1 、复合注浆法的概念及其特点随着我国基本建设事业的不断发展,桩基础在建筑工程中得到了广泛的应用。但由于受勘察布孔的局限性影响,或施工方法的不当,许多桩基的承载力达不到设计的要求需要加固处理。同时,我国大量的既有建筑物桩基出现质量问题需要进行加固。单一的注浆技术因其固有的缺陷,已满足不了各种复杂条件下的工程需要。如何有效的提高该类桩的承载力是摆在我们工程技术人员面前的一个难题。复合注浆法是将静压注浆法和高压旋喷注浆法进行时序结合发挥两种注浆技术优势的一种新型注浆技术。实际工程中是先采用高压旋喷注浆成桩柱体,再采用静压注浆增强旋喷效果,扩散加固浆液,防止固结收缩,消除注浆盲区。将复合注浆方法应用在桩基础加固中,能充分发挥静压注浆法和高压旋喷注浆法的优点,克服其缺点,适用地层范围广、加固效果好,保证了加固的成功率和安全性。
复合注浆法的特点如下:
(1) 复合注浆法适用地层范围广,既适用于加固渗透性大的砂卵石层,又可适用于渗透性较差的粘土、粉土和粉细砂层及淤泥等软弱土层,还可以用来加固岩溶地层的地下溶洞。
(2) 复合注浆法浆液扩散范围大,不仅对高压喷射流喷射破坏土体的极限范围之内土体进行转换加固,而且对喷射破坏土体的极限范围之外的土体以充填、渗透、挤密和劈裂等方式进行注浆加固,在成桩的同时对地基土有灌浆加固作用。
(3) 复合注浆法能定向定位定深度,能形成连续的圆柱状的旋喷桩体,旋喷桩体顶部无收缩,与桩砼结合紧密;能直接承受上部荷载,承载力较高。该法注浆形成的固结体强度可根据设计需要进行调节,其强度范围为5～30 MPa ,与只用高压喷射注浆形成的固结体相比,复合注浆法形成的连续的圆柱状的旋喷桩体,其各方面的性质都有了提高。
(4) 复合注浆法钻孔施工口径较小,对既有建筑物基础和地面损害和扰动小,可调节浆液的凝固时间,施工期建筑物附加沉降小。经济可靠,耐久性好。
(5) 复合注浆法施工简便,施工机具适合既有建筑物狭窄和低矮的现场施工,施工时基本无噪音,材料对环境无污染,可满足办公和生活要求并保护环境。
2、复合注浆法加固缺陷桩基的工艺技术
2. 1 施工工艺
复合注浆法加固缺陷桩基的施工工艺流程如图1 所示,具体技术措施如下:
(1) 注浆钻孔施工:对桩基的桩身缺陷或桩底持力层缺陷进行加固时,先采用地质钻机在桩中进行钻孔抽芯或在桩侧进行钻孔,对桩身缺陷加固时需在桩中钻孔抽芯至缺陷位置以下1 m 左右,对桩底持力层缺陷加固时需根据设计桩底持力层要求从桩中或桩侧钻孔抽芯至完整持力层以下3 m 左右。钻孔孔径一般开孔为110 mm 或101 mm ,终孔直径为101 mm或91 mm ,钻孔垂直度保证< 1 %。
(2) 建立孔口注浆装置: 注浆钻孔施工完成以后,在注浆孔口建立注浆装置。孔口注浆装置采用预埋设的方式固定在桩顶注浆孔口,采用水泥浆或水泥水玻璃浆液将孔口装置与钻孔之间的间隙固定密封。孔口注浆装置既要满足静压注浆要求又要满足高压旋喷注浆管可以从其中下钻的要求。
(3) 采用高压旋喷方式喷射清水进行冲洗扩孔:孔口注浆装置埋设1～2 天后,先采用高压旋喷方式喷射清水对缺陷位置进行冲洗,喷射清水时需按设计规定的工艺参数(喷射压力、提升速度、旋转速度)进行喷射,将注浆管分段下入孔底,每段注浆钻杆需连接紧密并采用麻丝密封。旋喷清水采用从下而上的方式。旋喷清水一般采用单管旋喷注浆方式,清水一般喷射1～3 遍,经喷射清水后,可扩大喷射直径和增加固结体的强度。
