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【摘要】 采用灌浆补强方法处理桩基础质量事故具有成本较低,速度快等优点,不仅能在很大程度上提高桩侧摩阻力,而且在一定程度改善持力层条件、提高桩的端承力。
【关键词】 灌浆补强方法;处理;桩基础;质量事故
【中图分类号】 TU473.1 【文献标识码】 A【文章编号】 1727-5123(2010)01-009-02
Adoption Pressing Syrup Strengthening Method to Handling Pile Foundation Failure
【Abstract】 Adoption pressing syrup strengthening to handling pile foundation failure has the cost lower, flat-out quick etc. Advantage, can not only increases to large extent pile side resistance, but also holds the dint layer term and increases in certain degree improvement pile carry to accept.
【Key words】 Pressing syrup strengthening method; Handling; Pile foundation; Failure
随着高层建筑物与大型桥梁等工程的大量兴建,大直径灌注桩(成桩方法有人工挖孔、钻成孔、冲成孔)因其具有承载力高、无挤土、无振动、能贴近已建建筑物施工、适应性强等优点,已在桩基工程中得到广泛应用。但大直径灌注桩的质量事故时有发生,影响其承载力的发挥。对检测确认的质量事故,应根据质量事故的具体情况与客观条件,及时采取妥善的补强处理或返工措施,把质量事故所造成的损失降到最低限度。
灌浆补强方法不仅能在很大程度上提高桩侧摩阻力,而且在一定程度改善持力层条件、提高桩的端承力,该方法处理桩基础质量事故方法还具有成本较低,速度也较快的优点。对于桩身局部性的混凝土缺陷,如局部粗细骨料胶结不紧密而形成的局部蜂窝与离散,以及桩底部沉渣过厚或持力层性能较差等,可采用该方法处理。
1灌浆处理方法的机理
1.1提高桩侧摩阻力。冲钻孔灌注桩桩周泥皮和人工挖孔桩护壁与桩周土体间空隙降低了桩侧摩阻力。在灌浆压力作用下,浆液通过渗透、劈裂、充填、挤密和胶结作用,对桩周泥皮置换和空隙充填,在桩周形成脉状结石体,如同树根植入土中,从而使桩侧摩阻力大幅度提高。
1.2提高桩的端承力。灌注桩成孔中,对桩周土扰动降低了桩端土体强度,水的水泡软化作用又进一步加剧其强度降低。桩端灌浆通过渗透、劈裂和挤密作用使桩端持力层在一定范围内形成浆液和土的结石体,从而改善持力层的物理力学性能,恢复和提高了持力层土体强度。桩底沉碴的存在因其强度低严重影响端承力的发挥。桩端灌浆通过浆液对沉碴的置换、挤密和固结作用改善或消除桩底沉碴对端承力发挥的不良影响。试验证实,桩端灌浆使桩的端承力得到一定的提高。
2合理的灌浆条件
2.1灌浆设计。为使桩端灌浆施工合理、有效,有必要对灌浆目标的土岩特性、地下水条件、地下埋设物分布状况和周围环境进行详细调查和分析,并在分析相关资料基础上进行桩端灌浆设计。桩端灌浆设计主要包括浆液配比,浆液浓度、灌浆率、灌浆量和灌浆压力等参数确定。
2.2灌浆工艺。
