钻孔注浆工艺（精选9篇）
钻孔注浆工艺 篇1
摘要：受损钻孔揭露高水压且可注性较低的含水层, 钻孔外段围岩裂隙发育, 不能直接注浆堵水。将钻孔分为高压注浆段和低压注浆 (缓凝) 段, 利用止浆塞双路注浆系统, 对孔底砂岩空隙水源施加高压注浆, 对钻孔受损段以低压缓凝方式实现注浆材料强度的缓慢积累, 以此技术, 成功完成堵水。
关键词：高水压,受损钻孔,止浆塞,分段注浆
门克庆煤矿3101工作面辅运巷5号联巷F5钻孔因为时间较长的腐蚀原因或者还有套管质量原因加上矿压原因发生了套管漏水现象, 同时出现孔口周围漏水、巷道煤壁渗水、顶板淋水加大的现象, 恶化了矿井生产环境, 增加了排水困难及矿井突水的危险性。为防止钻孔高压水对煤壁继续冲刷破坏, 杜绝安全事故, 需对突水钻孔尽快封堵。
1 高水压突水钻孔分析
1.1 水文地质条件
门克庆煤矿落座于鄂尔多斯盆地陕北斜坡北端, 开采侏罗系延安组煤层。F5钻孔开孔于3-1煤, 在垂高33m见2-2煤, 在2-2煤以上直接顶砂岩施工50m。孔深110m (斜距) 时出水30m3/h。孔深121m时出水153m3/h。水源来自2#煤直接顶砂岩孔隙、裂隙含水层。该孔参数见表1。
该含水层段以中粒砂岩和粗粒砂岩为主, 平均厚度为78.60m。砂岩孔隙、裂隙较为发育, 单位涌水量显示强富水性:1.0 L/ (s·m) <q≤5.0L/ (s·m) , 水压在4MPa~6MPa之间, 具有良好的渗透性。该层孔隙水相对于裂隙水而言体量大, 含水层水量丰富却难以注浆, 可注性 (Groutability) 差。
1.2 钻孔隐患分析
F5钻孔于2014年1月施工, 在2016年5月发现钻孔周围的煤壁往外流水, 巷道顶板出现淋水, 且越来越大, 总水量在15m3/h左右, 且有增长趋势。于是把钻孔放开, 上述现象才基本消失。经探查, 钻孔的套管在孔口内7m处断裂。分析脱扣断裂原因可能是综合作用的结果:时间较长的腐蚀原因加上套管质量原因再加上矿压原因。钻孔虽然打开, 但是排水条件不满足, 于是决定再关上。
钻孔位于巷道右侧3m处, 与3101辅运巷夹角5°, 接近平行, 长期关闭钻孔阀门会使得巷道煤壁压力大, 发生片帮造成安全事故和淹头淹面事故。钻孔水通过裂隙渗透到巷道顶板砂岩与钻孔周围煤层, 有突水危险, 直接威胁生产安全。
2 封堵方案的研究
2.1 封堵技术难点
(1) 水源来自2-2煤顶板砂岩空隙, 必须高压注浆, 否则不进浆。
(2) 突水钻孔附近的煤巷侧帮裂隙发育, 顶板稳定性不确定, 注浆压力过大破坏巷道侧帮及顶板。
(3) 套管在7m处脱扣断裂, 煤层裂隙发育, 套管固结程度较差, 注浆过程此处煤层有可能冲垮, 必须低压注浆。
(4) 钻孔水压大, 水量大, 有可能出现跑浆情况, 造成封堵不成功。
2.2 方案研究
2-2煤顶板砂岩可注性差, 不进浆的特点得到公认, 究其原因首先是水压高, 含水空间以孔隙为主, 因此要解决堵水需要高压, 但是孔口21m范围内煤层裂隙发育, 顶板裂隙发育, 稳定性不好, 特别是套管在7m处脱扣断裂, 必须低压注浆, 越低越好。针对这个矛盾决定将钻孔分为高压注浆段和低压缓凝段。即在孔底段施加高压注浆, 在孔口段, 用最低的压力灌浆。材料:普通硅酸盐水泥及必要时的水玻璃。
封堵大流量、高水压受损钻孔, 报道较多的方法是重下套管, 即“套管隔离封堵法”。对F5顶水作业重下套管有可能导致巷道煤壁片帮突水, 且施工难度大, 耗时长, 消耗材料多, 易导致安全事故。
使用止浆塞能实现分段注浆。孔口段低压注浆需要泄压, 在孔口段增加排气管 (泄压管) 。最后形成“分段注浆, 止浆塞内段高压堵水源、外段单液浆缓凝充填围岩裂隙及低压段空间、最后双液注浆封孔”的方案。
3 注浆方案落实
3.1 施工工艺
(1) 止浆塞。在木塞上缠绕海带。木制止浆塞总长1.3m, 端头长度为0.26m, 底部长度0.4m, 直径70mm, 中部留有0.64m的凹槽段, 直径为54mm。在凹槽处缠绕海带后的直径为73mm。
(2) 排气管。选用DN12钢管, 套丝连接, 不用管箍连接。在下好止浆塞之后手工下进孔内。在实施过程中, 为保证Φ50钻杆孔内孔外高强度连接, 排气管末端使用了一段胶管。
(3) Φ50钻杆。Φ50钻杆三大主要作用:一是作为注浆管对高压注浆段进行注浆;二是作为推送止浆塞的工具;三是通过漏浆孔给低压缓凝段充填浆液。
(4) 漏浆孔。当止浆塞彻底阻止浆液回返, 低压缓凝段便得不到水泥浆的充填, 为此在50钻杆与止浆塞托盘连接处下1m位置, 钻了一个Φ4mm漏浆孔。
(5) 四通法兰盘。孔口阀门外的法兰盘加工为四通法兰盘。见图1。
3.2 实施堵水
钻机把止浆塞推进至孔内100m位置。排气管下进95m位置, 在孔口, 先把钻杆与四通法兰盘上的钻杆接头上紧, 再把排气管连接好, 最后把四通法兰盘紧固到孔口闸阀上。
木塞与海带遇水膨胀30h后基本上封堵了钻孔出水水源。实现了高压注浆段与低压缓凝段的隔离。运用50钻杆这趟管路注单液浆高压封堵孔内深部空间, 注浆时压力循序渐进地提升, 最初, 排气管往外排的是略显浑浊的水。1小时后, 注浆量2.5m3 (水灰比为0.7~1) , 排气管往外排的是非常稠的水泥浆, 表明低压缓凝段基本上被水泥浆充满。