(4) 采用高压旋喷注浆方式进行注浆:按要求进行清水喷射洗孔和扩孔后,再采用高压旋喷注浆方式进行旋喷注浆。将注浆管分段下入孔底后,从下而上进行旋喷注浆,旋喷注浆一般采用单管旋喷注浆方式。
(5) 采用静压注浆方式进行注浆:高压旋喷注浆结束后,利用孔口注浆装置封住孔口进行静压注浆。静压注浆开始时采用较稀的浆液和较低的注浆压力,随后逐渐增加浆液浓度及加大注浆压力,直至设计注浆量和注浆压力为止。一般静压注浆在浆液终凝前需进行2～3 次灌注。静压注浆可以采用单液也可采用双液注浆。
(6) 封孔:静压注浆结束后,若注浆孔口冒浆,需对孔口进行封闭处理,防止浆液流出;若注浆结束后孔内浆液有流失,需补灌浆液到注浆孔内浆液饱满为止。
2. 2 复合注浆法的浆液材料
(1) 主剂:采用水泥浆为主剂,对既有建筑物地基加固注浆时水泥一般采用425 # 早强型硅酸盐水泥。对桩基础缺陷进行加固补强注浆时,为了获得较高的固结体强度,采用高标号的525 # 普通硅酸盐水泥。
(2) 外加剂: 常用外加剂为速凝剂、早强剂等。速凝剂常采用水玻璃,水玻璃加量一般为水泥用量的2 %～4 %。采用双液进行静压注浆时,水玻璃用量可为水泥用量的10 %～100 %。早强剂为氯化钙和三乙醇胺,用量一般为水泥用量的2 %～4 %。
2. 3 施工工艺参数
(1) 旋喷注浆压力:采用单管高压旋喷法时:浆液或清水喷射压力:20～30 MPa ;采用二重管高压旋喷法时:空气压力为0. 7 MPa ,浆液压力为20～30 MPa ;采用三重管高压旋喷法时:水压力为:20～30 MPa ,空气压力为0. 7 MPa ,浆液压力为2～5 MPa 。在既有建筑物地基加固注浆时常采用单管高压旋喷,其压力常用20～25 MPa ;在对桩基缺陷进行加固补强注浆时采用单管高压旋喷或三重管高压旋喷,注浆压力常用25～30 MPa ;
(2) 喷射提升速度:10～20 cm·min - 1 ;在既有建筑物地基加固注浆时采用20 cm·min - 1 ;在对桩基缺陷进行加固补强注浆时采用10～15 cm·min - 1 ;
(3) 喷射旋转速度:20～40 r·min - 1 ;
(4) 静压注浆压力:在既有建筑物地基加固注浆时采用0. 3～2. 0 MPa ; 对桩基缺陷进行加固补强注浆时采用0. 3～5. 0 MPa ;注浆压力需根据每个工程的不同土质条件及注浆部位进行注浆压力设计。
(5) 浆液水灰比:旋喷注浆时采用1∶1～1. 2∶1 ;静压注浆时采用0. 5∶1～1. 2∶1 。
2. 4 加固效果的检测复合注浆法加固缺陷桩基后的效果检测,应主要以承载力检测为主,因此检测方法主要采用高应变法和静载试验法,抽芯法和低应变法主要作为直观检测方法。通过检测经过加固后缺陷桩的主要缺陷是否已经充分注入水泥来判断加固效果。
(1) 高应变法:对于三级建筑桩基以及工程桩施工前已进行单桩静载试验的一、二级建筑桩基,可以采用高应变法对工程桩单桩竖向承载力进行检测。高应变法还可直接反映桩身质量来判断加固效果。检测桩数不宜少于总加固桩数的5 % ,并不得少于5条。
(2) 静载试验法:一级以及地质条件复杂、桩的施工质量可靠性低、桩数多的二级建筑桩基,应采用静载试验进行。检测桩数为总加固桩数的2 % ,且不少于3 条。
