專利名稱：挖孔壓漿樁的加工工藝方法
技術領域：
本發明涉及的是一種挖孔壓漿樁的加工工藝方法。
在河流階地發育地區，地基土普遍具有二元結構上復粘性土、下臥卵石層。這樣的工程地質條件為發揮大直徑樁(墩)基礎的優勢提供了有利條件。但由于卵石地基的沉降特點，密度差異大，往往分布有砂礫、中粗砂等軟弱夾層，地基的均勻性差。而應用此類型式基礎的高層建筑、大柱網公用建筑和其它重大構筑物的單樁豎向荷載大，對地基的變形和可靠性要求嚴格，加上卵石地基的挖孔施工條件的局限性，便嚴重影響了這類大直徑挖孔樁的適用范圍。
公知的人工挖孔樁加工方法和壓力灌漿樁的加工方法分別是對卵石地基的處理方法之一。
人工挖孔樁加工工藝方法包括挖孔，在孔中放置鋼筋籠，澆灌混凝土形成樁體，含成樁檢測的樁基檢測。具有施工設備簡單、占地少、樁身質量可靠、工期短、對周圍環境無有害影響等特點，可廣泛用于土質均勻的硬塑粘性土和中密、密實卵石地基上的一樁一樁的各類建筑。然而由于①樁下卵石地基的不均勻性(常常含有砂類土、砂礫石的夾層，卵石密度差異也很大)決定了地基的承載力和變形性狀的重大差異，從而嚴重影響了樁基及結構的可靠性;②卵石地基的施工條件等因素嚴重制約著樁長的選擇和基礎設計的合理性，從而嚴重影響了挖孔樁基礎的適用范圍。因而高層建筑和大跨度公用建筑在采用人工挖孔樁基礎時適用的地基范圍是很有限的。
壓力灌漿技術是用泵和壓漿設備，在選擇一定的工作壓力條件下將水泥漿，化學漿等固化的漿液灌入地基的孔隙中，通過漿液的充填固化和膠結作用，改良地基的物理力學性質，達到防滲和加固地基的目的。然而，當建筑工程地基基礎施工中，應用壓力灌漿技術加固地基時，如不與基礎施工和地基檢測相結合，則由于①漿液對地基的固化與膠結使卵石、砂礫地基的施工挖掘的難度大大增加，甚至導致施工設備的更改及成本的大大提高;②沒有地基檢測的有效結合，不能確定基礎下需要加固的軟弱夾層位置和評估其對地基的影響，從而影響了壓漿加固的有效性;③基礎施工前的壓漿加固，由于沒有基礎自重的三復壓力，一定程度上影響了漿液向基礎底下的滲透作用和壓漿加固的效果，故而壓力灌漿技術很少用于加固建筑工程的卵石和砂礫地基上。
鑒于以上原因，本發明的目的是為了提供一種施工簡便、檢測可靠、需用設備簡單、適應性強，能改善卵石地基的性狀和確保樁的可靠性的適用范圍廣的挖孔壓漿樁的加工工藝方法。
本發明是在人工挖孔樁的工藝方法上的改進，包括挖孔，孔中放置鋼筋籠，澆灌混凝土形成樁體，含成樁檢測的樁基檢測，其特征是在澆灌混凝土形成樁體前預埋壓漿導管，在澆灌混凝土形成樁體后通過壓漿導管對樁下卵石地基進行動力觸探，在樁體混凝土強度至少達到75%后灌入水泥漿，灌漿時灌漿壓力控制在0～2MPa，灌漿后進行樁基檢測，通過壓漿導管對樁下卵石地基進行動力觸探，根據動力觸探結果判定卵石密度和軟弱夾層分布情況，選擇并確定壓漿范圍和壓漿工作量，在缺乏地層滲透系數的場區可通過帶孔探桿進行壓水試驗，進一步制定地層的實際可灌性，據此修正并確定灌漿壓力、時間以及水泥漿的配比，灌漿壓力和灌漿濃度可視卵石地基的密度及可灌性區別確定，如在灌漿中，水泥漿液中灰水重量比從1∶6～2∶1逐漸加濃;水泥漿是一種懸濁液，對卵石地基有良好的可灌性，能形成強度較高、穩定性好的團結體，且取材容易、配方簡單、價格低廉、對環境無污染。
如果因故提前終止灌漿或檢測結果未達到要求時，可重復上述的壓漿步驟。
在樁體混凝土強度達到75%后可先通過壓漿導管注入清水，以清洗卵石層間隙，使其成為灌漿的良好的通道，然后灌入水泥漿。