2.2.1灌浆管埋设。对于成桩后采用动测法或声测法发现有缺陷的钻孔灌注桩,一般再采用地质钻机钻两个孔以抽芯鉴别,孔深要求达到桩身缺陷部位底部再加深1m。对于采用钻孔抽芯法观测发现有缺陷的钻孔灌注桩,一般也需钻两个孔作为比较与鉴别。抽芯检测所钻的两个孔,一个作为灌浆的进浆孔,另一个作为出浆孔。桩端灌浆处理大直径灌注桩需在桩中心造一灌浆孔直至桩端持力层一定深度,然后埋入灌浆管至孔底,并封闭孔口一定范围灌浆管与孔之间空隙。
2.2.2压水试验。对于抽芯孔,往往由于欠缺保护而使孔内聚积泥浆或垃圾等,灌浆前适当疏通往往是必要的。压水试验不仅起到疏通灌浆通道的作用,而且灌浆设计的有关参数也应根据压水试验结果做相应调整。
2.3灌浆参数。在灌浆过程中,灌浆压力、浆液浓度、注入率和灌浆量是变化的。合理的确定和控制其变化对提高灌浆效果十分重要。灌浆压力随灌浆进展呈现出由低到高的变化规律。若灌浆过程中压力突然急剧下降,表明发生冒浆或漏浆现象,应在浆液中加入相应的添加剂和采取间歇灌浆措施以确保桩端灌浆效果。在灌浆中,浆液浓度经历了由稀浆向浓浆变化的过程。稀浆渗透性强可扩大灌浆加固范围,浓浆有利于提高灌浆加固区强度。
3应用的工程
广州市某立交桥基础采用ф1200钻孔灌注桩,桩长18～26m,共85根,按摩擦端承桩设计,桩端持力层为含粘性土角砾土层,桩顶为系梁式基础桩台(厚度1.2～2.0m)。立交桥匝道基础采用ф800钻孔灌注桩,桩长18m,共31根,按摩擦桩、系梁式桩台设计,混凝土强度等级C25。该工程位于城市郊区旱地,西侧靠近河流。
该工程建设场地表层为0.5m的杂填土,以下各土层层分别为:①粉质粘土,黄褐色,可塑,下部为软可塑,层厚7.2～9.4m;②淤泥,深灰色,饱和,流塑,局部含20%左右碎石及砂砾,层厚4.3～5.8m;③含粘性土角砾,土黄色,饱和,稍—中密,含17～38%碎石,角砾含量26.7～36.6%,层厚为1.1～3.6mm;④残积砂质粘性土,褐黄色,可塑,层厚12.2～13.3m。
桩基础施工后,采用低应变动测法与部分钻孔取芯法检测,发现部分桩底沉渣过厚和桩顶混凝土夹泥松散等缺陷。从对2根有怀疑的工程桩静载检测结果,单桩竖向极限承载力达不到设计要求。该工程除31根小荷载桩外,其余桩进行桩端压力灌浆。该工程于2008年初开工,2009年中完工验收,总工期14个月。
3.1该工程桩承载力偏低的原因。对工程桩静载、动测和取芯检测结果分析,造成上述工程桩单桩承载力偏低达不到设计要求的主要原因有:①桩底持力层力学性能不良、强度低;②挖孔桩施工对桩周土体扰动产生应力释放降低了桩端和桩侧土体强度,地下水对桩周土体的水泡软化作用又进一步加剧其强度降低;③挖孔桩护壁与桩周土体之间空隙影响桩侧摩阻力充分发挥;④施工中现场管理和技术水平低造成桩底沉碴和桩身离析对单桩承载力影响;⑤桩没到达设计要求的持力层。
3.2灌浆处理工艺流程。①造孔(可利用抽芯孔)→②高压水洗孔→③灌浆管埋设→④压水试验→⑤制浆→⑥灌浆→⑦达到设计予定灌浆量和终压→⑧封孔→⑨钻孔检验。若检验合格,结束该桩补强加固。若不合格,重复①→⑨步骤直至合格为止。实施处理时,首先对靠近河流一侧和建筑物边桩进行灌浆以达到封闭浆液外流。然后进行中间桩灌浆,并加大其灌浆量,以达到在控制灌浆总量基础上最大限度提高灌浆效果。
