灌浆法在利用软弱冲积层作为人工挖孔桩持力层中的应用

1、灌浆法在利用软弱冲积层作为人工挖孔桩持力层中的应用第 32 卷第 1 期 2006年 2 月 四川建筑科学研究SiehuanBuildingScience105 灌浆法在利用软弱冲积层作为人工挖孔桩 持力层中的应用 郦世平 ,罗诚,郭健(湖南大学设计研究院 ,湖南长沙 410082)摘要 :通过对冲积层中的软弱层进行灌浆处理 ,使难以成孔 ,扩底及承载能力较低 的土层变成容易成孔 ,扩底且具有足够承载力的良好持力层 ,从而使基桩长度大大缩短 ,成桩工艺变得简单 ,为建设方取得 了较好的社会效益和经济效益 .同时 ,减少 了施工中的抽水量和对周边环境的影响 ,从而保证了周边建筑的安全 .关键词

2、:冲积层;灌浆法 ;持力层;扩底中图分类号 :TU473.1 文献标识码 :A 文章编号 :10081933(2006)01 0105 03TheapplicationofgroutingatpilefoundationforsoftalluviallayerLIShi ping,LUOCheng,GUOJian(InstituteofsignandResearchforArchitectureofHunchUniversity,Changsha410082,Chi na） Abstract:ItisvatvcomplextOdigaholeortoexpandbuttonforapilefo

3、undationinasoftalluvi allayer.Anewprocess,weadopted groutingmethodtostrengthenthesoftalluviallayerOfsoil,wassuggestedbyauthorsinthepa per.Byusingtheprocess,wecould shortenthepilelength,andmadeithaveenoughbearcapacity,andthecastingwillbeeasier.Th einvestorwouldgetbettersocialDerformanceandeconomicper

4、formance.Atthesametime,theinflueneeowingtotheconstru ctionprocesstOtheperipheral en,immentwouldbereduced,sothatthesafetyofthebuildingaroundwouldbeguaranteed.Keywords:alluviallayer;grouting;supportinglayer;expandingbutton0 前言 1 工程概况 在建筑地基基础设计中 ,经常遇到要利用冲积 层作为建筑地基 ,冲积层由不同性质的土层构成 ,其 中绝大多数土层具有较好的承载力 ,但每层

5、厚度均 较薄,有时中间还存在不能直接作为持力层的软弱 层.当此类地基因土层埋深原因或上部荷载原因必 须采用大直径灌注桩基础时 ,勘察单位往往建议穿 越此类土层而采用下部较厚且稳定的土层作为持力 层（如岩石 ）.穿越冲积层而将持力层选择更深 ,施工中经常 会遇到许多困难而难以进行 ,如采用人工挖孑 L 穿越 , 还存在安全问题 ,施工中如需降水 ,甚至还会引起周 边建筑因沉降而造成损害等等 .本文作者介绍了一个具体工程采用灌浆法处理 软弱层及开挖层的办法 ,使持力层得以合理应用 ,大 大减少了基础费用 ,且对周边建筑未造成影响 .收稿日期 :20050405 作者简介:鄙世平(1965 一).男

6、,湖南邵阳人 ,副院长,副总工程师 ,高级工程师，级注册结构工程师，主要从事建筑结构研究及设计工 作.E.mailmcc.tom 本工程为高层住宅 ,地上 15 层,采用框架一抗 震墙结构 ,设 l 层地下室 ,框架柱最大竖向轴力设计 值 8050kN.岩土工程勘察报告反映静止水位在 3.34 4.59m,主要地层从上往下分别为：(1) 填土:结构松散,欠固结,层厚 6.607.10 m0(2) 粉质粘土：黄褐色,可塑硬塑,层厚 1.60 2.10m.(3) 冲积层：可分为 4个亚层. 粘土质圆砾 ：黄褐色,黄色,稍湿湿 ,中密,卵石含量20%40%粒径14cm,个别

7、达8cm, 次圆状 ,成份为石英或砂岩碎块 ,粘土质含量占20%40%,其余为砂砾.本层厚度 1.052.50rta0 粗砂:黄色，湿饱和，稍密中密，局部含 大于 2cm 颗粒 1 0%左右,粘性土含量很低 ,仅 5% 以下.本层厚度 1.502.O0m. 卵石:黄褐色黄色，稍密中密，湿饱和， 大于 2cm 卵石含量达 50%70%,次圆状 ,成份为106 四川建筑科学研究第 32卷石英，其余为砂砾及少量粘性土 .本层厚3.40 4.25m. 含粘土质卵石 :黄褐色夹紫红色 ,湿饱和 , 稍密,卵石含量 50%70%,粒径 2 8cm ,次棱角 状次圆状,成份为石英,含5% 20%粘性土,其