停注待凝时, 将50钻杆这路注浆管立即打开, 其表现是先流浆最后流水 (5m3/h) , 排气管也迅速打开, 其表现是先流浆, 最后流尽。30h后, 使用水玻璃﹢水泥浆双液封堵孔底残留水 (对封排气管也实施了双液浆封闭) , 快速完成了全孔封闭, 堵水成功。
4 结论
⑴受损钻孔异常出水, 对矿井安全生产存在威胁, 是矿井安全隐患。揭露高水压含水层的钻孔, 对其堵水需要高压注浆。
⑵对同一钻孔使用两种压力注浆, 本工程中以海带做止浆塞“分段注浆, 止浆塞内段高压堵水源、外段单液浆缓凝充填围岩裂隙及低压段空间、最后双液注浆封孔”的方案, 值得借鉴。
⑶本工程里的分段注浆技术具有创新性, 且具有工艺简单, 过程可控, 时间短的优点, 因此能快速、有效地达到治理突水钻孔目标。
探讨钻孔灌注桩后注浆技术的应用 篇2
关键词：灌注桩后注浆 技术 效益
一、引言
传统钻孔灌注桩施工过程中泥浆护壁及清孔不彻底，易在桩基础周围形成“软套子”、“软垫子”等现象，钻孔后原土应力释放、端阻力侧阻力发挥不同步，使得桩基摩阻力未能有效地发挥，材料效率不明显，导致桩基实际承载力偏低，额外增加了建设成本。因此，如何有效地提高桩基结构的单桩承载力，有效控制沉降，同时保证项目施工进度，尽可能降低建设成本费用支出，一直是工程施工和监理关注的热点和难点之一。
近些年实践表明，钻孔灌注桩后注浆技术在一定程度上能大幅度提高承载力，有效控制沉降，并且设备简单，施工工艺不复杂，对各种地层有较好的适应性，具有不可替代的经济适用性等功能，在房屋建筑、市政工程等结构基础工程建设中得到广泛应用。本文依据某一桩基工程实例，结合《建筑桩基技术规范（ JGJ 94—2008）》对钻孔灌注桩后注浆法在桩基础工程施工中的技术应用情况进行研究与探讨，同时对钻孔桩后注浆质量控制指标进行技术经济分析。
二、钻孔灌注桩后注浆技术在我国的发展
注浆技术在国内以水工部门应用较早，目前我国已建造30m以上的水坝近3000座，其中高于100m的高坝有20余座。水工建筑物采用灌浆技术改善复杂地基性能，解决了许多建筑物防渗和加固难题。从1964年开始，在湖南水口山矿山进行防水帷幕的注浆施工，可以说，经几十年灌浆工作者的努力，我国水利水电工程建设中，在灌浆工程领域已具备了众多的材料种类和工艺技术，积累了丰富的工程经验，其中某些方面已达到了相当高的水平，和国际上也逐步接轨，并在某些方法上有独到之处。然而，钻孔灌注桩后注浆技术在我国各个领域都得以广泛的应用，在房建可以解决常见的一些通病，可以更好提高房屋建筑的安全性能，并且能延长建筑使用寿命，是建筑工程中值得研究和使用的一种技术。
三、灌注桩后注浆施工工艺
1.1 后注浆技术施工
灌注桩后注浆技术是指在钻孔灌注桩成桩之后，通过预埋在桩身的压浆管在一定压力下向桩侧泥皮、桩底沉渣及桩周土层中注入一定量的水泥浆液，提高桩基承载性能。当采用桩端桩侧联合注浆时，为避免桩端注浆时浆液沿桩侧软弱面冒出，宜先采用桩侧注浆封堵，再进行桩端注浆。同理，当采用多层桩侧注浆时，宜由上向下逐层进行。
1.2 注浆参数的选择
1.2.1 注浆量
注浆量应由桩径、桩长、桩周土层特性以及承载力提高幅度要求等诸多方面决定，刘金砺等提出的计算公式：
桩端注浆量： GP= π（h·t·d + ξ·n·d3）× 1 000 （1）
桩侧注浆量： Gs= π[t·（L - h）+ ξ·m·n·d3] × 1 000（2）
式中，d 为桩径；L 为桩长；h 为桩底注浆时浆液沿桩侧上返高度；t 为包裹在桩侧的浆液厚度，其值与桩周土性状和灌注桩施工质量因素有关，取值范围一般为 5 ～ 20 mm；n为桩底或桩侧土的天然孔隙率；ξ 为注浆率，对于卵、砾、中砂取值范围为 0.3 ～ 0.7，对于粘性土、粉土、粉砂中取值范围为 0.2 ～ 0.3；m为桩侧注浆花瓣横断面数，对于纵向波形布点情况，m值取注浆点数的 1/4。
1.2.2 注浆压力
注浆压力是指在不会使地表产生隆起和基桩上抬量过大前提下，注桨时能采用的最大压力。注浆压力值与土层的密度、强度、初始应力以及钻孔深度、注浆位置、注浆次序等因素有关，其中部分因素较难准确预知，因此宜通过现场试验确定。可灌性好的土层注浆压力一般在 4MPa以下，可灌性较差的土层注浆压力可达 4 ～ 8MPa
1.2.3 浆液浓度
不同浓度的浆液特性有所不同：稀浆 （水灰比约为0.8 ∶ 1） 流动性强，便于渗透加固桩侧、桩底松散土体；中等浓度浆液 （水灰比约为 0.6 ∶ 1） 主要起充填、压实、挤密作用；浓浆 （水灰比约为 0.4 ∶ 1） 则对已经注入的水泥浆液起脱水作用。因此，可以通过多次注浆，水泥浆液由稀到稠分级注入，并采用对应注浆压力的方法，提高注浆效果。工程实践表明，采用 0.5 ～ 0.55 水灰比的浓浆可以取得较佳的灌浆效果。
1.3 注浆适用土层
浆液在不同土层中的扩散范围不甚相同，土颗粒越粗，浆液扩散范围越大。桩端持力层为薄砾石层时，注浆扩散半径可达 3.5 倍桩径以上。在土颗粒较小的土层中，浆液分布不连续，充填不均匀，多以薄层状分布，厚度变化较大，且浆体与土颗粒较难相互掺和。对比分析大量现场静载试桩试验结果，桩底注浆桩承载力增幅随桩端持力层土颗粒增大而增大，砾石层是最理想的桩底注浆层。
