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        樁底后壓漿技術(shù)在鉆孔灌注樁中的應(yīng)用及效果分析

        2021-09-22 01:59:47鄭永兵
        關(guān)鍵詞:作用機(jī)理施工方法鉆孔灌注樁

        鄭永兵

        【摘要】隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展與綜合國(guó)力的不斷提升,高層建筑及橋梁工程建設(shè)也得到了長(zhǎng)足發(fā)展。相比常規(guī)灌注樁施工技術(shù),后壓漿技術(shù)在解決孔底沉渣、孔壁泥皮、增加樁側(cè)壁摩阻力等問(wèn)題方面有著較大優(yōu)勢(shì),因此該項(xiàng)技術(shù)被更多應(yīng)用于當(dāng)前高層建筑與橋梁工程建設(shè)中。樁底后壓漿技術(shù)最先在歐洲部分國(guó)家得到應(yīng)用,取得了比較好的應(yīng)用效果,我國(guó)應(yīng)用此項(xiàng)技術(shù)于工程實(shí)踐的時(shí)間尚短,只是在近些年的一些跨海橋梁建設(shè)中,為了減少沉降和提升鉆孔承載力而嘗試使用了該項(xiàng)技術(shù),如東海大橋建設(shè)、杭州大橋建設(shè)等。雖然是應(yīng)用過(guò)程中收獲到了不錯(cuò)的效果,也實(shí)現(xiàn)了預(yù)期目的,但由于該項(xiàng)技術(shù)比較復(fù)雜,目前對(duì)其原理及作用機(jī)理的研究仍然不是十分透徹。

        本文以現(xiàn)有工程經(jīng)驗(yàn)、試驗(yàn)以及理論為基礎(chǔ),研究了漿液在土層中的作用模式,以及對(duì)樁端阻力及樁側(cè)摩阻力的影響方式;研究了漿液在土體中的作用機(jī)理。根據(jù)樁底后壓漿期間的大量跟蹤觀測(cè)數(shù)據(jù),分析了樁底后壓漿的作用效果。

        本文首先對(duì)樁底后壓漿技術(shù)機(jī)理進(jìn)行了分析,包括加固機(jī)理和承載力影響因素;然后對(duì)技術(shù)工藝施工流程和要點(diǎn)進(jìn)行了詳細(xì)闡述,其中要點(diǎn)包含壓漿管制作與布置、混凝土澆筑、壓漿設(shè)備和管路的安裝與鋪設(shè)、壓注清水、水泥漿配置標(biāo)準(zhǔn)、樁底壓力灌漿等六方面內(nèi)容;最后對(duì)樁底后壓漿技術(shù)應(yīng)用效果進(jìn)行了描述。

        【關(guān)鍵詞】樁底后壓漿技術(shù);鉆孔灌注樁;施工方法;作用機(jī)理;承載特性

        【DOI】10.12334/j.issn.1002-8536.2021.

        20.005

        緒論

        所謂后壓漿技術(shù),是通過(guò)預(yù)先設(shè)置于鋼筋籠上的壓漿管,在樁體達(dá)到一定強(qiáng)度后 (一般為7-10天),向樁側(cè)或樁底進(jìn)行壓力注漿,固結(jié)樁側(cè)泥皮和孔底沉渣,并使樁側(cè)和樁端一定范圍內(nèi)的土體得到加固,從阿而達(dá)到提高樁基礎(chǔ)整體性和承載力、控制樁基礎(chǔ)沉降的目的。

        隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)持續(xù)快速的發(fā)展,交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的投入不斷增加,交通路網(wǎng)逐漸伸展,大量的過(guò)河、跨江、越海橋梁不斷涌現(xiàn)。如何將后壓漿施工技術(shù)應(yīng)用于實(shí)際工程建設(shè)中,發(fā)揮技術(shù)核心優(yōu)勢(shì),已取得理想的工程效果,并在提高工程質(zhì)量的同時(shí),降低投入成本和施工難度,以及在提升施工工藝和豐富施工手段的基礎(chǔ)上,縮短施工周期,是當(dāng)前高層建筑及橋梁工程建設(shè)需要認(rèn)真面對(duì)的問(wèn)題。

        1、樁底后壓漿技術(shù)機(jī)理分析

        1.1 加固機(jī)理

        作為后壓漿技術(shù)原材料之一,水泥漿的固化與其和沉淤、泥皮產(chǎn)生物理作用和化學(xué)反應(yīng)有直接關(guān)系,這也是水泥土強(qiáng)度得到有效提升的關(guān)鍵。在壓漿過(guò)程中,漿液會(huì)通過(guò)滲透作用與樁端最疏松處殘?jiān)嘟Y(jié)合,形成密度較大的結(jié)石,在提高強(qiáng)度的同時(shí)也消除了樁底沉渣所帶來(lái)的不利影響。注漿量與注漿壓力之間的高度正相關(guān)性,不僅使沉渣、干渣石、虛尖的硬度變得更強(qiáng),也使樁身混凝土與樁側(cè)周?chē)馏w間的間隙變得趨向無(wú)限小,即提升了二者之間的粘結(jié)力,也提高了樁身下段樁側(cè)的摩阻力。