3.3处理效益分析。从试验结果得知,灌浆前2根桩单桩竖向极限承载力仅为设计要求20%和40%,且桩顶沉降都超过90mm,其破坏模式均为陡降型,提示桩身砼材料破坏或桩端持力层极差。钻孔取芯结果证实,桩身砼除局部离析外,其强度基本满足设计要求,故桩端持力层差是导致该工程单桩竖向极限承载力达不到设计要求的根本原因。灌浆后,由业主随机指定3根桩进行单桩竖向抗压静载试验。从试验结果分析,人工挖孔桩经桩端灌浆处理,当加荷至设计要求最大值时,桩顶沉降量很小,未达到极限承载力状态,表明桩端灌浆对桩加固效果明显,满足设计要求。钻孔取芯结果证实,灌浆对桩身局部离析,桩底沉碴和桩端持力层的角砾土层加固效果明显。
该工程对沉降量和沉降差控制严格,故沉降观测从上部结构施工开始到工程竣工结束一直进行跟踪观测。从沉降观测资料分析,裙楼观测点的沉降于97年6月27日后趋于稳定,主楼观测点的沉降于97年12月10日后趋于稳定,主楼观测点最大沉降量仅为16.4mm,其最终沉降量和沉降差均控制在规范允许范围内。两实例沉降观测结果表明,桩端灌浆对桩基加固处理效果十分理想,建筑物处于稳定和安全状态。
4结论
4.1灌浆补强方法对两实例桩基础加固处理分别节约近百万元资金与争取2个月以上工期,创造了良好的社会和经济效益。实践证明,灌浆补强方法在桩基加固处理、提高桩基综合承载力和减少沉降量方面不失为一种经济合理,技术先进的方法。
4.2采用灌浆补强方法,在灌浆压力作用下对桩周泥皮置换和空隙充填,从而使桩侧摩阻力大幅度提高。而桩端灌浆在一定程度上改善了桩端持力层和桩周条件,提高了桩的端承力和桩侧摩阻力,改善桩荷载传递性能,使桩的综合承载力得到一定程度的提高。
4.3施工中合理确定和控制灌浆参数对灌浆提高单桩承载力效果十分重要,而这又完全有赖于现场工程师和工人的经验。随着该方法的不断使用,不断积累经验,锻炼专业队伍,该方法将更广泛地应用于处理桩基础质量问题与事故中,而且经验将更加成熟,技术将更加可靠。
参考文献
1公路施工手册(桥涵).第1版.人民交通出版社,2000.3
2凌治平等主编.基础工程.第1版.人民交通出版社,2001.11(1)
【关键词】 灌浆补强方法;处理;桩基础;质量事故
【中图分类号】 TU473.1 【文献标识码】 A【文章编号】 1727-5123(2010)01-009-02
Adoption Pressing Syrup Strengthening Method to Handling Pile Foundation Failure
【Abstract】 Adoption pressing syrup strengthening to handling pile foundation failure has the cost lower, flat-out quick etc. Advantage, can not only increases to large extent pile side resistance, but also holds the dint layer term and increases in certain degree improvement pile carry to accept.
【Key words】 Pressing syrup strengthening method; Handling; Pile foundation; Failure
随着高层建筑物与大型桥梁等工程的大量兴建,大直径灌注桩(成桩方法有人工挖孔、钻成孔、冲成孔)因其具有承载力高、无挤土、无振动、能贴近已建建筑物施工、适应性强等优点,已在桩基工程中得到广泛应用。但大直径灌注桩的质量事故时有发生,影响其承载力的发挥。对检测确认的质量事故,应根据质量事故的具体情况与客观条件,及时采取妥善的补强处理或返工措施,把质量事故所造成的损失降到最低限度。
