中還可以根據(jù)單位時(shí)間內(nèi)吸漿量調(diào)整漿液級(jí)配。當(dāng)某一級(jí)漿液灌注量超過(guò)1.0m3,而泵壓仍小于0.50MPa時(shí),可減少一個(gè)濃度級(jí)配,進(jìn)行后續(xù)灌漿。
灌漿過(guò)程中,要對(duì)每次調(diào)整漿液的比重(按水灰比換算)用比重計(jì)進(jìn)行測(cè)定。比重誤差控制在≤±0.02,發(fā)現(xiàn)誤差過(guò)大時(shí),及時(shí)調(diào)整。灌漿中水泵工應(yīng)及時(shí)記錄分時(shí)段的灌漿量、灌漿壓力、漿液比重(水灰比)和對(duì)應(yīng)的灌漿時(shí)段。同時(shí),密切關(guān)注漿液的吃漿量變化和壓力表變化,以便發(fā)現(xiàn)異常時(shí)及時(shí)采取相應(yīng)措施(如中斷泵送、進(jìn)行檢修等等)。
本次灌漿應(yīng)采用抗震壓力表,壓力表量程宜在10~16MPa之間。
在進(jìn)行某樁孔灌漿時(shí),若發(fā)現(xiàn)未灌樁注漿管內(nèi)有清水冒出或已灌(未固結(jié))樁孔注漿管內(nèi)有漿液冒出時(shí)應(yīng)立即停灌,在堵塞或用閥門(mén)阻止上述冒水或冒漿后,再恢復(fù)灌漿。
在灌漿途中因機(jī)械故障延時(shí)過(guò)長(zhǎng)或停電時(shí)間過(guò)長(zhǎng)而不能恢復(fù)灌漿的鉆孔應(yīng)重新鉆孔、下管、堵孔、灌漿。灌漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)格按照終灌壓力≥2~4MPa并穩(wěn)定3min控制。
本次施工特別應(yīng)注意的事項(xiàng)有:
(1)當(dāng)一個(gè)鉆孔內(nèi)須埋置兩根注漿管并需分段封孔時(shí),應(yīng)在下部注漿管置入并封孔完好后再置入上部的孔內(nèi)注漿管并進(jìn)行該注漿管的上部封閉,封孔48h后才能進(jìn)行壓力注漿。
(2)當(dāng)同一樁內(nèi)須設(shè)置兩個(gè)注漿孔才能滿足注漿要求時(shí),第二注漿孔須在第一注漿孔灌漿48h后再進(jìn)行鉆孔。
(3)對(duì)于抽芯后孔口冒水鉆孔,在進(jìn)行孔口封閉時(shí),應(yīng)首先封堵孔內(nèi)涌水,使其不再涌出,或僅有少量滲水,然后添加速凝劑調(diào)制封孔漿液,進(jìn)行快速封堵,封孔嚴(yán)實(shí),不再滲水并待凝48h后進(jìn)行壓力灌漿。
(4)當(dāng)采用水灰比較低漿液進(jìn)行灌漿時(shí),考慮到漿液的稠度和可泵性,增添減水劑。
本次補(bǔ)強(qiáng)處理方案歷時(shí)一個(gè)月結(jié)束全部工作,扣除各種因素的停工天數(shù),實(shí)際施工總天數(shù)27d。本次處理嚴(yán)格按設(shè)計(jì)方案要求執(zhí)行,處理后經(jīng)有關(guān)單位對(duì)該30根Ⅲ類(lèi)及Ⅳ類(lèi)樁進(jìn)行低應(yīng)變無(wú)損檢測(cè),同時(shí)經(jīng)與處理前檢測(cè)波形對(duì)照,發(fā)現(xiàn)樁身完整性明顯變好,處理效果滿足設(shè)計(jì)要求。并且建設(shè)單位為了證實(shí)處理后的砼膠結(jié)及強(qiáng)度情況,特抽取了4根處理樁進(jìn)行抽芯檢測(cè),發(fā)現(xiàn)樁體經(jīng)處理后砼膠結(jié)良好,混凝土芯呈柱狀,并且混凝土芯室內(nèi)抗壓強(qiáng)度可達(dá)到25MPa以上,滿足設(shè)計(jì)處理要求。
本次高壓灌漿補(bǔ)強(qiáng)處理工程是我院繼岳陽(yáng)市人壽大廈、財(cái)政部駐湘監(jiān)察專(zhuān)員辦事處綜合樓等樁基處理工程后的又一次取得成功。為該項(xiàng)技術(shù)在樁基補(bǔ)強(qiáng)處理工程中的推廣應(yīng)用提供了經(jīng)驗(yàn)。
高壓灌漿樁基補(bǔ)強(qiáng)處理的設(shè)計(jì)計(jì)算應(yīng)視抽芯檢測(cè)時(shí)全身完整性情況選擇相應(yīng)的灌漿參數(shù)。目前,高壓灌漿樁基補(bǔ)強(qiáng)處理技術(shù)有關(guān)設(shè)計(jì)理論尚不完善,有待于實(shí)踐中進(jìn)一步總結(jié)和提高。
高壓灌漿樁基補(bǔ)強(qiáng)處理比補(bǔ)樁及跨梁、增大基槽面積等方案的工程造價(jià)低約30~50%,且施工工期較短,能充分顯示出該技術(shù)的優(yōu)勢(shì)。