上述的樁基檢測中除采用成樁檢測還采用了壓漿檢測，即待灌入漿液達到設計強度后，對已經加固的卵石地基進行鉆探取芯和動力觸探，成樁檢測是指將水泥、鋼筋、砂石等原材料取樣送檢、鋼筋焊接取樣送檢、混凝土試件送檢、對選定的樁進行動載、靜載試驗，通過成樁檢測可向設計上提供樁的承載力，壓漿檢測是指待灌入漿液達到一定強度后，對已經加固的卵石地基進行鉆探取芯和動力觸探(參見圖7)，確定加固體強度和所占位置，檢測成本低，抽樣檢測面廣，可占加固樁總數的5～20%。
本發明與已有的人工挖孔樁加工工藝方法相比具有如下優點1、樁底壓力注漿，對樁端卵石地基起到擠密填充膠結作用，水泥漿將原來松散的卵石及孔隙形成一個結構新、強度高、化學性能穩定的“結石體”，還可使樁下存在的松散夾層及透鏡體得到加固和改良，提高樁端地基的力學強度，改變并提高地基的變形模量，表1列出了對加固體開挖采樣所作的力學試驗結果，從表1中可看出，加固體的單軸極限抗壓強度可達4860～6570KPa，已使加固范圍內的上體強度發生了根本性變化。
2、壓力注漿使漿液沿著各個方向擴散，水泥漿液把土體與樁身混凝土形成整體，從而使樁側壁摩阻力提高;同時在樁端形成一個新的“擴大頭”，相當于增加了樁在卵石地基的嵌入深度，接長了樁身，并加大了樁端的受力面積，大大提高了樁的端承阻力，圖8、圖9是試樁對注漿后的卵石層用重型動力觸探試驗檢測結果表明，在漿液加固過的區域，重錘N120由原來的4-8擊提至20～30擊，最高達100擊，按N120的分布情況，加固土體的有效半徑高1.5米到2.0米，影響范圍達6.0米。
3、注漿加固后挖孔樁的豎向承載力大大提高。表2為對13根樁進行垂直靜載試驗后(試驗設備為12MN壓樁裝置，反力由錨樁提供，采用慢速維持荷載法加荷)的樁側土的物理力學性質指標。
4、施工簡便、檢測可靠、需用設備簡單、適應性強，適用范圍廣。
下面結合附圖詳細說明本發明的實施例，但本發明的保護范圍不僅限于下面的實施例;
圖1預埋壓漿導管示意2圖1的A-A剖面3N120動力觸探兼成壓漿孔示意4壓漿設備安裝示意5壓漿加固(一次壓漿)示意6壓漿加固(二次壓漿)示意7壓漿檢測示意8南北向動力觸探檢驗9東西向動力觸探檢驗圖實施例11、在研究已有的工程地質資料和地層可灌性的基礎上，人工挖孔1(包括孔壁支護和擴底)，做好孔底觀察檢查和清底，孔底深入卵石持力層至少為1米，而且宜將孔底挖成鍋底形，有利于承載力的發揮，同時確保樁位、樁徑和垂直度在容許偏差內(參見圖1、圖2)。
2、在孔1中放置鋼筋籠2。
3、在孔中預埋采用PVC硬塑料管做成的壓漿導管3(必要時可預先沖擊鉆進1～2米)。壓漿導管3的管徑可為φ89～φ108毫米，管長為樁長加0.3～0.5米，每根樁壹根導管，位置居于孔中心。導管上口高出樁頂0.1米以上，下端埋入孔底0.1～0.2米，導管上口用木塞或廢水泥紙袋封堵，防止灌注樁芯混凝土時混凝土誤入導管。導管管身由固定支撐4(參見圖1)系固在鋼筋籠2上。固定支撐4可采用φ10毫米以下細鋼筋或鉛絲做成。
4、向孔1中澆灌符合混合比要求的混凝土形成樁體5，注意防止混凝土離拆(參見圖3)。
5、采用SH30型工程地質鉆機與通過壓漿導管3對樁下卵石地基進行N120動力觸探(參見圖3)。若觸探結果兼作補充勘察資料時，觸探深度為樁下3～5倍樁徑深;若不需補勘時，只進行1～2米觸探。根據N120觸探指標判定卵石密實度和軟弱夾層，選擇和確定壓漿加固的范圍。在缺乏地層滲透系數資料的場區，可通過N120帶孔探桿進行壓力試驗，估計地層的可灌性和選擇灌漿壓力、時間及水泥漿的配合。圖3中序號15為N120重錘，序號16為探頭，序號17為探桿。