(3) 抽芯法:检测桩数为总加固桩数的5 % ,且不少于5 条。抽芯孔数: D < 1. 2m ,每桩钻一孔;1. 2 m ≤D ≤1. 6 m ,每桩钻二孔; D > 1. 6 m ,每桩钻3 孔。抽芯孔深度:每孔至少应有一孔钻至设计要求的深度,如设计未有明确要求时,宜钻入持力层3倍桩径且不小于3 m。
(4) 低应变法:通过对比缺陷桩加固前后的波形变化,定性分析加固效果。低应变法应用的关键是缺陷桩加固前应进行检测,以便进行加固前后的波形对比。低应变法的检测数量为加固桩数的100 %。
3、工程实例
广州某办公楼其基础设计采用为冲(钻) 孔灌注桩, 桩端持力层设计为微风化灰岩, 桩径为<1400 mm ,桩身砼设计强度为C30 ,设计单桩竖向承载力为1840 kN。该工程桩施工完成后对6 条桩进行了抽芯检测,发现26 # 桩桩身局部有蜂窝及桩底存在溶洞及破碎灰岩。
经对高压旋喷注浆法、静压注浆法、复合注浆法等各种桩基加固方法进行比较,本工程决定采用高压旋喷法和静压灌浆相结合的综合注浆法加固桩底溶洞及破碎岩层以及桩身蜂窝。具体施工工艺如下:
(1) 进行抽芯校核及灌浆孔施工:对26 # 桩增加2 个钻孔进行抽芯校核并兼作灌浆孔, 抽芯采用101 mm双管钻具进行抽芯校核,以确定桩身砼质量情况以及桩底持力层质量情况,抽芯孔到桩底入微风化灰岩4 m 为止。5 个加固孔呈对称布置,尽量分布均匀。
(2) 先采用高压旋喷法加固桩底:先采用高压旋喷法对桩底进行加固处理。方法为通过抽芯钻孔下旋喷钻杆钻至桩底,以入微风化岩层3. 0 m 为持力层,从桩底软弱层下0. 5 m 开始用高压水旋喷,往上喷至桩底并与桩身搭接0. 5 m ,复喷两次;然后下到底部自下而上喷水泥浆,复喷一次。施工参数为:喷射压力> 30 MPa ;提升速度:喷水10 cm·min - 1 , 喷浆10 cm·min - 1 ( 复喷为15 cm·min - 1) ;回转速度为20～40 r·min - 1 ;旋喷水泥浆液水灰比为1∶1 ;采用水泥浆(水泥用525 # ) 复喷一遍,水泥用量600 kg·m- 1左右。根据溶洞的范围、高度不同,水泥用量有很大差别。
(3) 旋喷后再进行静压灌浆加固桩底及桩身:高压旋喷结束后,将孔口封住,利用旋喷钻孔对桩底进行静压灌浆。浆液以525 # 高标号水泥为主剂。施工参数为:灌浆压力为1. 0～5. 0 MPa ,灌浆浆液水灰比为0. 7～1. 0 。经静压灌浆后,能加固原来松散破碎的灰岩层,同时对桩身与灌浆钻孔连通的蜂窝有灌浆加固效果。而且经多次静压灌浆,可以防止旋喷灌浆浆液收缩。施工结束后,经检测单位对该桩进行高应变检测表明,桩基承载力大幅度提高,加固后其承载力远高于承载力设计值,加固效果明显,完全满足设计要求。
4、结 论
(1) 复合注浆法充分发挥了静压注浆法和高压旋喷注浆法这两种注浆加固方法各自的优点,克服各自的缺点,是一种新型的桩基加固技术。该法处理桩身蜂窝、桩底沉渣、桩底持力层存在相对软弱的夹层、桩底溶洞等桩基质量问题安全可靠、经济有效。
(2) 该技术适用地层范围广,既可用于砂卵石层,又可适用于粘土、粉土和粉细砂层及淤泥层,同时可用于处理岩溶土洞;在桩基加固中适用于各种灌注桩、预应力管桩、预制桩等。
(3) 复合注浆工法合理,可操作性强,施工简便,施工噪音小,注浆材料对环境无污染。其社会效益和经济效益显著,值得在国内大力推广应用。