高壓旋噴樁的承載原理及應(yīng)用淺析
關(guān)鍵詞:高壓旋噴樁;承載;應(yīng)用
引言
高壓旋噴樁以其經(jīng)濟(jì)實(shí)用的性能,設(shè)計(jì)方法,以及施工中基本不產(chǎn)生環(huán)境污染,在工程中得到了廣泛的應(yīng)用,擴(kuò)底樁是在灌注樁基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種新樁型,通過壓力或機(jī)械的方式在樁底形成一個(gè)擴(kuò)大頭,增大有效承載面積,從而提高樁端承載力,使擴(kuò)底樁成為以樁端支承為主,樁周側(cè)摩阻力為輔的樁型。在同樣樁長的情況下,可大大提高其承載力。
一、高壓旋噴擴(kuò)底樁的設(shè)計(jì)
1.1擴(kuò)底樁選型
擴(kuò)底樁將其上部荷載通過樁身傳遞到樁端,再進(jìn)一步傳遞到樁端下端持力層土體,故設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)可將樁身等效為傳力桿件,將單樁設(shè)計(jì)簡化為樁身傳力桿設(shè)計(jì),而擴(kuò)底基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)主要受埋深和三擊貫入度的影響,故可以將擴(kuò)底的設(shè)計(jì)用下式表示:
D=F(L,Ae,d)
式中L為樁間距(m),Ae為等效計(jì)算面積,d為等效基礎(chǔ)埋深(m)。
同一工程既可選擇大間距、埋置的基礎(chǔ),也可選擇間距小、埋深淺的基礎(chǔ),對擴(kuò)底樁的設(shè)計(jì)即為選擇最佳間距、埋深和等效計(jì)算面積Ae,使工程造價(jià)最低。
由于這三者在施工中相互影響和制約,樁型的選擇除了要考慮設(shè)計(jì)方案的經(jīng)濟(jì)型外,還要考慮擴(kuò)底樁的施工因素,若樁型選擇不當(dāng)會(huì)造成施工困難,增加施工成本。
1.2設(shè)計(jì)樁長確定
高壓旋噴擴(kuò)底樁的設(shè)計(jì)樁長主要考慮上部結(jié)構(gòu)荷載和樁端土層情況兩個(gè)因素。既要滿足上部結(jié)構(gòu)的荷載要求,還要便于施工。
高壓旋噴擴(kuò)底樁的持力層可以為可塑~硬塑狀態(tài)的粘性土以及粉土、砂土、碎石土。而擴(kuò)底所在的加固土層可以經(jīng)過確定為穩(wěn)定的所有土層。當(dāng)軟塑狀態(tài)粘性土、素填土、雜填土和濕陷性黃土經(jīng)過試驗(yàn)確定為穩(wěn)定可靠的土層時(shí)也可作為樁端被加固土層。
1.3擴(kuò)底旋噴樁設(shè)計(jì)
根據(jù)實(shí)際工程情況及所做固結(jié)體室內(nèi)試驗(yàn)情況,可采用底部擴(kuò)大的擴(kuò)底旋噴樁形式,上部樁徑d=60cm,擴(kuò)大頭部分直徑D=100cm,擴(kuò)底端長120cm。樁距為1.5m,以第1層為持力層,平均樁長為17m。
根據(jù)室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果,若工程采用425#普通硅酸鹽水泥,水泥摻入量為500kg/m3水灰比1:1~0.8:1,比重為1.49~1.60g/cm3。
水泥漿壓力為20-30MPa,空壓機(jī)壓力為0.7MPa,旋轉(zhuǎn)速度為10-20r/min,提升速度為10-25cm/min。
根據(jù)上述設(shè)計(jì)參數(shù),利用復(fù)合地基的承載力計(jì)算公式和沉降計(jì)算公式,計(jì)算結(jié)果表明經(jīng)過降水聯(lián)合擴(kuò)底旋噴樁加固后場地的地基承載力和沉降都達(dá)到預(yù)期要求。
二、高壓旋噴擴(kuò)底樁施工