四、钻孔灌注桩后注浆技术在建筑应用效果
4.1加固机理
在灌注桩施工中将钢管沿桩钢筋笼外壁埋设， 桩混凝土强度满足要求后，将水泥浆液通过钢管由压力作用压入桩端的碎石层孔隙中，使得原本松散的沉渣、碎石、土粒和裂隙胶结成一个高强度的结合体。水泥浆液在压力作用下由桩端在碎石层的孔隙里向四周扩散，对于单桩区域，向四周扩散相当于增加了端部的直径，向下扩散相当于增加了桩长；群桩区域所有的浆液连成一片，使得碎石层成为一个整体，从而使得原来不满足要求的碎石层满足结构的承载力要求。在钻孔灌注桩施工过程中，无论如何清孔，孔底都会留有或多或少的沉渣；在初灌时，混凝土从细长的导管落下，因落差太大造成桩底部位的混凝土离析形成“虚尖”、“干碴石”；孔壁的泥皮阻礙了桩身与桩周土的结合，降低了摩擦系数，以上几点都影响到灌注桩的桩端承载力和侧壁摩阻力。浆液压入桩端后首先和桩端的沉渣、离析的“虚尖”、“干碴石”相结合，增强该部分的密实程度，提高了承载力；浆液沿着桩身和土层的结合层上返，消除了泥皮，提高了桩侧摩阻力，同时浆液横向渗透到桩侧土层中也起到了加大桩径的作用。以上几点均对提高灌注桩的单桩承载力起到不可忽视的作用。
4.2应用的效益
我国的高层建筑迅猛发展对地基承载力的要求越来越高，从而出现种种建筑的常见病害，病害主要包含两种：砼结构病害（主要为受力结构部分，如地下基桩基础、剪力墙、柱、梁等部位）；楼房墙体渗漏、施工缝渗漏，女儿墙、排水管穿墙孔渗漏等。房屋渗漏病害一般出现在建筑使用之后，而使用常规方法对已装饰过的建筑结构有较大的影响，一般会造成凿除量大，甚至影响房屋的使用寿命。所以在基础形式一般采取灌注桩基础，为了满足设计要求，灌注桩的持力层要求是较为完整的岩石层，桩长和桩径尺寸往往做的很大，使得地下部分的造价在整个工程总造价中占有较大的份额，同时，由于桩长很长，给施工造成很大的困难。在我国有些地区，地貌属于山前冲积平原单元，地质在穿过粘土层后，是一层较厚的碎石层，能否将这一地层加固，达到设计要求，作为基础的持力层呢？钻孔灌注桩后压浆技术加固桩端地基的方法，大大缩短了桩长，取得了良好的经济效益。
五、结语
井下不良钻孔注浆封堵技术 篇3
红柳煤矿位于宁夏鸳鸯湖矿区,其2#回风立井+640 m水平井底联络巷设计长度92.5 m,采用锚网喷支护,喷厚150 mm。掘进至巷道80 m处,在施工上部炮眼时,工作面左肩窝钻进2 m钻孔后突然出现涌水并含有泥浆,涌水量为60 m3/h,并有柱状泥质、黑褐色混合物喷出,水温45℃。对水与泥浆现场取样进行化验,分析前方出水点为多年前石油勘察废弃油气孔;工作面出水点岩性为粗粒砂岩,经水冲刷后发现不良钻孔,孔直径130 mm。
2 不良钻孔处理方案
利用井筒施工期间排水系统维持正常排水,人工清理出水区域内泥浆、矸石。采用3根长6 m的DN32钢管将出水导出工作面。为了增加止浆墙受力面积,对出水点往后5 m范围内进行巷道人工扩帮,扩帮厚度0.6 m。然后在出水点山墙处布置9根注浆管,用于后期注浆封水以及封水质量检验;采用钢模板配合工字钢在出水点后5m位置进行稳模浇筑止浆墙,止浆墙养护72 h后采用双液水泥浆对其加固做压力试验,最后采用注浆机对不良钻孔注入单液水泥浆,从而对不良钻孔进行封堵[1,2,3]。
3 注浆参数设计
3.1 注浆管、导水管设计
止浆墙共布置9根注浆管,其中左肩窝1根注浆管正对岩壁出水孔布置。注浆管采用DN108无缝钢管加工,加工长度5.5 m,布置在止浆墙与巷道山墙岩壁接茬处,用作后期探水、注浆孔。巷道下部3根注浆管前期作为排水管使用,后期作为注浆使用。注浆管口加工法兰盘,安装高压闸阀[4]。
3.2 混凝土止浆墙设计
砼设计标号C50,采用商砼进行浇筑,另加水泥质量分数3%的砼早强减水剂。砼止浆墙厚度按《建井手册》中巷道工作面注浆工程设计4-2-84表中公式计算:
式中B—混凝土止浆墙厚度,m;
K—安全系数,取1.03~1.1;
R—柱面外半径,取6.6 m;
[σ]—混凝土允许抗压强度,取50MPa;
P—砼止浆墙注浆终压,取12 MPa。
根据计算得出,砼止浆墙厚度:
根据以上计算,现场施工期间为确保安全和注浆封水效果,止浆墙厚度设计为5 m。
4 止浆墙施工
(1)搭设脚手架,铺设大板作为刷扩(掏槽)止浆墙施工作业平台。
(2)止浆墙施工规格:拱顶、两墙部及底板四周均刷扩(掏槽)600 mm深,随掘进随支护;顶板刷扩(掏槽)必须1掘进1支护,按照设计断面掘1排支护1排,确保顶板安全,严禁空顶作业。若巷道超宽、超高,必须在原有基础上向外按设计刷扩,将原有支护的锚杆外露超长部分作为拉筋浇筑在混凝土墙中。重新打设锚杆铺设网片,浇筑到砼墙内。
(3)浇筑混凝土止浆墙:使用规格为1000mm×1 000 mm×50 mm的钢模板,配合工字钢进行稳定模板,利用混凝土输送泵进行全断面浇筑,分段分层浇筑,每次浇筑混凝土止浆墙0.3 m高,浇筑长度为5 m。随着浇筑深度进行振捣,确保砼浇筑的密实性。
