灌浆工艺在人工挖孔桩成孔护壁中的应用.pdf

地基基础 滩象工艺在人工挖孔桩成孔护壁中的应用 周 旭 李江龙 攀枝花钢铁 集团 公司 设计管理处 攀枝花6 1 7 0 6 7 灌浆工艺是近年来发展较为迅速的一种施工工 艺 它因施工简便 易于操作 并能有效改变土体 的物理力学性质 提高土体的抗压抗剪强度等优点 而在工程上得以广泛应用 灌浆的实质是用气压 液压或电化学原理 把某些能固化的浆液注入各种 介质的裂系或孔隙 从而改善岩 土体的物理力学 性质 灌浆工艺依据其理论可归纳为四类 渗人性 灌浆 劈裂灌浆 压密灌浆和电动化学灌浆 在具 体工程应用中可根据不同的地质条件选择不同的灌浆 工艺 在山区的工程建设中 人工挖孔桩是一种较为常 用的基础形式 但往往因为桩基穿过的上部地层松 散而难以成孔 致使工程的施工周期长 投资增 加 多年的工程实践表明 利用灌浆工艺对松散地 层进行灌浆固结 达到一定强度后再人工开挖成 孔 可以很好地解决松散地层中人工挖孔桩成孔护 壁难 投资高这一难题 攀枝花钢铁股份有限公司 炼铁厂4 号高炉煤气下降管加固支架桩基施工中就 成功地采用了渗人性灌浆这一方法 现介绍如下 1 工程概况 攀枝花钢铁股份有限公司炼铁厂4 号高炉煤气 下降管呈4 5 度两端分别支撑连接于重力除尘器和 炉顶顶部 管底距离地面高3 0 一8 0 m 管长8 0 m 管径2 7 m 自 重2 0 0 t 1 9 8 9 年竣工投产运行至今 其下挠最大值约0 5 m 已远远超过设计允许挠度 值 为阻止其进一步下挠 预防管道开裂破坏 必 须采取措施对其进行加固 经研究确定加固方案 为 在距4 号高炉2 3 m处增加一高度为5 0 m的人 字形支架 为确保支架的稳定性 支架基础必须有 足够的埋深和可靠的嵌固 针对现场狭窄的场地 复杂的工况和特殊的地质条件 决定采用人工挖孔 桩作为支架基础 桩径1 5 m 桩长2 2 m 图1 0 2 工程地质条件 按桩基础开挖顺序将地质条件由上而下分述如 下 人工炉渣堆积层 灰色 由炼铁炉渣组成 成 分单一 粒径为0 5 一3 0 a n 多为3 一1 5 a n 炉渣 二 二 r 一 坚硬结构松散 埋深一 1 0 5 一一1 1 0 m C 二 0 小 3 6 度 F Y 1 5 0 k p a 孔隙率4 7 人工炉渣碎石堆积层 灰色一褐黄色 由炉 渣 块石 碎石组成 碎块石成分为砂岩 花岗 岩 辉长岩 粒径多为1 0 一 3 0 c m 大者1 1 m 地 层结构松散 埋深为一 1 7 1 一1 7 5 m 层厚为6 6 一 7 0 m C O 3 8 度 F K 1 6 0 k p a 孔隙 率4 1 0 砾岩 灰褐色 粗粒结构 中 厚层状 中等风 化 砾石成分为砂岩 花岗岩 辉长岩 粒径多为 2 2 0 a n 硅质胶结 C 二 3 5 k p a 争 4 8 度 F K 8 0 0 咖 3 成孔护壁方案的比 选 由于桩基础位置位于运渣铁路与挡墙之间 见 图1 距铁路仅为3 m 铁路行车时的线荷载为 1 2 0 0 2 0 0 0 k N m 对桩基础开挖时形成的临空面 将产生巨大的侧压力 同时呈松散状态的人工炉渣 堆积层和人工炉渣碎石堆积层在开挖过程中无法成 孔 因此必需选择可靠的成孔护壁方案以确保在多 种不利工况组合下有效成孔和安全施工 为此进行 了成孔护壁方案的经济技术比 选 四 I I 建筑第2 1 卷增干 11 2 0 0 1 9 1 5 1 地基基础 3 1 方案一直接开挖成孔护壁砖护壁由于 其强度低 无法满足该工程的要求 施工开挖初期 曾采用过钢筋混凝土护壁 但由于松散的人工炉渣 堆积层内根本无法形成规整形状的桩孔 每次仅能 开挖0 2 0 5 m施工段就必须支护 这不但无法 