CN1074001A - 挖孔压浆桩的加工工艺方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种挖孔压浆桩的加工工艺方法， 包括挖孔、孔中放置钢筋笼，浇灌混凝土形成桩体，桩 基检测。其特征是在浇灌混凝土形成桩体前可预埋 压浆导管，在浇灌混凝土形成桩体后通过压浆导管对 桩下卵石地基进行动力触探，在桩体混凝土强度至少 达到75％后通过压浆导管灌入水泥浆，灌浆压力控 制在0～2.0MPa，灌浆后进行桩基检测。施工简便、 检测可靠、需用设备简单、适应性强、能改善卵石地基 的性状和确保桩的可靠性，适用范围广。

Description

本发明涉及的是一种挖孔压浆桩的加工工艺方法。

在河流阶地发育地区，地基土普遍具有二元结构：上复粘性土、下卧卵石层。这样的工程地质条件为发挥大直径桩（墩）基础的优势提供了有利条件。但由于卵石地基的沉降特点，密度差异大，往往分布有砂砾、中粗砂等软弱夹层，地基的均匀性差。而应用此类型式基础的高层建筑、大柱网公用建筑和其它重大构筑物的单桩竖向荷载大，对地基的变形和可靠性要求严格，加上卵石地基的挖孔施工条件的局限性，便严重影响了这类大直径挖孔桩的适用范围。

公知的人工挖孔桩加工方法和压力灌浆桩的加工方法分别是对卵石地基的处理方法之一。

人工挖孔桩加工工艺方法包括挖孔，在孔中放置钢筋笼，浇灌混凝土形成桩体，含成桩检测的桩基检测。具有施工设备简单、占地少、桩身质量可靠、工期短、对周围环境无有害影响等特点，可广泛用于土质均匀的硬塑粘性土和中密、密实卵石地基上的一桩一桩的各类建筑。然而由于①桩下卵石地基的不均匀性（常常含有砂类土、砂砾石的夹层，卵石密度差异也很大）决定了地基的承载力和变形性状的重大差异，从而严重影响了桩基及结构的可靠性;②卵石地基的施工条件等因素严重制约着桩长的选择和基础设计的合理性，从而严重影响了挖孔桩基础的适用范围。因而高层建筑和大跨度公用建筑在采用人工挖孔桩基础时适用的地基范围是很有限的。

压力灌浆技术是用泵和压浆设备，在选择一定的工作压力条件下将水泥浆，化学浆等固化的浆液灌入地基的孔隙中，通过浆液的充填固化和胶结作用，改良地基的物理力学性质，达到防渗和加固地基的目的。然而，当建筑工程地基基础施工中，应用压力灌浆技术加固地基时，如不与基础施工和地基检测相结合，则由于①浆液对地基的固化与胶结使卵石、砂砾地基的施工挖掘的难度大大增加，甚至导致施工设备的更改及成本的大大提高;②没有地基检测的有效结合，不能确定基础下需要加固的软弱夹层位置和评估其对地基的影响，从而影响了压浆加固的有效性;③基础施工前的压浆加固，由于没有基础自重的三复压力，一定程度上影响了浆液向基础底下的渗透作用和压浆加固的效果，故而压力灌浆技术很少用于加固建筑工程的卵石和砂砾地基上。

鉴于以上原因，本发明的目的是为了提供一种施工简便、检测可靠、需用设备简单、适应性强，能改善卵石地基的性状和确保桩的可靠性的适用范围广的挖孔压浆桩的加工工艺方法。

本发明是在人工挖孔桩的工艺方法上的改进，包括挖孔，孔中放置钢筋笼，浇灌混凝土形成桩体，含成桩检测的桩基检测，其特征是在浇灌混凝土形成桩体前预埋压浆导管，在浇灌混凝土形成桩体后通过压浆导管对桩下卵石地基进行动力触探，在桩体混凝土强度至少达到75%后灌入水泥浆，灌浆时灌浆压力控制在0～2MPa，灌浆后进行桩基检测，通过压浆导管对桩下卵石地基进行动力触探，根据动力触探结果判定卵石密度和软弱夹层分布情况，选择并确定压浆范围和压浆工作量，在缺乏地层渗透系数的场区可通过带孔探杆进行压水试验，进一步制定地层的实际可灌性，据此修正并确定灌浆压力、时间以及水泥浆的配比，灌浆压力和灌浆浓度可视卵石地基的密度及可灌性区别确定，如在灌浆中，水泥浆液中灰水重量比从1∶6～2∶1逐渐加浓;水泥浆是一种悬浊液，对卵石地基有良好的可灌性，能形成强度较高、稳定性好的团结体，且取材容易、配方简单、价格低廉、对环境无污染。