6、安裝壓漿設備(參見圖4)，壓漿機為往復式壓力灌漿泵6。圖4中的伸入壓漿導管3中的送漿管7采用φ60毫米鉆桿或1.5″的白鐵水管，其下端連接的壓漿花管8可用φ60鉆桿或1″～1.5″的白鐵水管鉆眼做成。單向密封栓塞9置于壓漿導管和送漿管7間，送漿管10為高壓橡膠管(重復使用的送漿主干線可用2″或2.5″白鐵水管做成)。送漿管10兩端分別與灌漿泵6和送漿管7連接，壓力表11安裝在送漿管6、10相接處。圖中序號12表示樁體，虛線表示區域為加固區13，圖中序號14為壓漿孔段。
在樁體混凝土強度達到75%以后進行壓漿，先注入清水以沖洗卵石層間隙，使其成為注漿的良好通道，隨后在0～1.5KPa壓力下灌漿，取水泥漿的水灰比6∶1、4∶1、3∶1、2∶1、1∶1、1∶2，先稀后濃，并以各種添加劑(如水玻璃或氯化鈣等速凝劑，其用量為水泥重量的1～2%;木質碳酸鈣或酒石酸等緩凝劑，其用量為水泥重量的0.2～0.5%)調劑水泥的性能。在穩定的壓力下壓入預定的壓漿量后停止壓漿，每根樁墩的壓漿量約為0.5～3噸，視卵石密度，加固范圍和樁的荷載因素而定。可一次或多次壓入水泥漿。單次灌注壓漿量為300ml，穩定時間不超過半小時，灌漿時間控制在3～5小時內。圖5為一次壓漿加固示意圖，圖6為二次壓漿加固示意圖。
7、樁基檢測，待灌入漿液達到終凝后對已經加固的卵石地基進行成樁檢測和壓漿檢測。用靜力載荷試驗樁以檢測加固后地基是否達到加固效果。用N120動力觸探試驗檢測加固前后的地基土密實度、強度及有效加固半徑是否達到預期的目的。圖7是壓漿檢測時的取樣圖。圖7中右邊所示是N120動力觸探檢測壓漿加固范圍的示意圖。待壓入漿液終凝后，在樁外(距樁邊緣0.5米以上)定點進行N120動力觸探，將該觸探結果與壓漿前的N120動力觸探(成壓漿孔時進行的)結果進行比較。若壓漿后N120動力觸探指標提高幅度顯著，則說明壓漿效果良好。經對比后，N120動力觸探指標在哪個部份顯著提高，則壓漿影響范圍就在哪里，反之則說明壓漿未達到目的，需重新進行壓漿。根據情況，定點可為一個點或等間距的數個點。圖7中左邊所示是固結體取樣示意圖。用地質勘察鉆機18鉆入固結體中，取得固體巖心，通過對巖心的觀察描述和物理力學試驗，得出固結體內部結構和它的物理屬性是否達到設計要求。圖7中序號19為取芯管，序號20為鉆頭。
實施例2本實施例2基本與實施例1同。在本實施例中主要介紹注漿量和注漿壓力計算。
a.漿液影響半徑γ及注漿量Q的參考值。
a/、漿液影響半徑γγ =33Rh1 γ0tβn]]>式中參數γ-漿液有效擴散半徑(cm)R-土層的滲透系數(cm/s)h1-壓力水頭(厘米水頭)γ0-灌漿管半徑 (cm)
β-漿液粘度對水的粘度比n-孔隙率t-灌漿時間(S)式中參數選取如下R＝17m/晝夜＝0.019cm/sh1＝5000厘米水頭，γ0＝1.25cm β＝3 n＝0.25當t＝4小時＝14400S及t＝2小時＝7200S時影響半徑γ分別計算如下t＝4小時γ=33 × 0.019 × 5000 × 1.25 × 144003 × 0.25=189.8≈190(cm)]]>t＝2小時=33 × 0.019 × 5000 × 1.25 × 72003 × 0.25=150cm]]>通過以上計算可知，對人工挖孔樁下卵石層進行壓力灌漿時，當水頭壓力采用5000厘米水頭，持續灌漿4小時，漿液灌入地層的有效擴散半徑為190cm;持續灌漿2小時時，有效擴散半徑為150cm。也就是說可在樁下形成一個半徑為190cm或150cm球狀加固體，滿足了對松散-稍密卵石層加固的要求。