梆轧钢筋进行支护施工 且安全及工期均无保障 若改用钢管护壁 施工条件能得到改善 但由于开 挖人工炉渣堆积层形成的不规则桩孔使钢管护壁周 围产生巨大空洞 铁路行车时产生的巨大附加应力 将使渣体向钢管护壁周围挤压 这不但增大和改变 了钢管护壁的侧压力 同时将使铁路路基下沉 造 成工程次生灾害 3 2 方案二拆除档土堵大开抢即将拟施工 的支架基础前的挡土墙拆除 挖掉支架基础穿过的 人工炉渣堆积层和人工炉渣碎石堆积层 在砾岩层 内成桩后置模浇筑上段桩 再恢复挡土墙 并回填 取掉的堆积层 单从完成支架桩基施工的角度讲 这一方法并非不可取 但可能对铁路路基及四高炉 基础的稳定造成影响 导致严重工程次生灾害 挡 土墙的拆除和恢复费用也较高 综合评价该方案不 可取 3 3 方案三注蒙固结再开抢成孔护壁寻找 一种能克服以上两个方案的缺点 既能保证有效安 全成孔 又能确保周围建筑物安全 不致造成次生 灾害的方案就成了方案比 选的原则 采用注浆工艺 先固结人工炉渣堆积层和人工炉渣碎石堆积层 再 按传统工艺开挖成孔护壁 完全符合这一原则 成 为本工程的最终选择 4 方案的实施 4 1 灌桨实脸根据多年来对不同地质条件 下灌浆工艺应用经验 结合拟建场地的具休特点 本次工程采用定向 灌浆的施工措施 为确保灌浆这 一思路的顺利进行 设计要求首先进行小范围内的 灌浆试验 试验的内容包括两个方面 即 灌浆工 艺实验和灌浆体的物理力学实验 4 1 1 灌浆工艺实验在紧邻拟建场地选一 约l o m 2 的空地 按设计要求在空地中部确定直径 为1 5 m的人工挖孔桩桩位 按十字形布置5 个灌 浆孔 其中布置在周边的4 个孔浆管上孔眼的方向 向外 采用压力灌浆的方式 确保挖孔桩护壁周围 松散渣体的有效固结 增加松散渣体的自 稳能力 减小渣体对护壁的土压力 中间的灌浆孔采用自 流 灌浆方式以 达到挖孔桩中间渣体的初步固结 有利 于施工 确定好灌浆孔位后 用动力触探成孔灌浆法 即用吊锤把带浆管每次打人地层 1 0 1 5 m深 浆液采用1 1 纯水泥浆渗人5 植物胶和5 的水 玻璃 用压浆泵通过压浆管将浆液压人地层 浆液 在地层内凝结而固结地层 按上述方法连续灌浆两个段位 灌浆深度约为 3 m 达到设计要求的7 天后开挖 开挖的目的是 确定灌浆的有效半径 密实状态和进行取样 开挖 后证明灌浆的有效半径为3 0 m渣块间空隙基本充 填密实 达到了预期效果 4 1 2 灌浆体的物理力学实验经对灌浆体 现场钻探和刻槽取样进行室内实验各参数值如下 承载力基本值FK 二5 5 0 k p a 单轴抗压强度F R 2 0 M P a 内聚力C 二 4 0 0 k p a 内摩擦角 5 0 度 孔隙率 1 0 这一实验结果充分的说明灌浆后渣 体的物理力学性质得到了 根本的改变 其强度已基 本达到硬质岩石中等风化状态的力学指标 4 2 施工 上述灌浆实验结果表明 灌浆体 的各种物理力学参数完全满足设计需要 并据此指 导施工 按实验结论要求在拟施工的桩基部位进行 灌浆孔的布置和灌浆 在灌浆固结达到规定时间后 一般7 天即可 采用人工挖孔的方法挖掘 每次 挖掘深度0 5 一1 0 m 绑扎护壁钢筋后支护校正钢 模和浇筑护壁硷 依次重复操作至桩基础的持力 层 工艺流程如下 确定灌浆孔位 灌浆管打人地层 调配含5 植物胶和5 的水玻璃的1 1 水泥浆液 压浆泵 把浆液通过浆管压人地层一第一层灌浆完成 浆液 凝结后 该层人工挖孔 绑扎护壁钢筋 支护校正 钢模 浇筑护壁硅 第一圈护壁形成 重复上列操 作 直至基岩 护底清渣一桩孔施工完成 5 结论及评价 采用注浆固结松散地层再开挖成孔护壁 使该 工程桩基础施工得以 安全 快捷完成 桩基施工质 量优良 煤气下降管下挠趋势得以有效控制 施工 期间监侧