(4)止浆墙、巷道加固:止浆墙浇筑混凝土结束后,养护3 d,采用辽宁省葫芦岛市生产的注浆机对9根注浆管进行加固,让止浆墙与岩壁交界处注浆加固密实,待注浆管满足注浆终压12 MPa后方可结束。利用养护期间,对止浆墙后30 m巷道进行喷浆加固。具体为:在保证巷道设计尺寸情况下,对止浆墙后30 m巷道复喷,喷厚增加到200 mm。
在止浆墙后10 m范围内周圈每1 m打1圈注浆锚杆,锚杆长度1.9 m,间排距为1 m×1 m,以防止浆墙后方跑浆。
5 注浆施工
5.1 注浆孔深度
根据浇筑5 m止浆墙长度,另外考虑本次注浆需要封堵钻孔10 m范围内岩层,注浆孔深度15 m。
5.2 注浆液类型
浆液类型为单液水泥浆和双液浆。注浆材料选择42.5R普通硅酸盐水泥,存放日期不超过3个月,水玻璃模数2.8~3.4,波美度38°~40°Be′。工作面配备水泥浆液,将水、水泥按比例放入桶中,浆液经搅拌系统搅拌后,经注浆泵、输浆管和注浆孔口管联接后,按施工组织设计的要求进行注浆施工[5]。
5.3 注浆设备
采用专用探放水钻机,钻机型号为ZDY-1900S型钻机,配ф50 mm钻杆、ф75 mm钻头。选用辽宁省葫芦岛市生产的注浆机进行注浆作业。
5.4 注浆压力
根据出水点出水压力3 MPa,本次注浆终压设计为12 MPa。注浆压力为工作面注浆机压力表显示压力,压力范围取5~12 MPa。前期注浆期间封堵大裂隙,注浆压力取低值;后期注浆期间针对小裂隙,注浆压力取高值。
5.5 注浆结束标准
(1)注浆后期,待注浆压力缓慢上升,吸浆量逐渐减少,一直达到设计终压值;单液注浆量50~60 L/min,且注浆终压及终量稳定在20 min以上[6]。
(2)注浆结束时,浆液的水灰质量比≤1∶2。
(3)注浆全部结束后,经计算巷道涌水量不得超过10 m3/h。
(4)单孔涌水量不得超过0.5 m3/h。
6 结论
红柳煤矿2#回风立井+640 m水平井底联络巷巧遇不良钻孔后,在涌水量60 m3/h的情况下,采用导水、浇筑混凝土止浆墙以及后期加固、注浆作业等一系列施工工艺,历经11 d完成注浆封堵工作。经放炮揭开不良钻孔后,无涌水现象,巷道施工得以顺利进行。该工法在煤矿巷道施工遇到突发出水事件时,对相似情况的巷道值得推广应用。
摘要：近年来,诸多煤矿在巷道施工中,由于地质勘探资料不详或者早年石油勘探孔坐标位置不精确,导致掘进中遇见废弃不良钻孔,造成淹井事故发生。主要阐述了不良钻孔出水后采取注浆封堵工法取得的良好治水效果,该工法对煤矿巷道掘进过程中不良钻孔突发出水治理起着重要的作用。
关键词：矿井施工,注浆封堵技术,不良钻孔,止浆墙,治水效果
参考文献
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公路桥梁施工中注浆施工工艺探讨 篇4
摘要：公路的修建在当今时代是必不可少的，注浆技术给公路桥梁的施工带来保证。文章针对公路桥梁施工中的注浆施工工艺进行了阐述。
关键词：公路桥梁；注浆施工；工艺技术
高速公路桥梁基于运营的整体性、舒适性和耐久性的考虑，经常被設计为预应力连续结构。因此为了满足这种结构的需求，注浆技术作为一种新型有效的方法在高速公路桥梁施工领域得到广泛应用。
1.注浆技术在高速公路桥梁施工中的应用状况
我国目前在注浆技术的应用方面主要体现在水电和建筑方面，且都得到了很好的效果。而把注浆技术应用到高速公路桥梁施工建设以达到加固效果的应用方式，还属于一个新型的工程。并且，根据地质条件和其它各个方面的差异，注浆技术在实际的运用中所采用的方法、材料、工艺、监测和检测等方面也存在着诸多不足。在大部分的情况下，使用纯静压注浆的效果是最好的。其次，根据工程实际境况的不同要对问题进行具体的分析，无论采用何种注浆方式都要达到其防冲刷的目的。在这之中，施工工艺和技术参数的选择是注浆质量的主要影响因素，所以在进行灌浆工作以前，应该先对其进行研究和试验，然后根据得出的结果来确定注浆的技术参数，对施工工艺进行合理的选择，以保证注浆的质量，同时也确保注浆工作能够得到顺利的开展。
2.公路桥梁施工中注浆施工工艺的研究
2.1注浆施工技术分类
由于注浆压力的不同注浆技术大体上分为静压喷射注浆和高压注浆。但是，我们更习惯根据注浆浆液与土体的相互作用方式的不同将注浆施工技术分为四类：渗透注浆、压密注浆、劈裂注浆以及喷射注浆。在公路桥梁注浆施工的过程中我们经常到的是压密注浆形式和渗透注浆形式。
2.2注浆施工中的压密注浆分析
压密注浆和传统意义上的挤压注浆其实是一样的，利用现代的液压或者气压技术通过预先打好的钻孔将按一定比例配制的浆液喷向土体，这时浆液会呈球形状大量的聚集在注浆的地点，形成成簇的球形集团，由于注浆压力的存在这些球形的集团会向四面八方扩散，由于浆液球的扩散作用使得土体受到很大的挤压力，这种挤压力会使土体变得更加的密实，土体密实程度的提高这就大大降低了土体发生水力劈裂的可能性，提高了土体的坚固程度，但是这种方法对于含水大以及透水性大的地基不适用。
2.3注浆施工中的渗透注浆分析