如果因故提前终止灌浆或检测结果未达到要求时，可重复上述的压浆步骤。

在桩体混凝土强度达到75%后可先通过压浆导管注入清水，以清洗卵石层间隙，使其成为灌浆的良好的通道，然后灌入水泥浆。

上述的桩基检测中除采用成桩检测还采用了压浆检测，即待灌入浆液达到设计强度后，对已经加固的卵石地基进行钻探取芯和动力触探，成桩检测是指将水泥、钢筋、砂石等原材料取样送检、钢筋焊接取样送检、混凝土试件送检、对选定的桩进行动载、静载试验，通过成桩检测可向设计上提供桩的承载力，压浆检测是指待灌入浆液达到一定强度后，对已经加固的卵石地基进行钻探取芯和动力触探（参见图7），确定加固体强度和所占位置，检测成本低，抽样检测面广，可占加固桩总数的5～20%。

本发明与已有的人工挖孔桩加工工艺方法相比具有如下优点：

1、桩底压力注浆，对桩端卵石地基起到挤密填充胶结作用，水泥浆将原来松散的卵石及孔隙形成一个结构新、强度高、化学性能稳定的“结石体”，还可使桩下存在的松散夹层及透镜体得到加固和改良，提高桩端地基的力学强度，改变并提高地基的变形模量，表1列出了对加固体开挖采样所作的力学试验结果，从表1中可看出，加固体的单轴极限抗压强度可达4860～6570KPa，已使加固范围内的上体强度发生了根本性变化。

2、压力注浆使浆液沿着各个方向扩散，水泥浆液把土体与桩身混凝土形成整体，从而使桩侧壁摩阻力提高;同时在桩端形成一个新的“扩大头”，相当于增加了桩在卵石地基的嵌入深度，接长了桩身，并加大了桩端的受力面积，大大提高了桩的端承阻力，图8、图9是试桩对注浆后的卵石层用重型动力触探试验检测结果表明，在浆液加固过的区域，重锤N120由原来的4-8击提至20～30击，最高达100击，按N120的分布情况，加固土体的有效半径高1.5米到2.0米，影响范围达6.0米。

3、注浆加固后挖孔桩的竖向承载力大大提高。表2为对13根桩进行垂直静载试验后（试验设备为12MN压桩装置，反力由锚桩提供，采用慢速维持荷载法加荷）的桩侧土的物理力学性质指标。

4、施工简便、检测可靠、需用设备简单、适应性强，适用范围广。

下面结合附图详细说明本发明的实施例，但本发明的保护范围不仅限于下面的实施例;

图1：预埋压浆导管示意图

图2：图1的A-A剖面图

图3：N120动力触探兼成压浆孔示意图

图4：压浆设备安装示意图

图5：压浆加固（一次压浆）示意图

图6：压浆加固（二次压浆）示意图

图7：压浆检测示意图

图8：南北向动力触探检验图

图9：东西向动力触探检验图

实施例1：

1、在研究已有的工程地质资料和地层可灌性的基础上，人工挖孔1（包括孔壁支护和扩底），做好孔底观察检查和清底，孔底深入卵石持力层至少为1米，而且宜将孔底挖成锅底形，有利于承载力的发挥，同时确保桩位、桩径和垂直度在容许偏差内（参见图1、图2）。

2、在孔1中放置钢筋笼2。

3、在孔中预埋采用PVC硬塑料管做成的压浆导管3（必要时可预先冲击钻进1～2米）。压浆导管3的管径可为φ89～φ108毫米，管长为桩长加0.3～0.5米，每根桩壹根导管，位置居于孔中心。导管上口高出桩顶0.1米以上，下端埋入孔底0.1～0.2米，导管上口用木塞或废水泥纸袋封堵，防止灌注桩芯混凝土时混凝土误入导管。导管管身由固定支撑4（参见图1）系固在钢筋笼2上。固定支撑4可采用φ10毫米以下细钢筋或铅丝做成。

