CN1127820A - 砂砾层扩底墩桩化学注浆帷幕护壁成孔工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种砂砾层扩底墩桩化学注浆帷幕护壁成孔工艺，属于建筑地基基础工程施工领域。其特征是在扩大头部进行先支护后挖土。其具体工艺为：第一，沿桩身圆周等间距放射状设置并施工注浆孔；第二，在注浆孔中下帷幕配筋及注浆，浆液采用水玻璃—水泥浆液；第三，在帷幕配筋上部与桩身下部联接处设置圈梁；第四，扩底；第五，喷浆固砂。使用本工艺，浆液通过注浆孔壁渗入到扩大头侧壁砂层中去，使砂层得到一定程度的内聚力形成帷幕，本发明的优点是能确保施工的安全、可靠、高效、经济。

Description

砂砾层扩底墩桩化学注浆帷幕护壁成孔工艺

本发明涉及一种砂砾层扩底墩桩化学注浆帷幕护壁成孔工艺，属于建筑地基基础工程施工砂层，砂卵砾石层中扩底墩桩人工挖孔灌注桩领域。

随着城市建筑向高层发展，地基基础工程越来越多的采用承载力高的扩底墩桩。扩底墩桩按地层类别分，又分为粘土地层中扩底墩桩和砂层扩底墩桩。粘土层中扩底墩桩，扩大部分全部在粘土中进行，一般桩尖座在下伏砂层上即可，桩端承载力低；砂层扩底墩桩整个扩大部分全部位于砂层中，而且桩端要求进入卵砾层0.5—1m，承载力可提高数倍，所以越来越多的高层建筑地基基础采用砂层扩底墩桩。

国内以往设计的扩底墩桩大都属于第一种类型，即在粘土地层中扩挖，靠粘土层较大的内聚力支持，扩大头部不需护壁，施工工艺简单，一般的人工挖孔单位都能承接。而砂层扩底墩桩，扩大头部全部在砂层，砂卵砾石层中进行，人工扩底，安全支护是头等重要的问题，不解决这一问题，就无法扩挖，传统的作法有的采用钢板或混凝土作护壁材料，不是成本高，就是周期长，安全系数低，向下扩挖几十公分，尚未来得及采取支护措施，暴露的砂层即片邦垮塌，造成事故，有的设想采用予插钢钎的办法，但钢钎的密度大，成本高，密度小，挡不住砂，而且砂卵砾石层根本无法予插钢钎；还有在钢护筒掩护下扩挖，直筒尚可以，但对于大直径扩底，则无法实施。

在机械扩底方面，国内现有机具和工艺可以达到2 m左右，但在砂层中采用机扩大直径扩底墩桩尚未见报导，国外机扩比较普及，但在砂砾层中采用机扩实例也不多，日本曾采用专门钻机在砂砾层中扩底3.1m，有一套成功的经验，但工艺复杂，按所用机具材料分析，成本高，工期长。

综上所述，人工挖孔扩底桩不受场地限制，投入机具少，许多桩孔可以同时施工，工期短，扩底尺寸质量高，是国内采用最普遍的扩底桩施工方法，但由于砂层极易坍塌，传统的支护方法，保证不了扩底的安全，很多设计部门和施工单位不得不放弃砂层扩底墩桩的设计与施工。

本发明的目的是提供一种能够确保工人在极易坍塌的砂砾层中扩挖作业安全、成孔质量高、施工工期短、经济上合理的砂砾层扩底墩桩化学注浆帷幕护壁成孔工艺。

本发明的目的是这样实现的：

一种砂砾层扩底墩桩化学注浆帷幕护壁成孔工艺，在扩大头部分进行先支护后挖土，其具体工艺步骤如下：

(1)沿桩身圆周等间距设置及施工注浆孔：

当桩身筒挖至距扩大头上口30cm时即停止下挖，吊中心线、划出桩身外径边界，沿桩身圆周等间距放射状设置并施工注浆孔，每个注浆孔水平投影都应通过桩身中心，上下端投影点成正圆，内切圆分别不小于桩身直径和扩底直径，注浆孔下端要超过墩尖25—35cm。

