压力注浆在桩基处理中的应用

　　摘要：压力注浆现已在地基处理中已被广泛应用，并取得了较好的效果，本文通过利用压力注浆在桩基处理中的应用，介绍了这种方法的可靠性。
　　关键词：基桩检测，压力注浆，体会。
　　
　　1、工程概况
　　临沂大学占地达一万多亩，为亚洲之最，临沂大学工程建设筹备处在临沂大学内建设亚洲最大的图书馆，基础类型为独立基础，桩基类型为钻孔灌注桩，设计桩径分别为600mm、800mm、1000mm、1200mm、1500mm，桩长7.0~31.0m不等，桩长以进入中风化灰岩1.0m为准，为确定基桩的单桩竖向抗压承载力及桩身完整性，我中心对该桩进行了单桩竖向抗压静载试验、基桩低应变动力检测及钻芯检测，以确定基桩竖向承载力和完整性是否满足设计要求。
　　2、工程地质概况
　　该场地地层自上而下主要分为如下几层：
　　⑴层：杂填土（Q4ml），灰色—灰黑色，松散，湿，主要由建筑垃圾、生活垃圾及少量的粘性土组成，层厚0.20—8.10米，平均厚1.46米，场地东北较厚，一般6.00米，层底标高65.46--73.63米。
　　⑵层：粘土（Q4al+pl），黄褐—褐色，可塑偏硬，局部硬塑，土质较均匀，含有少量Fe、Mn质结核，无摇振反应，切面光滑，干强度、韧性高，场地局部缺失，，层厚0.30—6.20米，层底标高64.52--73.22米。
　　⑶层：粉质粘土（Q4al+pl），黄褐—褐色，可塑，混有较多细砂，局部含量较高，无摇振反应，切面稍光滑，干强度、韧性中等，局部缺失，层厚0.20—3.40米，层底标高63.18--70.69米。
　　⑷层：中粗砂（Q4al+pl），灰褐—黄褐色，稍密—中密，饱和，顶部含有较多粘性土，主要由石英、长石组成，砂质较均匀，分选性及磨圆度较好，级配较差，底部含砾石，含量约10%左右，成分以石英质为主，砾径1—3cm之间，亚圆状。层厚0.40—8.80米，层底标高59.88--69.93米。
　　⑸层：粘土（Qel），黄褐—黄色，可塑，局部硬塑，含有较多Fe、Mn质结核及较多风化岩碎块，无摇振反应，切面光滑，干强度、韧性高，主要分布场地西北侧，层厚0.30—14.80米，层底标高36.59--66.71米。
　　⑹层：全风化闪长玢岩（r），褐黄色，坚硬，风化呈砂状，见少量的云母碎片及风化岩碎块，岩芯呈土柱状，手掰易碎。主要分布场地东南部，层厚1.00—15.00米，局部未揭穿，层底标高35.12--62.52米。
　　⑺层：强风化闪长玢岩（r），灰黄色---灰褐色，斑状结构，块状构造，岩芯呈土柱状，含有少量风化岩碎块，干钻不易钻进，手锤敲击声哑，无回弹，有凹痕，易击碎，裂隙发育，标准贯入均反弹，坚硬程度为软岩—极软岩，岩体完整程度为破碎—极破碎，岩体质量等级为Ⅴ级。主要分布场地东南部，层厚1.80—12.30米，层底标高37.89--58.55米。
　　⑻层：中风化闪长玢岩（r），灰褐色，斑状结构，块状构造，岩芯以短柱状为主，采取率在70%左右，见角闪石、长石等矿物，岩芯手锤敲击不易碎，敲击声不清脆，风化裂隙较发育，坚硬程度分类为较软岩，岩体完整程度为较破碎，岩体质量等级为IV级。主要分布场地东南部，层厚1.20—6.10米，层底标高43.21--53.22米。
　　⑼层：中风化灰岩（o），灰白色，隐晶质结构，中厚层状构造，岩芯呈短柱—长柱状，采取率在80%左右，岩芯手锤敲击不易碎，敲击声脆裂，有回弹，裂隙及岩溶现象较发育，岩溶现象主要表现形式为溶洞，钻进过程中均漏水。坚硬程度分类为较硬岩，岩体完整程度为较完整，岩体质量等级分类为III类。揭露最大厚度18.90米。
　　3、基桩动、静测试
　　3.1桩端持力层性状不良：以34号桩为例，对该试桩进行了单桩竖向静载试验和基桩低应变动力检测。
　　3.1.1单桩竖向静载试验：采用慢速维持荷载法，共分十级加载，预计最大加载量为7680kN，当加载至3020kN时，总沉降量已大于60.00mm，达66mm以上，极限承载力仅为2280kN。其Q-s曲线见图1。
