小口徑鋼管樁與固結(jié)灌漿技術(shù)在巖溶地基處理中的聯(lián)合應(yīng)用

1、小口徑鋼管樁與固結(jié)灌漿技術(shù)在巖溶地基處理中的聯(lián)合應(yīng)用曾憲斌，林思波，黃鵬(廣西壯族自治區(qū)桂林水文工程地質(zhì)勘察院)摘 要 以工程實(shí)踐為例，簡(jiǎn)述復(fù)雜巖溶地基處理中小口徑鋼管樁與固結(jié)灌漿技術(shù)聯(lián)合應(yīng)用的設(shè)計(jì)、施工工藝及應(yīng)用效果。 關(guān)鍵詞 小口徑鋼管樁 固結(jié)灌漿 巖溶地基處理小口徑鋼管樁一般指樁徑小于250mm的無(wú)縫鋼管，經(jīng)鉆孔成孔后打入地基中，視工程上部荷載大小和溶洞、土洞規(guī)模不同，往管內(nèi)壓注水泥漿或加入鋼筋后再壓注水泥漿，以增強(qiáng)鋼管樁的強(qiáng)度和剛度，提高地基承載力。小口徑鋼管樁樁徑較小，當(dāng)溶洞或土洞高度較大時(shí)，由于鋼管樁長(zhǎng)徑比太大，受力易發(fā)生撓曲，從而降低鋼管樁的承載力和增大地基沉降變形。結(jié)合固結(jié)灌漿

2、技術(shù)后，在溶洞或土洞中壓注水泥漿，可減小鋼管樁的長(zhǎng)徑比，從而大大提高地基承載能力?，F(xiàn)以工程實(shí)踐為例，簡(jiǎn)述復(fù)雜巖溶地基處理中小口徑鋼管樁與固結(jié)灌漿技術(shù)聯(lián)合應(yīng)用的設(shè)計(jì)、施工工藝及應(yīng)用效果。1 工程概況廣西某地級(jí)市供電局?jǐn)M建綜合樓，樓高19層，設(shè)計(jì)采用人工挖孔樁基礎(chǔ)，總樁數(shù)42根，樁徑分別為10002000mm。擬建場(chǎng)地狹窄，四周除西面為道路外，其余周邊均為多層建筑物。場(chǎng)地所處地貌為孤峰平原，下伏地層為石炭系中統(tǒng)大浦組（C2d）白云巖，灰質(zhì)白云巖，巖溶裂隙、溶洞發(fā)育，地下水豐富。上覆殘積紅粘土層厚812m，硬塑軟塑狀。人工挖孔樁施工前只進(jìn)行了巖土工程詳細(xì)勘察工作，未進(jìn)行一樁一孔的施工勘察工作。人工挖

3、孔樁開挖至基巖后，大部分樁孔由于巖溶裂隙發(fā)育，地下水量大，施工降水困難，人工開挖樁端未能進(jìn)入中等微風(fēng)化巖層中，不能滿足設(shè)計(jì)要求。經(jīng)一樁一孔鉆探后查明大部分樁孔樁底3倍樁徑（且不小于5m）范圍內(nèi)巖體破碎，巖溶發(fā)育，揭露溶洞洞高最大達(dá)4.2m，且同一樁孔范圍內(nèi)存在一邊為完整巖石，一邊為溶洞，高差達(dá)3m的現(xiàn)象，地質(zhì)情況復(fù)雜。綜合考慮場(chǎng)地施工條件和工程地質(zhì)水文地質(zhì)條件，設(shè)計(jì)決定采用小口徑鋼管樁和固結(jié)灌漿對(duì)樁底巖石地基進(jìn)行加固處理。2 地基加固設(shè)計(jì)樁孔全部挖至巖石面后清除孔底虛土，鋪設(shè)50cm厚的C25混凝土封底，地基加固處理深度為孔底3倍樁徑（且不小于5m）范圍內(nèi)的破碎巖體及溶洞，溶洞大于該處理深度的

4、，處理至溶洞底板。設(shè)計(jì)要求：孔底3倍樁徑（且不小于5m）范圍內(nèi)存在溶洞且洞高0.5m的樁孔采用鋼管樁和灌漿處理，樁徑1.5m的布設(shè)三根鋼管，呈等腰三角形布置；樁徑1.5m的布設(shè)五根鋼管，呈梅花形布置(見示意圖)；鋼管采用45#無(wú)縫鋼管，管徑108mm，壁厚4.5mm，內(nèi)置三根焊接在一起的25mm的螺紋鋼筋；鋼管高出封底混凝土面10cm，孔樁混凝土澆筑前采用鋼筋網(wǎng)將鋼管與樁體鋼筋籠連接起來(lái)，然后再澆灌樁身混凝土。對(duì)同一樁孔范圍內(nèi)存在一邊為完整巖石，一邊為溶洞的，僅在有溶洞一側(cè)打23個(gè)孔，視揭露地質(zhì)情況采用鋼管樁或灌漿處理?？椎?倍樁徑（且不小于5m）范圍內(nèi)巖體較破碎或洞高0.5m的樁孔采用灌漿處