(2)在注浆孔中下帷幕配筋及注浆：

当在砂层扩底墩桩注浆孔完工后，先下帷幕配筋，然后利用泥浆泵和注浆管由孔底向上返注浆液。

当用锚杆机在砂砾层中施工注浆孔时，钻头上设有注浆孔，先强力钻至设计深度，然后边压力注浆，边徐徐旋转提钻，注满浆后立即下帷幕配筋。

浆液采用水玻璃—水泥浆液，水玻璃掺入量为水泥重量的1—5％。

注浆后进行养护。

(3)设置圈梁：

将帷幕配筋上部、桩身护壁纵筋及圈梁环形配筋绑扎在一起，沿桩身半外切圆支模板，浇注混凝土。

(4)扩底：

扩挖要按设计尺寸由上到下循序进行，一次扩挖成孔。

在扩底之后，进行喷浆固砂，即扩大头部分开挖结束后，在帷幕渗入注浆的基础上，向周壁喷撒水玻璃—水泥浆液1—3次。

注浆孔底端间距为0.5—0.6m，注浆孔直径为120—150mm，注浆孔倾角：当人工施工时，施工角度要比扩壁设计角度大3°，当机械施工时，施工角度要比扩壁设计角度大2°。

水玻璃—水泥浆液中所采用的水玻璃浓度为40°(Be)，水泥为425#普通硅酸盐水泥，水灰比由稀到浓依次为3、2、1、0.5，为使浆液向注浆孔壁周围砂层中渗透，泵压调至0.5MPa，第一次注浆采用稀的水玻璃—水泥浆液，水灰比不小于3，水玻璃掺入量采用高限5％，第二、第三次补浆水灰比用2、1或0.5，水玻璃掺入量依次降低，直至浆液不再渗失。

帷幕配筋采用三角钢筋笼形式，三角钢筋笼长出注浆孔深30cm。

在砂层中完成第一帷幕护壁的基础上，接着在卵砾石含量多、粒径大的卵砾石层中施工第二帷幕护壁，将上下两段帷幕用第二道圈梁联接起来。

本发明实际上是超前支护、化学注浆帷幕护壁工艺。即在扩挖前，先通过注浆孔注入水玻璃—水泥浆液，水玻璃及部分水泥浆在泵压的推动下，渗入到注浆孔周壁砂层中，对砂层起胶结固化作用，另一部分水玻璃及水泥浆液在注浆孔中形成水泥柱体，加上配制的三角钢筋笼，沿扩大头的周壁构成一圈伞形帷幕，工人在帷幕保护伞下挖扩作业，安全得到了保证。

本发明的优点是确保了高层建筑基础工程施工的安全、可靠、高效、经济，为在砂卵砾石层中扩底墩桩人工扩挖开创了一条新路。

下面是本发明的实施例：

实施例一：在砂层中扩底墩桩：

1、注浆孔的布置与施工：

(1)当桩身直筒挖至距扩大头上口30公分时即停止下挖，吊中心线、划出桩身外径边界，沿桩身圆周等间距放射状布置注浆孔，根据渗入灌桨柱形扩散理论和所采用的浆液配比，注浆量；注浆孔底端间距为0.5—0.6m，以0.5m为宜，最大不应超过0.6m，这样能使注浆孔间的砂体受到化学浆液不同程度的胶结固化，增强内聚力。

(2)施工时，钻头或铲头必须沿桩体的外切线以外进行，孔径120—150mm，倾角：人工施工，施工角度要比扩壁设计角度大3°，机械施工，施工角度要比扩壁设计角度大2°，每个注浆孔水平投影都应通过桩身中心，上下端投影画成正圆，内切圆分别不小于桩身直径和扩底直径。

(3)注浆孔下端要超过墩尖30公分，以确保扩挖时帷幕处于牢固的支撑状态。

(4)注浆孔不论是人工施工还是机械施工，都要力求一步达到墩底设计位置，这样形成的浆液扩散晕和钢筋水泥柱构成的帷幕，根基牢固，整体性强，节省材料，工期短。

(5)用锚杆机在砂砾层中施工帷幕注浆孔，由于阻力大，钻具震动强烈，孔壁一般会坍塌，不易成孔，遇此情况，钻头上要设置注浆孔，先强力钻进至设计深度，然后边压力注浆边徐徐旋转提钻，钻头在孔内要上下串动几次，使浆液与孔内残留砂、砾石充分拌和成混凝土浆，注满浆后立即下入三角钢筋笼，使注浆孔形成一个钢筋混凝土柱体。