2.1施工工藝
施工前應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場環(huán)境和地下埋設(shè)物的位置等情況,復(fù)核高壓噴射注漿的設(shè)計(jì)孔位。
1.定位
在施工過程中,必須采用跳打法以防止孔間串漿。移動(dòng)地質(zhì)鉆機(jī)到指定樁位對中,同時(shí)保證鉆機(jī)的垂直度,以使鉆孔達(dá)到設(shè)計(jì)垂直度。鉆機(jī)就位后,再作水平校正,使其鉆桿軸線對準(zhǔn)鉆孔中心位置。鉆機(jī)安放在設(shè)計(jì)的孔位上并應(yīng)保持平穩(wěn)、水平,樁架垂直,施工時(shí)旋噴桿的允許傾斜度不得大于1.5%。
2.鉆孔:
鉆機(jī)就位后,開啟鉆機(jī)鉆孔,保證鉆機(jī)鉆孔的位置與設(shè)計(jì)位置的偏差不得大于50mm。鉆進(jìn)過程中要記錄完整,對巖性、孔深、鉆桿數(shù)量、長度、塌孔、掉塊、漏漿的深度和時(shí)間記錄詳細(xì),終孔后用砂袋塞住孔口,以防止雜物掉入孔內(nèi)。鉆孔設(shè)備采用GD-2型和G-2A型鉆機(jī)進(jìn)行施工。
3.插管
鉆孔完畢后,拔出芯管,插入噴射注漿管至預(yù)定深度。在插管過程中,為防止泥砂堵塞噴嘴,可邊射水、邊插管,水壓力不超過1Mpa。
4.噴射注漿
噴射注漿管插入預(yù)定深度后,由下而上進(jìn)行噴射注漿,注漿時(shí)注意檢查漿液初凝時(shí)間、注漿流量、風(fēng)量、壓力、旋轉(zhuǎn)提升速度等是否符合設(shè)計(jì)要求,并做好記錄。注漿管分段提升時(shí)注漿搭接長度不小于100mm。冒漿量小于注漿量20%為正常,超過20%或完全不冒漿時(shí),應(yīng)查明原因,采取相應(yīng)措施:
冒漿量過大,可提高噴射壓力、適當(dāng)縮小噴嘴孔徑、加快提升和旋轉(zhuǎn)速度。
地層中較大空隙,出現(xiàn)不冒漿現(xiàn)象,可摻入速凝劑,縮短固結(jié)周期,使?jié){液在一定土層范圍內(nèi)固結(jié);在空隙地段增大注漿量,填滿空隙后再繼續(xù)正常噴漿。
5.成樁
成樁完畢,將注漿管等機(jī)具設(shè)備沖洗干凈,管內(nèi)機(jī)內(nèi)不得殘存水泥漿,可用水代替漿液在地面上噴射,以使泥漿管、注漿管和軟管內(nèi)的漿液全部排出。移動(dòng)樁機(jī)至下一樁位繼續(xù)施工。
6.高壓旋噴樁施工工藝流程圖
若工程采用425#普通硅酸鹽水泥,水泥摻入量為550kg/m3,水灰比1:1~0.8:1,比重為1.49~1.60g/cm3。
水泥漿壓力為15MPa,空壓機(jī)壓力為0.7MPa,旋轉(zhuǎn)速度為10-20r/min,提升速度為20cm/min,其中在擴(kuò)底部分水泥漿壓力為25MPa,空氣壓力為0.8MPa,選擇速度為25r/min,提升速度為25cm/min。
2.2高壓旋噴樁施工保證措施
。1)測量放線由專職測量人員負(fù)責(zé)測量放線及樁位的定位。
。2)樁機(jī)必須端正、穩(wěn)固、水平、用經(jīng)緯儀保持垂直度。
。3)旋噴前要檢查高壓設(shè)備和管路系統(tǒng),其壓力和流量必須滿足設(shè)計(jì)要求。噴射時(shí),鉆桿的旋轉(zhuǎn)和提升必須連續(xù)不中斷,拆卸鉆桿連續(xù)旋噴時(shí),要注意保持鉆桿有0.1米的搭接長度,不得使噴射固結(jié)體脫節(jié)。
。4)漿液配制必須按規(guī)定的配合比進(jìn)行配制。
。5)開挖溝槽及清障時(shí),要控制好溝槽兩邊尺寸,以便設(shè)備的就位。
(6)攪漿系統(tǒng)要保持完好,準(zhǔn)備好備用泵等設(shè)備。
(7)對開槽及溢出的泥土要及時(shí)清運(yùn),創(chuàng)造良好的施工環(huán)境。