5、理，灌漿孔設(shè)置為23個(gè)。3 施工工藝鋼管樁施工工藝流程為：鉆孔測(cè)斜高壓水旋噴洗孔確定鋼管長(zhǎng)度并打入鋼管鋼管內(nèi)放入螺紋鋼筋灌漿。固結(jié)灌漿工藝流程: 鉆孔測(cè)斜高壓水旋噴洗孔壓水試驗(yàn)灌漿。鋼管樁分布示意圖(挖孔樁樁徑1500mm)鋼管樁分布示意圖(挖孔樁樁徑1500mm)31鉆孔工藝鉆探設(shè)備采用4臺(tái)XY-1型鉆機(jī)，成孔采用清水循環(huán)硬質(zhì)合金或金剛石取芯鉆進(jìn)，開孔終孔孔徑均為110mm。地面至樁孔底懸空部分下入套管，以挖孔樁護(hù)壁混凝土作支撐利用圓木卡緊，上下固定，確保鉆孔位置正確和鉆孔的垂直?？咨羁刂茷?倍挖孔樁樁徑且不小于5m，遇溶洞超過(guò)此深度范圍的，進(jìn)入洞底完整巖石不少于0.5m?？變?nèi)巖芯必須撈干凈

6、。3. 2 高壓水旋噴洗孔在鉆具的底部接上孔數(shù)較少的花管，接入大流量、高壓力（0.50.8Mpa）的水，利用鉆機(jī)的升降與旋轉(zhuǎn)，在孔內(nèi)反復(fù)沖洗，沖洗重點(diǎn)部位是溶洞與裂隙發(fā)育地段，目的是將裂隙與溶洞中充填的松軟、風(fēng)化的泥質(zhì)充填物沖出孔外，或是將充填物推移至需注漿處理的范圍以外，有利于漿液注入巖石裂隙和溶洞中并與裂隙、溶洞接觸面膠結(jié)牢固，起到加固地基的作用。沖洗至孔內(nèi)返出潔凈水后延續(xù)10分鐘即可終止。若孔內(nèi)不返水，則沖洗時(shí)間不少于40分鐘。33鋼管樁施工工藝根據(jù)一樁一孔鉆探資料及樁徑確定鋼管樁的布置根數(shù)和位置，鉆至處理深度范圍，若揭露溶洞則下入鋼管并灌漿，否則單純采用灌漿處理。鋼管長(zhǎng)度按孔深+0.1

7、m控制，為便于鋼筋綁扎下放，鋼筋按鋼管長(zhǎng)度+0.1m控制。鋼管管口開絲扣，便于用封閉器封閉。鋼管及鋼筋必須下到孔底，如受個(gè)別巖芯及孔壁松動(dòng)石塊卡頂不能下放到底時(shí)，可用錘擊法輕擊，如錘擊后仍不能下到位，則應(yīng)撥出鋼管重新掃孔再下鋼管。不得重?fù)粝鹿?，以防管底變形降低鋼管支撐力?4灌漿3.4.1灌漿方法鋼管樁灌漿施工采用純壓式注漿方式，不設(shè)回漿管，管口封閉自上而下灌注水泥漿液；為確保水泥漿灌注順暢、管內(nèi)及鋼管外壁與孔壁、溶洞間能灌滿漿液，在鋼管底部1.5m范圍內(nèi)沿周邊鉆三排小孔（呈花管式）,孔徑510mm，孔距3040cm。固結(jié)灌漿孔采用孔底循環(huán)式注漿方式，用卡塞方法封閉，射漿管下到距孔底不大于0.

8、5m的位置。由于地基處理深度不大（一般為36m，個(gè)別孔因遇溶洞達(dá)9m），各鉆孔均采用不分段的一次性全孔灌注。各樁孔內(nèi)完成一個(gè)鉆孔即進(jìn)行鋼管樁灌漿或純灌漿施工，灌注完成后間隔24h再進(jìn)行第二次序的鉆孔施工與灌漿，依此方式進(jìn)行以后次序的鉆孔施工與灌漿工作。后一次序的鉆探成果作為檢驗(yàn)前一次序的灌漿效果的依據(jù)之一。3.4.2灌漿設(shè)備及材料灌漿設(shè)備采用100/100高壓泥漿泵二臺(tái)及相應(yīng)的高壓管道、高壓閥、壓力表等；制漿設(shè)備采用ZJ-400A高速制漿機(jī)及自制攪漿機(jī)各一臺(tái)，1000L攪拌儲(chǔ)漿桶一臺(tái)。灌漿材料采用“紅水河”牌P.O 42.5普通硅酸鹽水泥，水灰比采用2、1、0.8、0.5四個(gè)級(jí)配漿液濃度，由稀