2、注浆

(1)注浆主要设备：泥浆泵、泥浆搅拌机、高压胶管、注浆管、水源箱等。

(2)浆液配制及注浆方法：

本工艺采用水玻璃—水泥浆液，水玻璃浓度为40°(Be)，水泥为425#普通硅酸盐水泥，水玻璃掺入量为水泥重量的1—5％，水灰比由稀到浓，依次为3、2、1、0.5；为了使浆液向注浆孔壁周围砂层中渗透，要合理调整泵压，以0.5MPa为宜，第一次注浆采用稀的水玻璃—水泥浆液，水灰比不小于3，水玻璃掺入量采用高限，第二、第三次补浆水灰比用2、1或0.5，水玻璃掺入量依次降低，直至浆液不再渗失，注浆孔形成水泥柱为止。采用化学浆液和压力注浆，目的一是使孔间砂层受到水玻璃的胶结，增强内聚力，二是水泥留在孔内形成水泥柱，增强抗剪强度。

注浆前必须先下入帷幕三角钢筋笼，并置于注浆孔中心，注浆管要随三角钢筋笼一起下入注浆孔底，使浆液由孔底向上返注，绝对禁止由上向下冲灌，防止冲垮注浆孔壁造成塌孔注浆不连续事故。

注浆与补浆完成后，一般要养护35—48小时方可开挖。

3、帷幕配筋：

前已述及，采用水玻璃—水泥浆液注浆，一是胶结砂层，起到固砂作用，二是靠注浆后形成的钢筋水泥柱体，抵抗上覆及侧壁土压力，二者形成一个伞形帷幕，即对扩大头部进行先支护后挖土。

注浆孔配筋采用三角笼形式有利于留足保护层及充分发挥钢筋的抗剪作用，三角钢筋笼一般要长出注浆孔深30cm，便于与圈梁环筋连接，三角钢筋笼外径视注浆孔大小而定，以不露筋为准，配筋规格要通过土压力计算而定，安全系数采用2，根据经验，扩底直径4 m左右，配筋采用3φ10mm；扩底直径4—5m，采用3φ12mm；扩底直径5m以上，配筋采用3φ14mm或3φ16mm。三角钢筋笼三根主筋每间隔1m左右，用φ6—φ10mm的正三角箍筋定位焊牢，但上下自由端长度不少于30cm。

4、圈梁制作：

本工艺作圈梁有两个作用：一是作为帷幕护壁抗剪上端支点，二是支撑桩身混凝土护壁防止其脱落。即上部桩身混凝土护壁、下部扩大头周围的帷幕钢筋水泥柱与圈梁三者牢固的连为一个整体，帷幕形似一个铁筒般的空心圆台，工人可以从容的在圆台内作业。圈梁制作一定要严格按钢筋混凝土现浇工艺，混凝土强度不低于C25，高度不少于300mm，径间厚度不少于200mm，环筋不低于4φ10mm；制作时，先吊好中心线，按规格向壁内挖好浇注圈梁位置，将占位的水泥柱及其上的浮土、砂清除干净，将帷幕钢筋笼钢筋、上部桩身护壁纵筋及圈梁环形配筋绑扎在一起，沿桩身半径外切圆支模板，即可浇注混凝土，注意混凝土圈梁一定要圆、正，内径略大于桩身直径。

为了缩短工期，圈梁混凝土须加1—1.5％的DH6早强剂，养护24—48小时，强度达到4MPa时方可开挖。

5、扩底：

本工艺突出优点就是在扩底前，先把整个扩大头用帷幕围护起来，然后按设计要求一次扩挖成孔，如一个基坑有几十个扩底桩，只要桩中心距不少于桩身直径的三倍，所有扩底桩桩身部分可以同时开挖至扩大头上口，然后全部做好帷幕，扩底工程可以实现安全、可靠、快速。