8、余为砂砾 .本层厚 0.78 1.50m.(4) 残积粘土层 :紫红色,可塑硬塑 ,湿稍 湿,粘性较好 ,有滑感,系下伏基岩风化残积而成 . 本层厚 0.591.43m.(5) 强风化粉砂质泥岩 :紫红色 ,强风化 ,具原岩 结构,岩心碎块状或短柱状 ,手可将岩心折段 ,捏碎. 本层厚 1.753.40m.(6) 中风化粉砂质泥岩 :紫红色 ,中风化 ,粉砂泥 质结构 ,岩 tL, 长柱状 ,少量短柱状 ,长度一般 20 50cm,锤击可碎.层厚0.607.80m,平均揭露厚度 4.01m.(7) 微风化粉砂质泥岩 :紫红色 ,微风化 ,岩石新鲜，无节理裂隙,岩tL,长度一般大于50cm,各段

9、岩 tL ,之问为机械磨损断面 ,光滑平整.2基础设计 此项目属高层建筑 ,勘察单位建议采用桩基 ,以 中风化粉砂质泥岩作为持力层 . 经对勘察报告土层进行仔细分析 ,如采用中风 化粉砂质泥岩作为持力层 ,桩基设计及施工主要存 在以下几个问题 :(1) 经勘察报告反映持力层埋深在 24m 左右 , 扣除 1 层地下室 ,桩长仍在 20m 以上 .(2) 施工穿越的土层复杂 .从上到下 ,需穿越杂 填土 ,粉质粘土 , 冲积层 ,残积粘土层 ,强风化粉砂质 泥岩 .穿越冲积层 ,如采用机械成孔则遇到卵石层 会较难施工 ,在粗砂层难以护壁成功 ,如采用人工成 孔在穿越粗砂层时还会遇到流沙使施工非常

10、困难 .（3）地下水影响较大 .勘察报告描述地下水位 较高 ,为保证施工 ,需采用降水措施 ,降水深度较大 , 处理不妥 ,则会对周边建筑带来不利影响 . 勘察报告同时反映 ,冲积层总厚度较厚 ,最薄处 有8.15rn.经与勘察单位交流，之所以未采用冲积 层作为持力层 ,主要是因为粗砂层承载力较小 （不到 粘土质圆砾层或卵石层的 1 /2）,且冲积层的粗砂 , 卵石 ,含粘土质卵石均扩底困难 . 设计人员提出如采取措施解决粗砂层承载力较 小及冲积层的粗砂 ,卵石,含粘土质卵石扩底困难等 问题 ,桩的长度将大大减小 （从大于 20ITI 变得只有 78rn），同时可少降水，避免对周围建筑的影响，

11、 具有很高的经济效益及社会效益 . 以上想法经与勘察单位协商 ,得以采纳 ,下一步 是如何处理的问题 .3 地基处理 根据勘察报告反映的情况 ,粘土质圆砾及卵石 层具有不错的承载力水平 ,当采用人工挖孔桩时 ,桩 的极限侧阻力标准值为80kPa桩径为800mm的 极限端阻力标准值为2200kPa但中问夹层粗砂层 就低很多，桩的极限侧阻力标准值为60kPa桩径 为800mm的极限端阻力标准值仅为1000kPa根 据上部荷载情况 ,采用最大桩径 1 . 2 1 33能满足要求 . 按照建筑桩基技术规范JG794 94，桩进入持 力层不宜小于1.5d（d为桩径），则桩进入持力层1.8m,桩的持力层就

12、在粘土质圆砾或粗砂层这 样.地基处理的目标为处理后要易于扩桩 ,粗砂层的 承载力水平不能低于粘土质圆砾及卵石层 . 根据现场情况 ,经设计,勘察,监理,施工各方协 商,决定采用灌浆法进行地基加固 ,以达到上述目 的.由于加固土层处于卵石及粗砂层 ,加固灌浆料 选用硅粉水泥浆比较合适 ,依照掺人性灌浆原理进 行设计 ,采用自上而下分段钻灌法实施 (具体实施参 照地基处理手册【2J).下面,简要介绍此次灌浆 设计.3.1 灌浆标准的确定根据加固的目的 ,把强度指标作为灌浆追求的 目标.解决强度问题的同时 ,解决扩底难的问题 . 强度指标为桩径为 800turn 的极限端阻力标准值不 低于 2200