三、高壓旋噴擴(kuò)底樁施工監(jiān)督和質(zhì)量控制
3.1施工質(zhì)量控制與管理
高壓旋噴樁加固地基屬于隱蔽工程,施工時(shí)不能直接觀察它的質(zhì)量,但可以通過施工過程中各工序的操作、工藝參數(shù)和漿液濃度等因素的實(shí)際執(zhí)行情況以及土層的各種反應(yīng)(冒漿量大小和冒漿濃度、冒漿的通道位置、土開裂狀態(tài)等)來控制高壓旋噴樁的質(zhì)量。
1.孔位
應(yīng)專人負(fù)責(zé)孔位的放線定位工作,鉆孔前需復(fù)合孔位,誤差不得大于5cm。
2.樁體深度
鉆孔時(shí)必須有鉆孔深度記錄,技術(shù)負(fù)責(zé)人要核對注漿管深度和鉆孔深度是否相符,鉆孔的垂直度必須等于或小于設(shè)計(jì)要求。
3.水泥漿配比控制
水泥漿配比是影響旋噴樁質(zhì)量的重要因素,因此要嚴(yán)格加以控制?梢杂帽戎胤Q或比重計(jì)來抽查水泥漿是否復(fù)合設(shè)計(jì)要求。在工程中,使用便攜式DA-130N比重計(jì),每天對水泥漿配比進(jìn)行抽查檢驗(yàn)。
4.冒漿的處理
由于旋噴樁現(xiàn)場會(huì)產(chǎn)生較多的冒漿,因此要及時(shí)的進(jìn)行處理。一方面及時(shí)排運(yùn)出冒漿保持現(xiàn)場干凈,或加以回收再灌入;另一面可透過冒漿出現(xiàn)的時(shí)間、冒漿中含土的種類和數(shù)量,水泥的含量和冒漿的多少等現(xiàn)象,間接了解高壓旋噴樁質(zhì)量,這是在施工過程中調(diào)整高壓注漿參數(shù)的重要依據(jù)之一。
5.噴射方向、提升速度的控制
高壓旋噴樁的噴射方向、提升速度和旋轉(zhuǎn)速度也是影響高壓旋噴樁樁身質(zhì)量的關(guān)鍵因素,直接影響樁身的強(qiáng)度和直徑。特別是高壓擴(kuò)底旋噴樁,在擴(kuò)底部分一定要按照設(shè)計(jì)要求控制提升速度和噴射壓力,以保證擴(kuò)底樁的質(zhì)量。因此,按照設(shè)計(jì)的要求,在施工過程中,監(jiān)理單位組織了專門的人員對此進(jìn)行了現(xiàn)場監(jiān)控,并制定了嚴(yán)厲的處罰措施。
3.2質(zhì)量監(jiān)測和檢測
3.2.1質(zhì)量檢查的內(nèi)容
1.固結(jié)體質(zhì)量檢查
檢查樁體的整體均勻性、垂直度、有效直徑或長度、寬度、抗壓強(qiáng)度、抗剪強(qiáng)度、彈性模量、滲透系數(shù)和耐久性等項(xiàng)測試。
2.注漿效果試驗(yàn)
3.工程質(zhì)量測定
包括建筑物沉降,樁身質(zhì)量檢測等。
3.2.2檢測數(shù)量
每個(gè)建筑工程噴射注漿處理后,不論其規(guī)模大小,均應(yīng)進(jìn)行檢驗(yàn)。檢驗(yàn)數(shù)量為高壓旋噴注漿施工總孔數(shù)的2%~5%,少于20孔的工程,至少要檢驗(yàn)2個(gè)點(diǎn)。檢驗(yàn)不合格者,應(yīng)在不合格的點(diǎn)位附近,進(jìn)行補(bǔ)噴或采取有效的補(bǔ)救措施,然后進(jìn)行檢驗(yàn)。檢驗(yàn)點(diǎn)的位置應(yīng)重點(diǎn)布置在建筑工程的關(guān)鍵地方,如承重大、幕墻中心線等地方。檢驗(yàn)時(shí)間應(yīng)在噴射注漿后28天后進(jìn)行。
3.2.3質(zhì)檢方法
質(zhì)檢方法有開挖檢查、鉆孔取芯、旁壓試驗(yàn)、標(biāo)貫、動(dòng)力觸探、載荷試驗(yàn)、透水試驗(yàn)、室內(nèi)試驗(yàn)和其他破壞性試驗(yàn)等9種方法。