4、向孔1中浇灌符合混合比要求的混凝土形成桩体5，注意防止混凝土离拆（参见图3）。

5、采用SH30型工程地质钻机与通过压浆导管3对桩下卵石地基进行N120动力触探（参见图3）。若触探结果兼作补充勘察资料时，触探深度为桩下3～5倍桩径深;若不需补勘时，只进行1～2米触探。根据N120触探指标判定卵石密实度和软弱夹层，选择和确定压浆加固的范围。在缺乏地层渗透系数资料的场区，可通过N120带孔探杆进行压力试验，估计地层的可灌性和选择灌浆压力、时间及水泥浆的配合。图3中序号15为N120重锤，序号16为探头，序号17为探杆。

6、安装压浆设备（参见图4），压浆机为往复式压力灌浆泵6。图4中的伸入压浆导管3中的送浆管7采用φ60毫米钻杆或1.5″的白铁水管，其下端连接的压浆花管8可用φ60钻杆或1″～1.5″的白铁水管钻眼做成。单向密封栓塞9置于压浆导管和送浆管7间，送浆管10为高压橡胶管（重复使用的送浆主干线可用2″或2.5″白铁水管做成）。送浆管10两端分别与灌浆泵6和送浆管7连接，压力表11安装在送浆管6、10相接处。图中序号12表示桩体，虚线表示区域为加固区13，图中序号14为压浆孔段。

在桩体混凝土强度达到75%以后进行压浆，先注入清水以冲洗卵石层间隙，使其成为注浆的良好通道，随后在0～1.5KPa压力下灌浆，取水泥浆的水灰比6∶1、4∶1、3∶1、2∶1、1∶1、1∶2，先稀后浓，并以各种添加剂（如水玻璃或氯化钙等速凝剂，其用量为水泥重量的1～2%;木质碳酸钙或酒石酸等缓凝剂，其用量为水泥重量的0.2～0.5%）调剂水泥的性能。在稳定的压力下压入预定的压浆量后停止压浆，每根桩墩的压浆量约为0.5～3吨，视卵石密度，加固范围和桩的荷载因素而定。可一次或多次压入水泥浆。单次灌注压浆量为300ml，稳定时间不超过半小时，灌浆时间控制在3～5小时内。图5为一次压浆加固示意图，图6为二次压浆加固示意图。

7、桩基检测，待灌入浆液达到终凝后对已经加固的卵石地基进行成桩检测和压浆检测。用静力载荷试验桩以检测加固后地基是否达到加固效果。用N120动力触探试验检测加固前后的地基土密实度、强度及有效加固半径是否达到预期的目的。图7是压浆检测时的取样图。图7中右边所示是N120动力触探检测压浆加固范围的示意图。待压入浆液终凝后，在桩外（距桩边缘0.5米以上）定点进行N120动力触探，将该触探结果与压浆前的N120动力触探（成压浆孔时进行的）结果进行比较。若压浆后N120动力触探指标提高幅度显著，则说明压浆效果良好。经对比后，N120动力触探指标在哪个部份显著提高，则压浆影响范围就在哪里，反之则说明压浆未达到目的，需重新进行压浆。根据情况，定点可为一个点或等间距的数个点。图7中左边所示是固结体取样示意图。用地质勘察钻机18钻入固结体中，取得固体岩心，通过对岩心的观察描述和物理力学试验，得出固结体内部结构和它的物理属性是否达到设计要求。图7中序号19为取芯管，序号20为钻头。

实施例2：

本实施例2基本与实施例1同。在本实施例中主要介绍注浆量和注浆压力计算。

a.浆液影响半径γ及注浆量Q的参考值。

a/、浆液影响半径γ

${\mathrm{\gamma \; =}}_3\sqrt{\frac{{\mathrm{3Rh1\; \gamma }}_{0}t}{{\beta }_n}}$