灌浆补强方法不仅能在很大程度上提高桩侧摩阻力,而且在一定程度改善持力层条件、提高桩的端承力,该方法处理桩基础质量事故方法还具有成本较低,速度也较快的优点。对于桩身局部性的混凝土缺陷,如局部粗细骨料胶结不紧密而形成的局部蜂窝与离散,以及桩底部沉渣过厚或持力层性能较差等,可采用该方法处理。
1灌浆处理方法的机理
1.1提高桩侧摩阻力。冲钻孔灌注桩桩周泥皮和人工挖孔桩护壁与桩周土体间空隙降低了桩侧摩阻力。在灌浆压力作用下,浆液通过渗透、劈裂、充填、挤密和胶结作用,对桩周泥皮置换和空隙充填,在桩周形成脉状结石体,如同树根植入土中,从而使桩侧摩阻力大幅度提高。
1.2提高桩的端承力。灌注桩成孔中,对桩周土扰动降低了桩端土体强度,水的水泡软化作用又进一步加剧其强度降低。桩端灌浆通过渗透、劈裂和挤密作用使桩端持力层在一定范围内形成浆液和土的结石体,从而改善持力层的物理力学性能,恢复和提高了持力层土体强度。桩底沉碴的存在因其强度低严重影响端承力的发挥。桩端灌浆通过浆液对沉碴的置换、挤密和固结作用改善或消除桩底沉碴对端承力发挥的不良影响。试验证实,桩端灌浆使桩的端承力得到一定的提高。
2合理的灌浆条件
2.1灌浆设计。为使桩端灌浆施工合理、有效,有必要对灌浆目标的土岩特性、地下水条件、地下埋设物分布状况和周围环境进行详细调查和分析,并在分析相关资料基础上进行桩端灌浆设计。桩端灌浆设计主要包括浆液配比,浆液浓度、灌浆率、灌浆量和灌浆压力等参数确定。
2.2灌浆工艺。
2.2.1灌浆管埋设。对于成桩后采用动测法或声测法发现有缺陷的钻孔灌注桩,一般再采用地质钻机钻两个孔以抽芯鉴别,孔深要求达到桩身缺陷部位底部再加深1m。对于采用钻孔抽芯法观测发现有缺陷的钻孔灌注桩,一般也需钻两个孔作为比较与鉴别。抽芯检测所钻的两个孔,一个作为灌浆的进浆孔,另一个作为出浆孔。桩端灌浆处理大直径灌注桩需在桩中心造一灌浆孔直至桩端持力层一定深度,然后埋入灌浆管至孔底,并封闭孔口一定范围灌浆管与孔之间空隙。
2.2.2压水试验。对于抽芯孔,往往由于欠缺保护而使孔内聚积泥浆或垃圾等,灌浆前适当疏通往往是必要的。压水试验不仅起到疏通灌浆通道的作用,而且灌浆设计的有关参数也应根据压水试验结果做相应调整。
2.3灌浆参数。在灌浆过程中,灌浆压力、浆液浓度、注入率和灌浆量是变化的。合理的确定和控制其变化对提高灌浆效果十分重要。灌浆压力随灌浆进展呈现出由低到高的变化规律。若灌浆过程中压力突然急剧下降,表明发生冒浆或漏浆现象,应在浆液中加入相应的添加剂和采取间歇灌浆措施以确保桩端灌浆效果。在灌浆中,浆液浓度经历了由稀浆向浓浆变化的过程。稀浆渗透性强可扩大灌浆加固范围,浓浆有利于提高灌浆加固区强度。
3应用的工程
广州市某立交桥基础采用ф1200钻孔灌注桩,桩长18～26m,共85根,按摩擦端承桩设计,桩端持力层为含粘性土角砾土层,桩顶为系梁式基础桩台(厚度1.2～2.0m)。立交桥匝道基础采用ф800钻孔灌注桩,桩长18m,共31根,按摩擦桩、系梁式桩台设计,混凝土强度等级C25。该工程位于城市郊区旱地,西侧靠近河流。
该工程建设场地表层为0.5m的杂填土,以下各土层层分别为:①粉质粘土,黄褐色,可塑,下部为软可塑,层厚7.2～9.4m;②淤泥,深灰色,饱和,流塑,局部含20%左右碎石及砂砾,层厚4.3～5.8m;③含粘性土角砾,土黄色,饱和,稍—中密,含17～38%碎石,角砾含量26.7～36.6%,层厚为1.1～3.6mm;④残积砂质粘性土,褐黄色,可塑,层厚12.2～13.3m。