b，注漿量QQ＝4/3×πγ3n按上述已有指標分別計算灌漿4小時及2小時的注漿量Q＝4/3×3.14×189.83×0.25＝7156439cm3≈7m3當t＝2小時Q＝4/3×3.14×1503×0.25＝3532500(Cm3)≈3.5m3由上述計算可知，每一根樁擴底加固的需灌入漿液7m3(持續灌漿4小時)或3.5m3(持續灌漿2小時)。漿液、漿材耗用作預算。
b，灌漿壓力的確定a/、采用現場試驗求取灌漿壓力的具體方法步驟在進行灌漿試驗時，通過逐步提高壓力的方法，求得灌漿壓力與注漿量的關系曲線，當壓力加大到某一數值而注漿量突然增大時，表明地層結構發生破壞或孔隙尺寸已被擴大，把此時的壓力值作為確定最大灌漿壓力的依據b/、未進行灌漿試驗前用經驗公式確定[Pe]＝c(0.75T+kλh)[Pa]-容許灌漿壓力 105PaC-與灌漿期次有關的系數C＝1T-地層復蓋層厚度T＝5mk-與灌漿方式有關的系數K＝0.8λ-與地層性質有關的系數λ＝0.8h-地面至灌漿段的距離h＝5m根據上述參數可得[Pa]＝1×(0.75×5+0.8×0.8×5)＝0.95105Pa≈7kg/cm2由上述計算預估，本實施例中的工程灌漿時容許灌漿壓力為7kg/cm2，即7000厘米水頭。
C、正式施工前的灌漿試驗a/、通過壓水試驗確定地基土的滲透系數，b/、灌注漿液時，必須嚴格按灌漿施工操作細則施行。
c/、灌漿結束后對灌漿效果檢測a.用靜力載荷試驗試柱以檢測加固后地基是否達到加固效果。
b.用N120型動力觸探試驗檢測加固前后的地基土密實度、強度及有效加固半徑γ等是否達到預期的目的。
c.通過開挖、觀場觀察加固后地基土的性狀是否達到預期的效果，并采取試樣進行室內試驗分析等。
本實施2的工作過程與實施例1中，只是灌注水泥時按水灰比4∶1∶、3∶1、2∶1、1∶1灌注。
權利要求
1.挖孔壓漿樁的加工工藝方法，包括挖孔，孔中放置鋼筋籠，澆灌混凝土形成樁體，含成樁檢測的樁基檢測，其特征在于在澆灌混凝土形成樁體前預埋壓漿導管，在澆灌混凝土形成樁體后通過壓漿導管對樁下卵石地基進行動力觸探，在樁體混凝土強度至少達到75%后通過壓漿導管灌入水泥漿，灌漿時灌漿壓力控制在0～2.0MPa，灌漿后進行樁基檢測。
2.如權利要求1所述的挖孔壓漿樁的加工工藝方法，其特征在于可重復權利要求1中所述的壓力灌漿步驟。
3.如權利要求1所述的挖孔壓漿樁的加工工藝方法，其特征在于在樁體混凝土強度達到75%后可先通過壓漿導管注入清水以清洗卵石層間隙，然后灌入水泥漿。
4.如權利要求1所述的挖孔壓漿樁的加工工藝方法，其特征在于所述的樁基檢測中還采用了壓漿檢測，即待灌入漿液達到設計強度后對已經加固的卵石地基進行鉆探取芯和動力觸探。
全文摘要
本發明提供了一種挖孔壓漿樁的加工工藝方法，包括挖孔、孔中放置鋼筋籠，澆灌混凝土形成樁體，樁基檢測。其特征是在澆灌混凝土形成樁體前可預埋壓漿導管，在澆灌混凝土形成樁體后通過壓漿導管對樁下卵石地基進行動力觸探，在樁體混凝土強度至少達到75％后通過壓漿導管灌入水泥漿，灌漿壓力控制在0～2.0MPa，灌漿后進行樁基檢測。施工簡便、檢測可靠、需用設備簡單、適應性強、能改善卵石地基的性狀和確保樁的可靠性，適用范圍廣。
文檔編號E02D5/00GK1074001SQ92111950
公開日1993年7月7日 申請日期1992年10月27日 優先權日1992年10月27日
發明者薄錦山, 楊耕, 王福山, 寧順友, 趙華 申請人:中國建筑西南勘察院