式中参数：

γ-浆液有效扩散半径    （cm）

R-土层的渗透系数    （cm/s）

h1-压力水头    （厘米水头）

γ₀-灌浆管半径 （cm）

β-浆液粘度对水的粘度比

n-孔隙率

t-灌浆时间    （S）

式中参数选取如下：

R＝17m/昼夜＝0.019cm/s    h1＝5000厘米水头，

γ₀＝1.25cm β＝3 n＝0.25

当t＝4小时＝14400S及t＝2小时＝7200S时影响半径γ分别计算如下：

t＝4小时

${\mathrm{\gamma =}}_3\sqrt{\frac{\mathrm{3\; \times \; 0.019\; \times \; 5000\; \times \; 1.25\; \times \; 14400}}{\mathrm{3\; \times \; 0.25}}}\mathrm{=189.8\approx 190(cm)}$

t＝2小时

${=}_3\sqrt{\frac{\mathrm{3\; \times \; 0.019\; \times \; 5000\; \times \; 1.25\; \times \; 7200}}{\mathrm{3\; \times \; 0.25}}}\mathrm{=150cm}$

通过以上计算可知，对人工挖孔桩下卵石层进行压力灌浆时，当水头压力采用5000厘米水头，持续灌浆4小时，浆液灌入地层的有效扩散半径为190cm;持续灌浆2小时时，有效扩散半径为150cm。也就是说可在桩下形成一个半径为190cm或150cm球状加固体，满足了对松散-稍密卵石层加固的要求。

b，注浆量Q

Q＝4/3×πγ³n

按上述已有指标分别计算灌浆4小时及2小时的注浆量：

Q＝4/3×3.14×189.8³×0.25＝7156439cm³≈7m³

当t＝2小时

Q＝4/3×3.14×150³×0.25＝3532500（Cm³）≈3.5m³

由上述计算可知，每一根桩扩底加固的需灌入浆液7m³（持续灌浆4小时）或3.5m³（持续灌浆2小时）。浆液、浆材耗用作预算。

b，灌浆压力的确定：

a/、采用现场试验求取灌浆压力的具体方法步骤：在进行灌浆试验时，通过逐步提高压力的方法，求得灌浆压力与注浆量的关系曲线，当压力加大到某一数值而注浆量突然增大时，表明地层结构发生破坏或孔隙尺寸已被扩大，把此时的压力值作为确定最大灌浆压力的依据

b/、未进行灌浆试验前用经验公式确定：

[Pe]＝c（0.75T+kλh）

[Pa]-容许灌浆压力 10⁵Pa

C-与灌浆期次有关的系数    C＝1

T-地层复盖层厚度    T＝5m

k-与灌浆方式有关的系数    K＝0.8

λ-与地层性质有关的系数    λ＝0.8

h-地面至灌浆段的距离    h＝5m

根据上述参数可得：

[Pa]＝1×（0.75×5+0.8×0.8×5）＝0.95

10⁵Pa≈7kg/cm²

由上述计算预估，本实施例中的工程灌浆时容许灌浆压力为7kg/cm²，即7000厘米水头。

C、正式施工前的灌浆试验：

a/、通过压水试验确定地基土的渗透系数，

b/、灌注浆液时，必须严格按灌浆施工操作细则施行。

c/、灌浆结束后对灌浆效果检测

a.用静力载荷试验试柱以检测加固后地基是否达到加固效果。

b.用N120型动力触探试验检测加固前后的地基土密实度、强度及有效加固半径γ等是否达到预期的目的。

c.通过开挖、观场观察加固后地基土的性状是否达到预期的效果，并采取试样进行室内试验分析等。

本实施2的工作过程与实施例1中，只是灌注水泥时按水灰比4∶1∶、3∶1、2∶1、1∶1灌注。

Claims (4)

1、挖孔压浆桩的加工工艺方法，包括：挖孔，孔中放置钢筋笼，浇灌混凝土形成桩体，含成桩检测的桩基检测，其特征在于在浇灌混凝土形成桩体前预埋压浆导管，在浇灌混凝土形成桩体后通过压浆导管对桩下卵石地基进行动力触探，在桩体混凝土强度至少达到75%后通过压浆导管灌入水泥浆，灌浆时灌浆压力控制在0～2.0MPa，灌浆后进行桩基检测。

2、如权利要求1所述的挖孔压浆桩的加工工艺方法，其特征在于可重复权利要求1中所述的压力灌浆步骤。

3、如权利要求1所述的挖孔压浆桩的加工工艺方法，其特征在于在桩体混凝土强度达到75%后可先通过压浆导管注入清水以清洗卵石层间隙，然后灌入水泥浆。

4、如权利要求1所述的挖孔压浆桩的加工工艺方法，其特征在于所述的桩基检测中还采用了压浆检测，即待灌入浆液达到设计强度后对已经加固的卵石地基进行钻探取芯和动力触探。

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