        1.2 承載力影響因素

        孔樁單樁承載力影響因素主要有以下五點(diǎn):

        (1)孔壁完整性差。較差的孔壁完整性會(huì)降低孔樁單樁承載能力。

        (2)樁身混凝土與樁周土體間的粘結(jié)性對(duì)承載力有直接影響,但起關(guān)鍵作用的是孔壁上的泥皮。如果不能將泥皮處理掉,樁側(cè)摩阻力將無(wú)法得到有效提升。

        (3)孔底殘?jiān)鼘?duì)單樁承載力的提升有直接影響,同時(shí)也是影響橋梁和建筑物沉降效果的主要因素之一。工程建設(shè)中,一般會(huì)通過(guò)多次清洗的方式來(lái)清除孔底殘?jiān)?,但清洗效果卻始終不好。

        (4)干渣石和虛尖的形成是影響樁底混凝土強(qiáng)度的主要因素之一,干渣石和虛尖的形成與混凝土離析現(xiàn)象有關(guān),而導(dǎo)致混凝土離析現(xiàn)場(chǎng)發(fā)生的原因在于混凝土初灌的方式,以及所使用的工具。

        (5)樁側(cè)摩阻力的降低也與樁身混凝土和孔壁間存在的間隙有關(guān),間隙形成主要原因之一是混凝土固結(jié)而發(fā)生體積收縮。

        2、工程施工工藝

        2.1 工藝施工流程

        工藝施工內(nèi)容主要包括:工程地質(zhì)資料、參數(shù)選擇、鉆進(jìn)成孔、清孔、制作鋼筋籠、裝配壓漿管路、下鋼筋籠、密封性檢測(cè)、灌注樁身混凝土、壓水開(kāi)塞、混凝土聲測(cè)、養(yǎng)護(hù)、安裝后壓漿設(shè)備、準(zhǔn)備后壓漿材料、壓漿水泥漿液、后壓漿驗(yàn)收、承載力試驗(yàn)等。具體流程見(jiàn)圖2。

        2.2 工藝施工要點(diǎn)

        2.2.1 壓漿管制作與布置

        首先來(lái)看壓漿管的制作,壓漿管也可用來(lái)做聲測(cè)管,其直徑約為30-60mm,由三部分組成,分別是進(jìn)漿管(由樁頂?shù)綐兜祝?、出漿管(由樁底到樁頂)、壓漿器。其中壓漿器位于樁底部,但需要超出鋼筋籠底部約0.3-0.5m,其組成部件分別是:由 30mm的鋼管組裝而成的U形管、 8mm的穿孔、橡膠管、8mm厚的薄鋼板(見(jiàn)圖3)。在布置方面,根據(jù)樁徑大小,靈活增加或減少連通注漿裝備數(shù)量,一般為2-6套。進(jìn)漿管與出漿管需要同時(shí)被固定在鋼筋籠內(nèi)側(cè),一般用絲扣來(lái)進(jìn)行固定。為確保密封性良好,在下方鋼筋籠時(shí)需不斷進(jìn)行注水操作,如發(fā)現(xiàn)有氣泡產(chǎn)生,則說(shuō)明密封性不夠,需提出重新進(jìn)行固定。需要指出的是,為了避免壓漿管在施工時(shí)被無(wú)意壓斷,需要保證其低于地表20cm。

        2.2.2 混凝土澆筑

        混凝土澆筑操作需在鋼筋籠和壓漿管下方完成后進(jìn)行,中間需要對(duì)孔隙進(jìn)行清洗,清洗次數(shù)視樁底沉渣量大小而定。清孔工作完成后,按要求灌注樁身混凝土。

        2.2.3 壓漿設(shè)備和管路的安裝與鋪設(shè)

        壓漿設(shè)備一般有壓漿泵和水泥攪拌機(jī),壓漿管路主要是地表輸漿軟管。結(jié)合工程施工經(jīng)驗(yàn),比較常用的壓漿泵是BW-150型壓漿泵,若選用其他形式壓漿泵,泵壓值必須大于10MPa,最好是柱塞式泥漿泵。常用水泥攪拌機(jī)一般為自制式,或者也可選用自落式JAC-350型攪拌機(jī)。在地表輸漿管的選用上,首選耐壓值高的鋼絲編織高壓膠管,耐壓值至少達(dá)到10MPa。

        2.2.4 壓注清水

        壓注清水的主要目的是為保證壓漿管路暢通,但要在混凝土灌注后24小時(shí)內(nèi)進(jìn)行操作。操作時(shí),需注意采取適當(dāng)措施重開(kāi)覆蓋在壓漿器周?chē)幕炷翆?,否則無(wú)法實(shí)現(xiàn)壓漿。當(dāng)遇到擴(kuò)孔、塌孔問(wèn)題,以及充盈系數(shù)較大時(shí),需要將壓水操作提前至混凝土澆筑完成后的5個(gè)小時(shí)左右進(jìn)行。