注浆施工中的渗透注浆就是通过注浆工艺将浆液颗粒充入土体颗粒之间的空隙当中，在充填的过程当中土体颗粒之间的相对排列位置是不被破坏的，土体颗粒之间由于充入了具有粘性的浆液颗粒，使得土体的整体完整性得到了很大的提升。但是在整个注浆过程中，要想保证整个浆液全部是牛顿体是非常难的，此外土体之间的均一性也是参差不齐的，这就给渗透注浆的柱形扩散理论和球形扩散理论造成了很大的挑战，使得渗透注浆的工程应用有着非常大的局限性。
3.注浆技术在高速公路桥梁施工中技术探讨
3.1注浆施工准备工作
施工之前，根据施工场地及工艺安排，合理安排机械设备，在设备应用之前应进行调试，保证其工作性能。按照施工设计，确定桥梁桩基础喷浆量、喷浆速度、压力值等参数，在参数基础上进行试桩，在保证桩基质量的基础上进行正式施工。在进行注浆施工之前，应召开施工管理人员及技术人员会议，对工程施工图纸进行详细研读，明确施工规范及工艺要求，对注浆作业过程中可能出现的问题进行研究，并提出相应预防措施及解决措施；在施工图纸会审阶段，设计人员及监理人员应及时找出施工图纸中存在的问题，对于设计图纸中与注浆作业中存在冲突的问题予以处理；加强技术交底作业，明确注浆施工中应注意的要点，注浆操作参数及规范要求等；做好测量放线工作，进行注浆导线点、水准点复核，在保证测量精度的基础上进行放线，标注桩中心及轴线，并要求监理人员进行核实。做好注浆作业准备工作，是保证注浆技术应用质量的重要基础及前提。
3.2施工中的浆液材料的选取
注浆材料分为普通注浆浆液材料和化学注浆浆液材料两种。其性质主要由存放的温度、时间，其组成成分以及渗透的速度等方面决定。选择浆液材料时应结合施工的技术、工程的性质、现场土质条件以及造价等因素综合考虑，从而选择合适工程的浆液配比及材料。目前，公路桥梁的施工主要采用比较稠密的浆液配合高效的增塑剂及减水剂来进行注浆，也是今后公路桥梁注浆的发展趋势。
3.3渗透注浆
渗透注浆就是利用浆液的渗透能力，在未受破坏的地层土颗粒排列下，将浆液注入土颗粒的缝隙之间，从而使地层土颗粒形成一个整体。渗透注浆的主要理论分为球形扩散理论及柱形扩散理论两大点。两种理论所假设的条件部分相似，因而，两种理论也存在着相同的局限性。在浆液是牛顿流体时，且被注入的土层是均质的无勃性土，此时球形扩散理论更为适用。而球形扩散理论的局限性在于，在实际注浆时内部的浆液不可能完全的牛顿流体，而注入的介质也不可能全是匀质土。柱形扩散理论是以注浆管中的注浆为研究的基点，在注入时浆液整体呈圆柱状，且存在相同的局限性。
3.4压密注浆
压密注浆即使用挤压的方式对浆液进行注射，压密注浆的浆液一般较为稠密，在通过钻孔时注射注浆时会在注浆口形成一个球形的浆泡，在浆液不断的扩散中，球形浆泡将对周围土体产生挤压力，因浆液的材质，又不会渗透到土体中，在这样的压力作用下，将使土体越发紧密，防止水力劈裂的问题产生，这也是压密注浆较劈裂注浆的区别。压密注浆对于固化结实地基土层、抬升建筑物的高度等方面其重要作用。但其缺点在于，对含水量较大及渗透性较差的软勃土效果不明显，这时可以通过劈裂注浆来进行防渗及加固的工程。
4.施工中的工艺要点
4.1钻孔放样工艺的技术要点
采用测量工具进行注浆孔的放样，实际孔位与设计孔位之间不能存在太大的误差，同时对所有工点的钻孔进行放样，并给钻孔编号，方便统一管理及参考。放样时地面以下的设施应尽量远离原有的其他设备，且与通道、桥台、挡墙等保持一定距离。
4.2成孔工艺的技术要点
在成孔时对于桥面结构层应采用潜孔锤进行钻进，禁止使用冲洗液水钻。在成孔时实际孔深不得小于设计孔深，且注浆孔应与地面呈垂直状态，并尽量减小其误差。在桥面发生严重变形时，可以考虑采取二段注浆的方法。
4.3压水试验工艺技术要点
压水试验是公路桥梁注浆施工前的一个必要步骤。对于地质是否可灌进行分析，对注浆工艺的参数进行思考。然后通过压水试验确定注浆通道是否畅通，它是提高土层介质的可灌性的不可替代的方法。
4.4监控注浆过程
整个注浆的过程，都在地下进行，后续工程会对注浆工程的监控检测带来阻碍，基于此施工人员应对施工工程严格的监控，这也是对质量进行管理的方法。控制注浆主要通过压力控制与流量控制来实现，而压力与流量随着时间的变化，是两个变量，在控制注浆的过程中若仅单靠一个数值作为指标，那将是不合理的。随着时代发展，越来越多的新技术被人们使用，电子工程技术也在注浆工程中得到了广泛运用，一些发达国家对注浆工程的监控已经实现的自动化或半自动化。
5.结束语
我国的经济正在高速发展，各项基础设施需要被建设，注浆技术作为解决高速公路桥梁施工的一种有效方法，越来越受到人们的关注，相信随着科学技术的发展，注浆技术将得到更好的完善，在高速公路桥梁施工中起到越来越重要的作用。整个注浆技术的施工过程存在一定的复杂性，因此，必须做好每个环节的准备工作，从而确保整个桥梁的施工质量。
参考文献：
[1]吴红波.论高速公路桥梁施工中注浆技术的应用[J].城市建设理论研究，2012
水体下钻孔启封劈裂注浆技术 篇5
1.1 H033钻孔地表特点
在地表上, H033钻孔 (X:4310504.57 Y:364812.89 Z:1302.93 D:928.80) 位于矿工业广场东南侧一个水塘内。水塘蓄水约8万m3, 不允许抽排。井下位于煤矿首采面辅运顺槽旁边。