13、kPa.3.2粗砂层粒状材料的可灌性经过对硅粉 (掺量为水泥用量的 15%)及水泥 (42.5#)的颗粒组成进行分析 ,得出灌浆材料中含 量为 85%的颗粒尺寸为 O.05lnln(DR5=0.05mm),经对勘察报告中粗砂层及卵石层的颗粒组成 进行统计，含量为15%的颗粒尺寸从0.83mm到 0.57mm(取 D15=0.57ITIITI),根据文献2中的式 836:N:D15/D85=11.4N 大于 10,可防止群粒堵塞 ,将可有 85%的灌 浆料填充大部分砂石孔隙 ,具有可灌性 . 3.3浆液扩散半径及布孔间距的确定 由于地基条件较复杂 ,在勘察报告中也未提供 足够的参数 ,决定采用现

14、场灌浆试验来确定浆液扩散半径r及孑L距.根据以往经验及施工单位试算 ,选用含量为 2006No.1 郦世平 ,等:灌浆法在利用软弱冲积层作为人工挖孔桩持力层中的应用 10715%的颗粒尺寸接近 0.57mm 的部位(也就是灌浆 难于达到效果的部位 ),采用以下参数进行现场灌浆 试验.(1) 注浆工艺采用边钻边灌的自上而下分段钻 灌法 ,仅在地表埋设止浆塞 ,自上而下钻完一段灌注段.根据勘察报告反映的情况 ,需加固的土层厚(粗砂)约2m,采用在粘土质圆砾上0.5122开始第1 次灌浆，以后每进尺0.75rrl,灌浆1次,到达卵石层 表面最后 1 次灌浆 .钻孑 L 时,用较稀的浆液护壁 (水 灰

15、比 2:1).(2) 浆初始压力采用0.250.35MPa,稳定压力采用0.650.85MPa稳压时间30min.(3) 液硅粉水泥浆 (硅粉掺量为水泥用量的15%)水灰比采用 0.75:l.(4) 以 3个不同的孔距 (O.80m,1.001TI,1.20m),等边三角形布置，进行灌浆试验.经开挖检查 ,在粗砂层 ,浆液扩散半径为 1.22ITI左右,0.80m,1.00m孔距的试验部位结石体均贯通;在1.00m孔距的试验部位进行深层载荷板试 验桩径800的极限端阻力标准值为2730kPa通过 对结石体试验 ,桩的极限侧阻力标准值也远大于卵 石层的80kPa在粘土质圆砾层效果较差，但能解 决

16、开挖及扩孔问题 .通过以上试验 ,决定采用试验所用的参数以1.00ITI 孔距进行灌浆 .布孑 L 仍以等边梅花状布置 .3.4 注浆深度范围的确定 根据地基承载力的要求及利于扩桩 ,注浆范围 定为粗砂层及以上不小于0.8n-i粘土质圆砾层,粗 砂层与粘土质圆砾层及卵石层的界面由勘察单位根 据钻孔土样现场决定 .3.5 注浆次序的确定 注浆顺序对注浆效果有很大的影响 ,采用逐步 加密的原则 ,本项目把注浆孑 L 分作两批进行注浆 ,如 图 1 所示.同时,注意从外圈开始向中部实施 ,减少 地下水的影响 .3.6 注浆效果的检查 根据前面提到的注浆目的是达到强度及利于扩 桩,灌浆效果好坏主要是要

17、保证浆液充盈整个灌浆 场地 ,无论在平面或深度范围均要进行检查 . 由勘察单位根据岩土工程勘察规范 3J 的要 求进行布孔 ,重点检查灌浆困难部位 （含量为 15% 的颗粒尺寸接近 O.57mitt 的部位）,在整个场地布 孔 6 个进行钻孔 .从取样的情况看 ,经处理的粗砂 层整个层位范围内浆液结实情况良好 ,已完全能保 .第I批灌浆孔第2批灌浆孔图 1 注浆批次分布 Fig.1Theorderofgrouting 证扩桩顺利 .根据文献 1的要求选了 3个点进行 深层载荷板试验 ,得出桩径 800的桩的极限端阻力 标准值为2630kPa大于设计要求承载力.4 基础实施情况 根据以上工作成果 ,决定采用灌浆处理的粗砂 层直接作为人工挖孑 L 桩持力层 .桩基长度减少了将 近 2/3; 施工时在该层位未进行护壁 , 工作也开展得 非常顺利 ;桩的质量经检测全部合格 .在开挖中 ,由 于桩成孑L深度不深,仅在本桩孑L位进行抽水就顺利 施工 ,对周边建筑未造成影响 .此项目竣工并投入使用已 3 年,通过后期的监 测,未发现超过规范的不均匀沉降 ,基础工作状况良 好.5 结