　　3.1.2基桩低应变动力检测：为寻找单桩竖向抗压静载试验承载力偏低的原因，我中心对该桩进行了基桩低应变动力检测，其结果为桩身为基本完整桩，判定桩身完整性为Ⅰ类桩，且桩端嵌岩效果明显，反映沉渣较少。详见图2。
　　3.1.3基桩钻芯检测:为进一步确定承载力不足的原因，我中心进行了基桩钻芯检测，其结果如下：
　　a、桩身评价
　　根据现场抽芯原始资料，现对抽芯的34#桩桩身分别评价如下：
　　34#桩：灰白色,岩样较为完整,呈短柱状、柱状、长柱状，表面稍光滑，有少量小气孔，孔径0.1cm-0.6cm，断口基本吻合，骨料大小分布基本均匀，胶结较好，采取率为92-99%，9.92-10.06m处有离析现象,桩底胶结有小碎石；根据所取混凝土芯样，养护28d的抗压强度为45.0~56.2Mpa。
　　b、沉渣评价
　　通过沉渣钻取、厚度测定的原始记录，34#桩：沉渣厚度为0.03m；根据《建筑基桩检测技术规范》（JGJ106----2003）标准要求，以上各取样点沉渣厚度，符合规范要求。
　　c、桩端持力层岩土评价
　　根据钻孔取芯结果，桩底为中风化灰岩：深灰色，浅灰白色，隐晶质结构，层状构造，岩芯较为破碎，呈短柱状、块状，岩溶裂隙较为发育,，发育有溶沟及溶孔，局部呈蜂窝状；18.0-18.6m为溶洞，充填粘性土，灰黄色，粘性较强，可塑，干强度高，韧性高，光滑，漏水严重；19.1m以上岩芯呈碎块状，块径5.0-8.0cm，裂隙面具侵蚀现象，钻进时漏水严重；根据所取岩石样，其饱和抗压强度为65.9~111Mpa，饱和块体2.70~2.74g/cm3。
　　序
　　号 桩号 桩径
　　(mm) 测点下
　　桩长(m) 波速(m/s) 桩身
　　完整性 备注
　　1 34 1000 11.50 4200 Ⅰ类桩 完整桩
　　
　　
　　
　　图2基桩低应变检测结果曲线图
　　
　　图3钻芯结果照片
　　
　　工程名称：临沂大学图书馆
　　 试验桩号：34#
　　测试日期：2007-05-31 桩长：17.00 桩径：1000
　　荷载(kN) 0 1520 2280 3040
　　本级沉降(mm) 0.00 3.40 19.73 43.08
　　累计沉降(mm) 0.00 3.40 23.13 66.21
　　 
　　
　　图134单桩竖向抗压静载试验曲线
　　
　　3.2桩身缺陷：以312号桩为例进行基桩低应变动力检测和钻芯法检测
　　3.2.1基桩低应变动力检测：312号桩基桩低应变动力检测结果见下表，根据规范及图4判定为III类桩。
　　序
　　号 桩号 桩径
　　(mm) 测点下桩长(m) 波速
　　(m/s) 桩身完整性 备注
　　1 312 1200 25.50 4200 Ⅲ类桩 2.8m处明显缺陷
　　图4312号桩基桩低应变动力检测结果图
　　3.2.2312号桩基桩钻芯检测
　　根据基桩低应变动力检测结果，采用钻芯法检测进一步验证，其结果如下：桩径Φ1200，实际桩长25.80米，沉渣厚度0.02米，桩身混凝土为灰白色，芯样呈柱状、长柱状，表面稍光滑，局部有少量小气孔，孔径0.2—0.4厘米，断口基本吻合,骨料大小分布基本均匀,胶结较好，芯样采取率为97%，其中3.04—3.31米、4.50—6.15米两处混凝土呈松散状，未胶结。
　　桩端下0.02—0.11米（孔深25.82—25.91米）为中风化灰岩，深灰色，隐晶质结构，厚层状构造，岩芯呈短柱状,较硬；桩端下0.11—3.47米（孔深25.91—29.27米）为溶洞，充填，充填物为灰黄色粘性土，夹少量灰岩小碎块；桩端下3.47—5.02米（孔深29.27—30.82米）为中风化灰岩，深灰色，隐晶质结构，厚层状构造，岩溶、裂隙中等发育，岩芯呈短柱、柱状，较硬，岩芯采取率为74%，RQD为61%。
　　根据《建筑基桩检测技术规范》（JGJ106—2003、J256—2003）规定的判定标准，结合芯样原始记录，对312棵钻芯基桩的桩身混凝土完整性、桩端下5米持力层的性状判定结论见下表：
　　序号 桩号 设计桩径(mm) 桩身完整性类别 桩底沉渣厚度(cm) 桩端持力层性状
