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        樁底后壓漿技術(shù)在鉆孔灌注樁中的應用及效果分析

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

        鄭永兵

        【摘要】隨著我國社會經(jīng)濟的持續(xù)發(fā)展與綜合國力的不斷提升,高層建筑及橋梁工程建設也得到了長足發(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)壁摩阻力等問題方面有著較大優(yōu)勢,因此該項技術(shù)被更多應用于當前高層建筑與橋梁工程建設中。樁底后壓漿技術(shù)最先在歐洲部分國家得到應用,取得了比較好的應用效果,我國應用此項技術(shù)于工程實踐的時間尚短,只是在近些年的一些跨海橋梁建設中,為了減少沉降和提升鉆孔承載力而嘗試使用了該項技術(shù),如東海大橋建設、杭州大橋建設等。雖然是應用過程中收獲到了不錯的效果,也實現(xiàn)了預期目的,但由于該項技術(shù)比較復雜,目前對其原理及作用機理的研究仍然不是十分透徹。

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

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

        【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),是通過預先設置于鋼筋籠上的壓漿管,在樁體達到一定強度后 (一般為7-10天),向樁側(cè)或樁底進行壓力注漿,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,從阿而達到提高樁基礎整體性和承載力、控制樁基礎沉降的目的。

        隨著我國經(jīng)濟持續(xù)快速的發(fā)展,交通基礎設施建設的投入不斷增加,交通路網(wǎng)逐漸伸展,大量的過河、跨江、越海橋梁不斷涌現(xiàn)。如何將后壓漿施工技術(shù)應用于實際工程建設中,發(fā)揮技術(shù)核心優(yōu)勢,已取得理想的工程效果,并在提高工程質(zhì)量的同時,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上,縮短施工周期,是當前高層建筑及橋梁工程建設需要認真面對的問題。

        1、樁底后壓漿技術(shù)機理分析

        1.1 加固機理

        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)生物理作用和化學反應有直接關(guān)系,這也是水泥土強度得到有效提升的關(guān)鍵。在壓漿過程中,漿液會通過滲透作用與樁端最疏松處殘渣相結(jié)合,形成密度較大的結(jié)石,在提高強度的同時也消除了樁底沉渣所帶來的不利影響。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,也使樁身混凝土與樁側(cè)周圍土體間的間隙變得趨向無限小,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:

        (1)孔壁完整性差。較差的孔壁完整性會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)摩阻力將無法得到有效提升。

        (3)孔底殘渣對單樁承載力的提升有直接影響,同時也是影響橋梁和建筑物沉降效果的主要因素之一。工程建設中,一般會通過多次清洗的方式來清除孔底殘渣,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),而導致混凝土離析現(xiàn)場發(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、鉆進成孔、清孔、制作鋼筋籠、裝配壓漿管路、下鋼筋籠、密封性檢測、灌注樁身混凝土、壓水開塞、混凝土聲測、養(yǎng)護、安裝后壓漿設備、準備后壓漿材料、壓漿水泥漿液、后壓漿驗收、承載力試驗等。具體流程見圖2。

        2.2 工藝施工要點

        2.2.1 壓漿管制作與布置

        首先來看壓漿管的制作,壓漿管也可用來做聲測管,其直徑約為30-60mm,由三部分組成,分別是進漿管(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。進漿管與出漿管需要同時被固定在鋼筋籠內(nèi)側(cè),一般用絲扣來進行固定。為確保密封性良好,在下方鋼筋籠時需不斷進行注水操作,如發(fā)現(xiàn)有氣泡產(chǎn)生,則說明密封性不夠,需提出重新進行固定。需要指出的是,為了避免壓漿管在施工時被無意壓斷,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行,中間需要對孔隙進行清洗,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 壓漿設備和管路的安裝與鋪設

        壓漿設備一般有壓漿泵和水泥攪拌機,壓漿管路主要是地表輸漿軟管。結(jié)合工程施工經(jīng)驗,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。常用水泥攪拌機一般為自制式,或者也可選用自落式JAC-350型攪拌機。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小時內(nèi)進行操作。操作時,需注意采取適當措施重開覆蓋在壓漿器周圍的混凝土層,否則無法實現(xiàn)壓漿。當遇到擴孔、塌孔問題,以及充盈系數(shù)較大時,需要將壓水操作提前至混凝土澆筑完成后的5個小時左右進行。

        2.2.5 水泥漿配置標準

        水泥漿配置標準有五點:

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

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

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

        (4)保證被選擇漿液在使用時不發(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對環(huán)境造成污染,不會對人體產(chǎn)生危害。

        2.2.6 樁底壓力灌漿

        當混凝土強度達到60%左右時便可進行壓漿操作,一般需要3-7天時間。壓漿前需要根據(jù)壓漿管路的污濁情況確定清洗次數(shù),確認管路足夠干凈后開始壓漿。過程中,管路內(nèi)殘留和多余清水和漿液將會從另一出漿口被排除,當有配置水泥漿從出漿口被持續(xù)排除時,說明管路內(nèi)已填滿水泥漿,此時需要關(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散,但需要注意的是,實際施工中的壓漿操作并不是單根進行的,而是多根同時進行的,因此需要保證每根壓漿管都能得到均勻壓漿,同時注意控制好壓漿速度,一般以30L/min為宜,壓力不要超過3MPa。

        3、應用效果分析

        采用后壓漿技術(shù)進行鉆孔灌注后,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),強度得到了明顯提高。結(jié)合實際施工效果發(fā)現(xiàn),對于不同孔隙率地基土,水泥漿液擴散效果也有明顯不同,27%-35%孔隙率的地基土,其水泥漿液擴散可達1.9-2.3m,深入距離達到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表1;側(cè)阻和端阻承載力見表2;S1、S2、S3、N3樁后壓漿施工參數(shù)見表3。

        結(jié)論:

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

        從工程施工效果看,采用后壓漿技術(shù)進行鉆孔灌注后,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)應用效果主要體現(xiàn)在以下幾點:

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

        (2)隨著樁底后壓漿技術(shù)的合理應用,以往被認為的廢樁也得到了很好利用,進一步節(jié)約了資源。

        (3)隨著樁底后壓漿技術(shù)的合理應用,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,樁荷載傳遞性也得到大幅度提升。

        但需要指出的是,當前對樁底后壓漿技術(shù)的應用還處于初級階段,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該項技術(shù)進行深入探究和再開發(fā)。

        參考文獻:

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