钻孔周边主要为风积砂。岩性以风积砂、细砂为主, 见半月形或波状沙丘, 厚度23.20m~58.80m, 平均42.74m。主要潜水含水层有第四系冲湖积萨拉乌素组、冲洪积层、风积沙层。
1.2 地层及富水性
钻孔揭露地层由老至新有: (1) 侏罗系中统延安组; (2) 直罗组; (3) 安定组; (4) 白垩系下统志丹群; (5) 第四系全新统。
2 注浆浆液的运行机理
2.1 有关浆液性能的基本概念
浆液运移过程中描述其基本性能的各参数不能满足达西定律, 关于注浆量、注浆压力、浆液黏度、浆液扩散半径等参数的研究受到局限。人们在不断的探索研究实践中认识到, 浆液有劈裂作用, 为此有不少专家学者使用“劈裂注浆”这个概念。此外发现, 浆液在压力推动下, 有扩散效应, 挤压效应, 充填效应, 渗透效应, 击穿效应。这些效应可以概括为浆液的空隙追寻偏好。人们普遍认可浆液扩散半径、扩散范围这个概念。在浆液扩散范围内, 目标层的裂隙、孔隙都会被充填。
渗透击穿作用在注浆管路内也连续发生着。连续注浆时, 后注的浆液不是整体推动先注的浆液运移, 而是其中可灌性高的成分率先克服先注浆液的内聚力, 向阻力较小的方向流动。因此, 在浆液扩散范围内寻找某导水通道 (例如封闭不良钻孔) , 要使用黏土浆或清水等可灌性好的材料, 更好发挥浆液追寻空隙的偏好。
2.2 用高压注浆的方法封堵钻孔
浆液的渗透击穿作用可以实现让浆液找到老孔。浆液在高压推动下具有裂隙、孔隙追寻偏好。
地面钻孔找不到孔口管, 或者钻孔在建筑物之下、天然气管道之下、高压线之下、在水塘之中, 在等等类似特殊情况之下, 不能在孔口安设钻机。从防治水目标的角度看待钻孔启封, 目标就是让原来封孔质量有怀疑的老钻孔不能作为导水通道, 简洁地说, 就是让老钻孔充满水泥。
钻孔的进浆量、注浆泵泵量、注浆压力三者具有时变性。三者的关系维持复杂的平衡。对一个特定钻孔, 加大泵量, 泵上压力即显示增大。随着注入量的增大, 扩散半径会一直增加, 直到将老钻孔位置包含在扩散范围内, 在劈裂作用、渗透击穿作用下突入老钻孔通道, 此时显示压力突然下降, 进浆量显著增加。
让浆液找到老钻孔 (通道) 并使通道填满水泥是工程终极目标。如果老钻孔是中空的, 最终会被水泥浆充填。如果老钻孔不是中空的, 其阻水能力仅限于阻止水塘内的水 (或第四系潜水) , 则仍然能够被充填加固改造, 反之, 在较高压力下不能被充填加固, 说明的恰恰是它的隔水能力。
3 钻孔启封
老钻孔H033后来被淹进水塘里, 水塘不允许抽干, 这个模型代表了“三下”多数困难情况。经分析研究, 决定在水塘旁侧合适的地点施工新钻孔、以高压注浆的方法对老钻孔进行封堵。在目前现有施工条件下, 新钻孔打中老钻孔H033的概率趋近于零。但施工中, 力求打中老孔H033。
新钻孔的设计参数如下:
(1) 孔深:304m。 (43+348) ×3/4/Sinα, α为新钻孔倾角75°。
(2) 套管:护孔管2m-5m-50m, 视风积沙塌孔情况而定, 必要时使用多级护孔管, 以水泥水玻璃双液封固;真正意义上的一级套管 (一级技术套管) , 直到第四系底部并下过基岩风化层;二级技术套管, 在垂向上下过志丹群岩层不低于20m。
(3) 套管打压试验:耐压9MPa。反复扫孔钻进共50m, 打压不低于3次, 最终提高到20MPa。
(4) 其他:方位10°、倾角75°、终孔孔径Φ89mm, 开孔孔径自Φ273往下不做要求, 根据表套实际情况确定。
本次施工, 新钻孔没有打中H033。注浆采用小泵量 (1m3/h) , 大压力 (9MPa) 。水泥浆的可灌性与浆液比重关系很大, 浆液的黏度、内摩擦力、与流速有复杂关系。压力、泵量、进浆量三者平衡的标志是:注浆泵运转平稳且没有异常响动, 压力相对平稳, 稳中上升, 最高到17MPa。反映了本区志丹群砂岩的均质性。施工中坚持使用比重1.3的稀水泥浆。连续型注浆自计时开始到第65小时, 压力突然下降为11MPa, 推测浆液突入H033孔。实践证明所注浆液 (或者水) 总是选择最薄弱地点去突破。最后, 第74个小时, 发现水塘里有浑浊的气泡冒出, 第75小时确定为水泥浆从H033孔返出, 果断停泵。封堵工程完成。其后井下巷道验证了封堵成功。
4 结论
(1) 封闭不良钻孔在建筑物之下、天然气管道之下、高压线之下、在水塘之中, 在铁路下, 这些情况可以叫作在“三下”。
(2) 注浆泵推动下的高压 (水) 浆液具有劈裂作用、渗透击穿作用。浆液扩散范围内的孔隙、裂隙、各种导水通道都将被充填。这种现象理解为浆液对空隙的追寻偏好。
(3) 让浆液追寻老钻孔轨迹符合防治水核心思想, 即使对不进浆的老钻孔也具有检查意义。
(4) 浆液的黏度、内摩擦力、与流速关系复杂, 相关试验研究需要继续进行下去。认真观察、控制压力、泵量、进浆 (水) 量三者平衡变化并分析是施工中的重点。
参考文献
[1]郭密文.高压封闭环境孔隙介质中化学浆液扩散机制试验研究[D].徐州:中国矿业大学资源与地球科学学院, 2010.
[2]王档良.破壁化学注浆模拟试验研究及工程应用[D].徐州:中国矿业大学资源与地球科学学院, 2006.
[3]张金顺.砂砾地层渗透注浆的可注性及应用矶究[D].长沙:中南大学地学与环境工程学院, 2007.