        2.2.5 水泥漿配置標(biāo)準(zhǔn)

        水泥漿配置標(biāo)準(zhǔn)有五點(diǎn):

        (1)保證水泥漿液粘度足夠低,滲透力和流動(dòng)性足夠好,保證漿液能夠順利進(jìn)入細(xì)小裂縫中。

        (2)注意控制和調(diào)節(jié)漿液凝固時(shí)間,盡可能保證漿液不流失。

        (3)在保證漿液結(jié)合率高且強(qiáng)度大的同時(shí),不使凝固體積收縮。

        (4)保證被選擇漿液在使用時(shí)不發(fā)生離析、不發(fā)生沉淀,確保質(zhì)量足夠好。

        (5)被選擇使用漿液不會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染,不會(huì)對(duì)人體產(chǎn)生危害。

        2.2.6 樁底壓力灌漿

        當(dāng)混凝土強(qiáng)度達(dá)到60%左右時(shí)便可進(jìn)行壓漿操作,一般需要3-7天時(shí)間。壓漿前需要根據(jù)壓漿管路的污濁情況確定清洗次數(shù),確認(rèn)管路足夠干凈后開(kāi)始?jí)簼{。過(guò)程中,管路內(nèi)殘留和多余清水和漿液將會(huì)從另一出漿口被排除,當(dāng)有配置水泥漿從出漿口被持續(xù)排除時(shí),說(shuō)明管路內(nèi)已填滿水泥漿,此時(shí)需要關(guān)閉出漿管口。低檔慢壓和先稀后濃是壓漿基本原則,這有利于漿液在土體中順利擴(kuò)散,但需要注意的是,實(shí)際施工中的壓漿操作并不是單根進(jìn)行的,而是多根同時(shí)進(jìn)行的,因此需要保證每根壓漿管都能得到均勻壓漿,同時(shí)注意控制好壓漿速度,一般以30L/min為宜,壓力不要超過(guò)3MPa。

        3、應(yīng)用效果分析

        采用后壓漿技術(shù)進(jìn)行鉆孔灌注后,灌漿效果較之前相比得到顯著提升,水泥漿液上返高度達(dá)到了10m以上,隨著樁側(cè)硬結(jié)土層的加厚(一般在10cm左右),強(qiáng)度得到了明顯提高。結(jié)合實(shí)際施工效果發(fā)現(xiàn),對(duì)于不同孔隙率地基土,水泥漿液擴(kuò)散效果也有明顯不同,27%-35%孔隙率的地基土,其水泥漿液擴(kuò)散可達(dá)1.9-2.3m,深入距離達(dá)到1m以上。另外,承載能力在壓漿后也得到大幅度提升。壓漿前后樁承載力見(jiàn)表1;側(cè)阻和端阻承載力見(jiàn)表2;S1、S2、S3、N3樁后壓漿施工參數(shù)見(jiàn)表3。

        結(jié)論:

        本文首先對(duì)樁底后壓漿技術(shù)機(jī)理進(jìn)行了分析,包括加固機(jī)理和承載力影響因素;然后對(duì)技術(shù)工藝施工流程和要點(diǎn)進(jìn)行了詳細(xì)闡述,其中要點(diǎn)包含壓漿管制作與布置、混凝土澆筑、壓漿設(shè)備和管路的安裝與鋪設(shè)、壓注清水、水泥漿配置標(biāo)準(zhǔn)、樁底壓力灌漿等六方面內(nèi)容;最后對(duì)樁底后壓漿技術(shù)應(yīng)用效果進(jìn)行了描述。

        從工程施工效果看,采用后壓漿技術(shù)進(jìn)行鉆孔灌注后,灌漿效果較之前相比得到顯著提升,并且在一定程度上降低了工程成本和施工難度,比如減少了樁基的數(shù)量。樁底后壓漿技術(shù)應(yīng)用效果主要體現(xiàn)在以下幾點(diǎn):

        (1)隨著樁底后壓漿技術(shù)的合理應(yīng)用,非嵌巖樁單樁承載力有所提升,基本能夠達(dá)到嵌巖樁水平,降低施工難度的同時(shí)也節(jié)約了成本。

        (2)隨著樁底后壓漿技術(shù)的合理應(yīng)用,以往被認(rèn)為的廢樁也得到了很好利用,進(jìn)一步節(jié)約了資源。

        (3)隨著樁底后壓漿技術(shù)的合理應(yīng)用,樁端持力層與樁周條件得到明顯改善,隨著樁端阻力與樁側(cè)摩阻力的增強(qiáng),樁荷載傳遞性也得到大幅度提升。

        但需要指出的是,當(dāng)前對(duì)樁底后壓漿技術(shù)的應(yīng)用還處于初級(jí)階段,技術(shù)原理并不是很成熟,因此還需要研究人員和資深工程人員對(duì)該項(xiàng)技術(shù)進(jìn)行深入探究和再開(kāi)發(fā)。

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