《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》(JGJ79-2002)規(guī)定:高壓旋噴注漿可根據(jù)工程要求和當(dāng)?shù)亟?jīng)驗(yàn)采用開挖檢查、取芯、標(biāo)貫、載荷試驗(yàn)或圍井注水試驗(yàn)等方法進(jìn)行檢驗(yàn),并結(jié)合工程測試、觀測資料及實(shí)際效果綜合評價(jià)加固效果;豎向承載力旋噴樁復(fù)合地基竣工驗(yàn)收時(shí),承載力檢驗(yàn)應(yīng)采用復(fù)合地基載荷試驗(yàn)和單樁載荷試驗(yàn);載荷試驗(yàn)必須在樁身強(qiáng)度滿足試驗(yàn)條件時(shí),并宜在成樁28天后進(jìn)行。檢查數(shù)量為樁總數(shù)的0.5%~1%,且單體工程不應(yīng)小于3點(diǎn)。
四、高壓旋噴擴(kuò)底樁施工安全保證措施
。1)施工場地內(nèi)保持清潔,各工點(diǎn)設(shè)標(biāo)牌,標(biāo)明負(fù)責(zé)人,工程項(xiàng)目等,建成文明施工工地。
。2)按照施工組織設(shè)計(jì)的平面布置圖,認(rèn)真搞好施工現(xiàn)場規(guī)劃,做到布局合理,井然有序,施工現(xiàn)場的臨時(shí)用電和排水設(shè)施安裝要規(guī)范安全可靠。
。3)施工場地內(nèi)各種材料要分類堆放整齊,掛設(shè)標(biāo)牌,標(biāo)明材料規(guī)格、產(chǎn)地等,不同材料不能混放。各級負(fù)責(zé)人及工作人員一律掛胸牌上崗。
。4)施工現(xiàn)場要設(shè)醒目的安全標(biāo)語和安全警示標(biāo)志,提示行人注意安全。
。5)施工時(shí),注意保護(hù)環(huán)境,采取措施不壓縮、不侵占、不污染水溝及河道,保護(hù)水源,保護(hù)樹木、植被。運(yùn)輸?shù)缆、便道?yīng)灑水防塵,防止污染環(huán)境。
。6)電纜穿越易受機(jī)械損傷的場所時(shí)加設(shè)防護(hù)套管,且嚴(yán)禁用金屬裸線作綁線。
。7)配電箱內(nèi)的開關(guān)電器與配電線路一一對應(yīng)配合,開關(guān)箱與用電設(shè)備之間實(shí)行“一機(jī)一閘”制,禁止“一閘多機(jī)”。且開關(guān)箱的開關(guān)電器的額定值與用電設(shè)備額定值相適應(yīng)。
。8)所有配電箱、開關(guān)箱在其箱門處標(biāo)注其編號、名稱,用途和分路情況。
。9)所有配電箱、開關(guān)箱、電氣線路、用電設(shè)備和保護(hù)設(shè)施進(jìn)行檢查處置均由電氣專業(yè)人員完成。檢查、維修周期每月至少一次,每次檢查均按規(guī)定做好專門的臺(tái)帳記錄。
。10)正確使用個(gè)人勞動(dòng)保護(hù)用品,進(jìn)入施工現(xiàn)場必須戴好安全帽,在設(shè)有防護(hù)設(shè)施的高空作業(yè)時(shí),必須栓好安全帶。嚴(yán)禁穿拖鞋、光腳、赤膊等進(jìn)入工地。
五、結(jié)論
高壓旋噴樁以其經(jīng)濟(jì)實(shí)用的工程性能以及施工過程中基本不產(chǎn)生環(huán)境污染的良好工程特性在實(shí)際工程中得到了廣泛的應(yīng)用。擴(kuò)底樁是在灌注樁基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種新樁型,它是通過機(jī)械設(shè)備提供的壓力在樁底形成一個(gè)擴(kuò)大頭,增大有效承載面積,從而提高樁端承載力,使擴(kuò)底樁成為以樁端支承為主、樁周側(cè)摩阻力承載為輔的樁型。在相同樁長情況下,其承載力得到大大提高。
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