钻孔灌注桩后注浆施工技术探讨 篇6
关键词：钻孔灌注桩,后注浆技术,施工工艺
钻孔灌注桩以其低噪声、对周围环境影响较小、无挤土效应等特点,在高速公路桩基础施工中被广泛应用。但其在施工中形成孔底沉渣不易清除而影响桩端阻力发挥及侧壁因泥浆护壁形成泥皮而影响桩侧阻力发挥。近年来,针对这一问题,不少工程采用了后注浆技术,即成桩时在桩底或桩侧预置注浆管路和注浆装置,待桩身达到一定强度后,通过注浆管路,利用高压注浆泵压注以水泥为主剂的浆液,对孔底沉渣和桩侧泥皮进行固化,从而消除传统灌注桩施工工艺固有缺陷,达到提高桩的承载力、减少沉降量的一种科学、先进的技术方法。宁夏银川绕城高速公路部分桩基施工中采用了后注浆技术,其单桩承载力得到了明显的提高,并获得了较高的经济效益。
钻孔灌注桩后注浆技术包括两个施工过程:1)钻孔灌注桩施工(按常规组织);2)后注浆施工。以下详细介绍此种工艺。
1 适用的地质条件
本方法适用于灌注桩的持力层为碎石层,碎石含量在50%以上,充填土与碎石无胶结或者轻微胶结,碎石石质坚硬,分布均匀,碎石层厚度满足设计要求。
2 加固机理
在灌注桩施工中将钢管沿桩钢筋笼外壁埋设,桩混凝土强度满足要求后,将水泥浆液通过钢管由压力作用注入桩端的碎石层孔隙中,使得原本松散的沉渣、碎石、土粒和裂隙胶结成一个高强度的结合体。浆液首先和桩端的沉渣、离析的“虚尖”“干碴石”相结合,增强该部分的密实程度,提高承载力;再沿着桩身和土层的结合层上返,消除了泥皮,提高了桩侧摩阻力,同时浆液横向渗透到桩侧土层中也起到了加大桩径的作用。对于单桩区域,向四周扩散相当于增加了端部的直径,向下扩散相当于增加了桩长;群桩区域所有的浆液连成一片,使得碎石层成为一个整体,从而使得原来不满足要求的碎石层满足结构的承载力要求。
3 注浆参数的设定
注浆参数主要包括注浆水灰比、注浆量以及闭盘压力。由于地质条件的不同,不同工程应采用不同的参数。在工程桩施工前,应先设定参数,然后根据设定的参数进行试桩施工,试桩完成后达到设计强度,进行桩的静载试验,最终确定试验参数。
1)水灰比。
水灰比一般不宜过大和过小,过大会造成注浆困难,过小会使水泥浆在压力作用下形成离析,一般采用0.15～0.17。
2)注浆量。
注浆量是指单桩注浆的水泥用量,它与碎石层的碎石含量及桩间距有关,取决于碎石层的孔隙率,在碎石层碎石含量为50%～70%,桩间距为4 m～5 m的条件下,注浆量一般为115 t～210 t。它是控制后注浆施工是否完成的主要参数。
3)闭盘压力。
据事先设定的注浆量来控制,但同时也要控制注浆的压力值。在达不到预先设定的注浆量但达到一定的压力时就要停止注浆,注浆的压力过大,一方面会造成水泥浆的离析,堵塞管道,另一方面,压力过大可能扰动碎石层,也有可能使得桩体上浮。一般闭盘的最大压力应该控制在18 MPa。
4 后注浆施工工艺
1)施工工艺流程。
灌注桩成孔→钢筋笼制作→注浆管制作→灌注桩清孔→注浆管绑扎→下钢筋笼→灌注桩混凝土→后注浆施工。
2)施工要点。
a.注浆管的制作。在制作钢筋笼的同时制作注浆管。注浆管采用直径为25 mm的黑铁管制作,接头采用丝扣连接,两端采用丝堵封严。注浆管长度比钢筋笼长度多出55 cm,在桩底部长出钢筋笼5 cm,上部高出桩顶混凝土面50 cm但不得露出地面,以便于保护。注浆管在最下部20 cm制作成注浆喷头,在该部分采用钻头均匀钻出4排(每排4个)、间距3 cm、直径3 mm的注浆孔作为注浆喷头;用图钉将注浆孔堵严,外面套上同直径的自行车内胎并在两端用胶带封严,这样注浆喷头就成了一个简易的单向装置,当注浆时注浆管中压力将车胎迸裂、图钉弹出,水泥浆通过注浆孔和图钉的孔隙注入碎石层中,而混凝土灌注时该装置又保证混凝土浆不会将注浆管堵塞。b.注浆管的布置。将两根注浆管对称绑在钢筋笼外侧。成孔后清孔、提钻、下钢筋笼,在钢筋笼吊装安放过程中要注意对注浆管的保护,钢筋笼不得扭曲,以免造成注浆管在丝扣连接处松动,喷头部分应加混凝土垫块保护,不得摩擦孔壁,以免车胎破裂造成注浆孔的堵塞。按照规范要求灌注混凝土。
3)注浆桩位的选择。
根据工程实践,在碎石层中,水泥浆在工作压力作用下影响面积较大。为防止注浆时水泥浆液从邻近薄弱地点冒出,注浆的桩应在混凝土灌注完成3 d～7 d后,并且在该桩周围至少8 m范围内没有钻机钻孔作业,该范围内的桩混凝土灌注完成也应在3 d以上。
4)注浆施工顺序。
注浆时最好采用整个承台群桩一次性注浆,注浆先施工周圈桩位再施工中间桩;注浆时采用两根桩循环注浆,即先注第1根桩的A管,注浆量约占总量的70%(111 t～114 t水泥),注完后再注另1根桩的A管,然后依次为第1根桩的B管和第2根桩的B管,这样就能保证同一根桩的两根管注浆时间间隔在30 min～60 min以上,给水泥浆一个在碎石层中扩散的时间。注浆时应做好施工记录,记录的内容应包括施工时间、注浆开始及结束时间、注浆数量以及出现的异常情况和处理的措施等。
5注浆施工中出现的问题和相应措施
1)喷头打不开。压力达到10 MPa以上仍然打不开注浆喷头,说明喷头部位已经损坏,不要强行增加压力,可在另一根管中补足注浆数量。
2)冒浆。注浆时常会发生水泥浆沿着桩侧或在其他部位冒浆的现象,若水泥浆液是在其他桩或者地面上冒出,说明桩底已经饱和,可以停止注浆;若从本桩侧壁冒浆,注浆量也满足或接近了设计要求,可以停止注浆;若从本桩侧壁冒浆且注浆量较少,可将该注浆管用清水或压力水冲洗干净,等到第2天原来注入的水泥浆液终凝固化、堵塞冒浆的毛细孔道时再重新注浆。
3)单桩注浆量不足。注浆时最好采用整个承台群桩一次性注浆,注浆时先施工周圈桩形成一个封闭圈,再施工中间,保证中间桩位的注浆质量,若出现个别桩注浆量达不到设计要求,可视情况加大邻近桩的注浆量作为补充。