　　1 312 1200 III
　　2.0 中风化灰岩
　　图5312号桩基桩钻芯检测照片
　　4处理措施
　　4.1承载性状不良的原因
　　通过对工程桩静载、动测和取芯检测结果分析，造成实例1工程桩单桩承载力偏低达不到设计要求的主要原因表现在：桩底持力层力学性能不良，即桩没到达设计要求的持力层——持力层下存在溶洞。造成实例2工程桩桩身缺陷的主要原因表现在施工中造成桩底沉碴和桩身离析对单桩承载力影响。
　　4.2、桩端注浆工艺流程
　　①造孔（本次注浆孔采用钻芯孔）→②高压水洗孔→③注浆管埋设→④压水试验→⑤制浆→⑥注浆→⑦达到设计予定注浆量和终压→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。以达到在控制注浆总量基础上最大限度提高注浆效果。
　　本次注浆采用钻芯孔作为注浆孔，注浆管采用5cm的钢管，节与节之间的连接用螺纹管箍、生料带连接，总长度由桩长确定，搅拌水泥浆：水灰比0.6，注浆压力桩端1-2MPa，桩侧0.5-1Mpa，注浆时桩体上抬量不得超过3mm，注浆完毕关闭止浆阀。
　　5、处理效果检验
　　为检验注浆处理效果，对处理后的基桩进行了单桩竖向抗压静载试验和基桩低应变动力检测，34、312号基桩处理的的结果如下：
　　5.1312号基桩处理效果见图6，将图4与图6比较不难看出：2.8m处的桩身缺陷已消失，桩身完整性也从III类桩转变为I类桩。由此可见该桩处理效果明显。
　　
　　图6312号桩处理后基桩低应变动力检测结果图
　　
　　5.234号桩处理效果见图7，注浆后，对34号桩处理后进行了单桩竖向抗压静载试验，注浆前，从图1曲线分析得知，注浆前试桩单桩竖向极限承载力仅为设计要求30%，且桩顶沉降都超过60mm，其破坏模式为陡降型，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。注浆后的效果从图7曲线分析得知，桩端及溶洞注浆处理后，当加荷至设计要求最大值时，桩顶沉降量很小，仅有1mm多，远未达到极限承载力状态，表明桩注浆对钻孔灌注桩加固效果明显，满足设计要求。钻孔取芯结果证实，注浆对桩身局部离析，桩底沉碴和桩端持力层的角砾土层加固效果十分明显。
　　
　　
　　工程名称：临沂大学图书馆基桩静载试验 试验桩号：34#
　　测试日期：2007-11-22 桩长：12m 桩径：800mm
　　荷载(kN) 0 1520 2280 3040 3800 4560 5320 6080 6840 7680
　　本级沉降(mm) 0.00 0.50 0.61 0.79 0.86 0.96 1.05 1.08 1.16 1.30
　　 
　　 
　　图7注浆后单桩竖向抗压静载试验结果曲线图
　　6、结论
　　1、实践证明，桩端注浆在桩基加固处理、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。
　　2、施工中合理确定和控制注浆参数对桩端注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。
　　3、桩端注浆明显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大幅度提高。
　　参考文献：1、《建筑基桩检测技术规范》（JGJ106-2003），
　　2、《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2002），
　　3、临沂大学图书馆静载试验报告，
　　4、临沂大学图书馆基桩低应变动测检测报告，
　　5、临沂大学图书馆基桩钻芯检测报告。

《压力注浆在桩基处理中的应用》

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文章名称： 压力注浆在桩基处理中的应用

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