9、到濃逐級(jí)灌注。主要添加劑為水玻璃，摻入量約2%3%。3.4.3灌漿壓力及壓水試驗(yàn)壓力灌漿壓力一般采用0.50.8Mpa，最大達(dá)2Mpa。壓水試驗(yàn)采用簡(jiǎn)易壓水試驗(yàn)方法，壓力值最大采用0.8Mpa。3.4.4灌漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)及封孔在最大壓力下，注入率不大于1L/min時(shí)，繼續(xù)灌注60min即可結(jié)束灌漿。鋼管樁灌漿結(jié)束后，即從管口投注干拌水泥砂漿置換管內(nèi)水泥漿，至砂漿封至管口為止。純灌漿孔采用水灰比為0.5的濃漿，先將注漿管下至孔底，注入濃漿，直至濃漿填滿全孔為止，待漿液析水沉淀后再進(jìn)行第二次封填，直至鉆孔封滿為止。3.4.5特殊情況處理場(chǎng)地巖溶發(fā)育，出現(xiàn)大量漏漿時(shí)，采用降壓或自流式灌注，同時(shí)限制進(jìn)漿量

10、、改換濃漿、加入水玻璃等方法進(jìn)行處理，或采用間歇注漿方式灌注，以控制漿液的擴(kuò)散半徑。當(dāng)出現(xiàn)串漿時(shí)，終止串漿孔的鉆孔施工，并進(jìn)行封堵處理后繼續(xù)灌漿孔的灌漿。經(jīng)上述方法處理后，灌漿效果良好。4 地基處理效果根據(jù)設(shè)計(jì)要求及施工勘察鉆探揭露資料成果，本次地基處理35根樁中，各樁最少布置2個(gè)固結(jié)灌漿孔，最多為三根鋼管樁和一個(gè)固結(jié)灌漿孔。從灌漿成果資料顯示：各樁孔中各次序孔的灌漿單位注入量呈現(xiàn)明顯的遞減趨勢(shì)，即單位注入量序孔序孔序孔，符合灌漿技術(shù)常規(guī)；從后序孔的鉆探資料顯示，后序孔的鉆探?jīng)_洗液的漏失量明顯較前序孔的減少或不再漏失，返水中明顯含有水泥粉粒；后序孔鉆探中卡鉆、掉鉆現(xiàn)象明顯較前序孔減少，鋼管下放

11、順暢，少見卡頂現(xiàn)象；后序孔揭露溶洞高度減小，并在前序孔揭露溶洞埋深位置取得水泥結(jié)石巖芯，而未再見充填粘土；經(jīng)對(duì)取得的水泥芯進(jìn)行飽和單軸抗壓試驗(yàn)，其抗壓強(qiáng)度達(dá)2025Mpa。從以上資料表明，灌注水泥漿對(duì)巖溶洞隙充填程度呈現(xiàn)逐步加強(qiáng)趨勢(shì)，水泥漿液與裂隙、溶洞、巖石碎塊接觸面膠結(jié)牢固，水泥結(jié)石強(qiáng)度較高，起到了加固地基的作用；特別是溶洞中能有效地充滿水泥漿液，將鋼管樁牢牢地包裹起來(lái)，極大地減小了鋼管樁的長(zhǎng)細(xì)比，提高其抗撓曲能力，增強(qiáng)了鋼管樁的承載力。如今，該綜合樓已建成使用多年，未見基礎(chǔ)下沉、梁墻開裂等現(xiàn)象，地基處理效果良好。4 結(jié)束語(yǔ)小口徑鋼管樁與固結(jié)灌漿在巖溶地基處理中的聯(lián)合應(yīng)用，是在特定條件下采取的一種地基處理方式。在本工程條件下，它與將挖孔樁改成沖（鉆）孔樁處理方案相比，具有施工期短、環(huán)境污染小、場(chǎng)地施工條件允許、施工機(jī)械設(shè)備小、工程造價(jià)稍低的優(yōu)點(diǎn)；與單純采用鋼管樁相比，可減小鋼管樁的長(zhǎng)細(xì)比，提高其抗撓曲能力和增強(qiáng)鋼管樁的承載力；與單純采用固結(jié)灌漿相比，可避免因水泥結(jié)石強(qiáng)度較低，地基承載力不足的缺點(diǎn)。小口徑鋼管樁與固結(jié)灌漿在巖溶地基處理中的聯(lián)合應(yīng)用，在本地區(qū)局部地段地層中存在土洞和溶洞的工程中，其處理效果是良好的，所體現(xiàn)的時(shí)間經(jīng)濟(jì)效益明顯優(yōu)于其它處理方式，值得借鑒和推廣應(yīng)用。同時(shí)，該方法具有進(jìn)一步研究的空間和意義。參考文獻(xiàn):1 中華人