桩基础施工后,采用低应变动测法与部分钻孔取芯法检测,发现部分桩底沉渣过厚和桩顶混凝土夹泥松散等缺陷。从对2根有怀疑的工程桩静载检测结果,单桩竖向极限承载力达不到设计要求。该工程除31根小荷载桩外,其余桩进行桩端压力灌浆。该工程于2008年初开工,2009年中完工验收,总工期14个月。
3.1该工程桩承载力偏低的原因。对工程桩静载、动测和取芯检测结果分析,造成上述工程桩单桩承载力偏低达不到设计要求的主要原因有:①桩底持力层力学性能不良、强度低;②挖孔桩施工对桩周土体扰动产生应力释放降低了桩端和桩侧土体强度,地下水对桩周土体的水泡软化作用又进一步加剧其强度降低;③挖孔桩护壁与桩周土体之间空隙影响桩侧摩阻力充分发挥;④施工中现场管理和技术水平低造成桩底沉碴和桩身离析对单桩承载力影响;⑤桩没到达设计要求的持力层。
3.2灌浆处理工艺流程。①造孔(可利用抽芯孔)→②高压水洗孔→③灌浆管埋设→④压水试验→⑤制浆→⑥灌浆→⑦达到设计予定灌浆量和终压→⑧封孔→⑨钻孔检验。若检验合格,结束该桩补强加固。若不合格,重复①→⑨步骤直至合格为止。实施处理时,首先对靠近河流一侧和建筑物边桩进行灌浆以达到封闭浆液外流。然后进行中间桩灌浆,并加大其灌浆量,以达到在控制灌浆总量基础上最大限度提高灌浆效果。
3.3处理效益分析。从试验结果得知,灌浆前2根桩单桩竖向极限承载力仅为设计要求20%和40%,且桩顶沉降都超过90mm,其破坏模式均为陡降型,提示桩身砼材料破坏或桩端持力层极差。钻孔取芯结果证实,桩身砼除局部离析外,其强度基本满足设计要求,故桩端持力层差是导致该工程单桩竖向极限承载力达不到设计要求的根本原因。灌浆后,由业主随机指定3根桩进行单桩竖向抗压静载试验。从试验结果分析,人工挖孔桩经桩端灌浆处理,当加荷至设计要求最大值时,桩顶沉降量很小,未达到极限承载力状态,表明桩端灌浆对桩加固效果明显,满足设计要求。钻孔取芯结果证实,灌浆对桩身局部离析,桩底沉碴和桩端持力层的角砾土层加固效果明显。
该工程对沉降量和沉降差控制严格,故沉降观测从上部结构施工开始到工程竣工结束一直进行跟踪观测。从沉降观测资料分析,裙楼观测点的沉降于97年6月27日后趋于稳定,主楼观测点的沉降于97年12月10日后趋于稳定,主楼观测点最大沉降量仅为16.4mm,其最终沉降量和沉降差均控制在规范允许范围内。两实例沉降观测结果表明,桩端灌浆对桩基加固处理效果十分理想,建筑物处于稳定和安全状态。
4结论
4.1灌浆补强方法对两实例桩基础加固处理分别节约近百万元资金与争取2个月以上工期,创造了良好的社会和经济效益。实践证明,灌浆补强方法在桩基加固处理、提高桩基综合承载力和减少沉降量方面不失为一种经济合理,技术先进的方法。
4.2采用灌浆补强方法,在灌浆压力作用下对桩周泥皮置换和空隙充填,从而使桩侧摩阻力大幅度提高。而桩端灌浆在一定程度上改善了桩端持力层和桩周条件,提高了桩的端承力和桩侧摩阻力,改善桩荷载传递性能,使桩的综合承载力得到一定程度的提高。
4.3施工中合理确定和控制灌浆参数对灌浆提高单桩承载力效果十分重要,而这又完全有赖于现场工程师和工人的经验。随着该方法的不断使用,不断积累经验,锻炼专业队伍,该方法将更广泛地应用于处理桩基础质量问题与事故中,而且经验将更加成熟,技术将更加可靠。
参考文献
1公路施工手册(桥涵).第1版.人民交通出版社,2000.3
2凌治平等主编.基础工程.第1版.人民交通出版社,2001.11(1)