扩挖要按着设计尺寸由上到下循序进行，当扩高、扩底直径达到要求后，找准中心，再直扩和修整墩底。

6、喷浆固砂：

扩大部开挖结束后，可以在帷幕渗入注浆的基础上，向周壁喷撒水玻璃一水泥浆液1—3次，以增强侧壁砂的凝聚强度，确保浇灌混凝土时砂体不被震落。

实施例二：在卵砾石含量多、粒径大，用人工洛阳铲打不进，受孔深及桩径小的限制不能采用钻机成孔，帷幕要分两步进行施工，做两道圈梁，具体施工工艺如下：

1、注浆孔先施工至卵砾石层顶面，用本工艺施作第一步帷幕护壁，养护24—48小时进行第一步扩挖至卵砾层顶面上10公分。

2、在上部第一段帷幕水泥柱体中间，在卵砾石层中顺扩角施工第二步帷幕护壁，直至墩尖下30公分，下入三角钢筋笼和注浆管进行帷幕注浆。

3、将上下两段帷幕用第二道圈梁联接起来，第二道圈梁施工方法及配筋同第一道圈梁。内径除要求圆、正外，可以略大干扩底直径，外径要包裹帷幕柱体2/3以上。

Claims (6)

1、一种砂砾层扩底墩桩化学注浆帷幕护壁成孔工艺，其特征在于在扩大头部分进行先支护后挖土，其具体工艺步骤如下：

(1)沿圆周等间距设置及施工注浆孔：

当桩身筒挖至距扩大头上口30cm时即停止下挖，吊中心线、划出桩身外径边界，沿圆周等间距放射状设置并施工注浆孔，每个注浆孔水平投影都应通过中心，上下端投影点成正圆，内切圆分别不小于桩身直径和扩底直径，注浆孔下端要超过墩尖25—35cm，

(2)在注浆孔中下帷幕配筋及注浆：

当在砂层扩底墩桩注浆孔完工后，先下帷幕配筋，然后利用泥浆泵和注浆管由孔底向上返注浆液，

当用锚杆机在砂砾层中施工注浆孔时，钻头上设有注浆孔，先强力钻至设计深度，然后边压力注浆，边徐徐旋转提钻，注满浆后立即下帷幕配筋，

浆液采用水玻璃一水泥浆液，水玻璃掺入量为水泥重量的1—5％，

注浆后进行养护，

(3)设置圈梁：

将帷幕配筋上部、桩身护壁纵筋及圈梁环形配筋绑扎在一起，沿桩身半径外切圆支模板，浇注混凝土，

(4)扩底：

扩挖要按设计尺寸由上到下循序进行，一次扩挖成孔，

2、根据权处要求1所述的工艺，其特征在于在扩底之后，进行喷浆固砂，即扩大头部分开挖结束后，在帷幕渗入注浆的基础上，向周壁喷撒水玻璃—水泥浆液1—3次。

3、根据权利要求2所述的工艺，其特征在于注浆孔底端间距为0.5—0.6m，注浆孔直径为120—150mm，注浆孔倾角：当人工施工时，施工角度要比扩壁设计角度大3°，当机械施工时，施工角度要比扩壁设计角度大2°。

4、根据权利要求3所述的工艺，其特征在于水玻璃—水泥浆液中所采用的水玻璃浓度为40°(Be)，水泥为425#普通硅酸盐水泥，水灰比由稀到浓依次为3、2、1、0.5，为使桨液向注浆孔壁周围砂层中渗透，泵压调至0.5MPa，第一次注浆采用稀的水玻璃—水泥浆液，水灰比不小于3，水玻璃掺入量采用高限5％，第二、第三次补浆水灰比用2、1或0.5，水玻璃掺入量依次降低，直至浆液不再渗失。

5、根据权利要求4所述的工艺，其特征在于帷幕配筋采用三角钢筋笼形式，三角钢筋笼长出注浆孔深30cm。

6、根据权利要求5所述的工艺，其特征在于在砂层中完成第一帷幕护壁的基础上，接着在卵砾石含量多、粒径大的卵砾石层中施工第二帷幕护壁，将上下两段帷幕用第二道圈梁联接起来。