6结语
不同的工程地质条件有很大的差异,不可能有相同的注浆参数,预先设定的注浆参数往往参考相似工程的经验,注浆参数的最终确定要依赖于试验桩的结果,而可以借鉴的经验并不多,有待进一步的积累,再加上理论的探讨,最终形成一个成熟的技术灌注桩后注浆具有提高单桩承载力,提高生产率,节约建设资金的优点。所以,在具备条件的工程中推广后注浆施工工艺有着重要的意义和广阔的前景。
参考文献
钻孔灌桩后注浆施工技术探讨 篇7
1 适用的地质条件
不同的工程地质条件有很大的差异, 不可能有相同的注浆参数预先设定的注浆参数往往参考相似工程的经验, 注浆参数的最终确定要依赖于试验桩的结果, 而可以借鉴的经验并不多, 有待进一步的积累, 再加上理论的探讨, 最终形成一个成熟的技术。灌注桩后注浆具有提高单桩承载力, 提高生产率, 节约建设资金的优点。所以, 在具备条件的工程中推广后注浆施工工艺有着重要的意义和广阔的前景。
本文所讲述方法适用于灌注桩的持力层为碎石层, 碎石含量在50%以上, 充填土与碎石无胶结或者轻微胶结, 碎石石质坚硬, 分布均匀, 碎石层厚度满足设计要求。
2 加固机理
在灌注桩施工中将钢管沿桩钢筋笼外壁埋设, 桩混凝土强度满足要求后, 将水泥浆液通过钢管由压力作用注入桩端的碎石层孔隙中, 使得原本松散的沉渣、碎石、土粒和裂隙胶结成一个高强度的结合体。浆液首先和桩端的沉渣、离析的“虚尖”“干碴石”相结合, 增强该部分的密实程度, 提高承载力;再沿着桩身和土层的结合层上返消除了泥皮, 提高了桩侧摩阻力, 同时浆液横向渗透到桩侧土层中也起到了加大桩径的作用。对于单桩区域, 向四周扩散相当于增加了端部的直径, 向下扩散相当于增加了桩长;群桩区域所有的浆液连成一片, 使得碎石层成为一个整体, 从而使得原来不满足要求的碎石层满足结构的承载力要求。
3 注浆参数的设定
注浆参数主要包括注浆水灰比、注浆量以及闭盘压力。由于地质条件的不同, 不同工程应采用不同的参数。在工程桩施工前, 应先设定参数, 然后根据设定的参数进行试桩施工, 试桩完成后达到设计强度, 进行桩的静载试验, 最终确定试验参数。
3.1 水灰比。水灰比一般不宜过大和过小, 过大会造成注浆困难, 过小会使水泥浆在压力作用下形成离析, 一般采用0.15~0.17。
3.2 注浆量。
注浆量是指单桩注浆的水泥用量, 它与碎石层的碎石含量及桩间距有关, 取决于碎石层的孔隙率, 在碎石层碎石含量为50%~70%, 桩间距为4m~5m的条件下, 注浆量一般为115t~210t。它是控制后注浆施工是否完成的主要参数。
3.3 闭盘压力。
据事先设定的注浆量来控制, 但同时也要控制注浆的压力值。在达不到预先设定的注浆量但达到一定的压力时就要停止注浆, 注浆的压力过大, 一方面会造成水泥浆的离析, 堵塞管道另一方面, 压力过大可能扰动碎石层, 也有可能使得桩体上浮。一般闭盘的最大压力应该控制在18MPa。
4 后注浆施工工艺
4.1 施工工艺流程。
灌注桩成孔→钢筋笼制作→注浆管制作→灌注桩清孔→注浆管绑扎→下钢筋笼→灌注桩混凝土→后注浆施工。
4.2 施工要点
4.2.1 注浆管的制作。
在制作钢筋笼的同时制作注浆管。注浆管采用直径为25mm的黑铁管制作, 接头采用丝扣连接, 两端采用丝堵封严。注浆管长度比钢筋笼长度多出55cm, 在桩底部长出钢筋笼5cm, 上部高出桩顶混凝土面50cm但不得露出地面, 以便于保护。注浆管在最下部20cm制作成注浆喷头, 在该部分采用钻头均匀钻出4排 (每排4个) 、间距3cm、直径3mm的注浆孔作为注浆喷头;用图钉将注浆孔堵严, 外面套上同直径的自行车内胎并在两端用胶带封严这样注浆喷头就成了一个简易的单向装置, 当注浆时注浆管中压力将车胎迸裂、图钉弹出, 水泥浆通过注浆孔和图钉的孔隙注入碎石层中, 而混凝土灌注时该装置又保证混凝土浆不会将注浆管堵塞。
4.2.2 注浆管的布置。
将两根注浆管对称绑在钢筋笼外侧。成孔后清孔、提钻、下钢筋笼, 在钢筋笼吊装安放过程中要注意对注浆管的保护, 钢筋笼不得扭曲, 以免造成注浆管在丝扣连接处松动, 喷头部分应加混凝土垫块保护, 不得摩擦孔壁, 以免车胎破裂造成注浆孔的堵塞。按照规范要求灌注混凝土。
4.2.3 注浆桩位的选择。
根据工程实践, 在碎石层中, 水泥浆在工作压力作用下影响面积较大。为防止注浆时水泥浆液从邻近薄弱地点冒出, 注浆的桩应在混凝土灌注完成3d~7d后, 并且在该桩周围至少8m范围内没有钻机钻孔作业, 该范围内的桩混凝土灌注完成也应在3d以上。
4.2.4 注浆施工顺序。
注浆时最好采用整个承台群桩一次性注浆, 注浆先施工周圈桩位再施工中间桩;注浆时采用两根桩循环注浆, 即先注第1根桩的A管, 注浆量约占总量的70% (111t~114t水泥) , 注完后再注另1根桩的A管, 然后依次为第1根桩的B管和第2根桩的B管, 这样就能保证同一根桩的两根管注浆时间间隔在30min~60min以上, 给水泥浆一个在碎石层中扩散的时间。注浆时应做好施工记录, 记录的内容应包括施工时间、注浆开始及结束时间、注浆数量以及出现的异常情况和处理的措施等。
5 注浆施工中出现的问题和相应措施
5.1 喷头打不开。
压力达到10MPa以上仍然打不开注浆喷头, 说明喷头部位已经损坏, 不要强行增加压力, 可在另一根管中补足注浆数量。
5.2 冒浆。
注浆时常会发生水泥浆沿着桩侧或在其他部位冒浆的现象, 若水泥浆液是在其他桩或者地面上冒出, 说明桩底已经饱和, 可以停止注浆;若从本桩侧壁冒浆, 注浆量也满足或接近了设计要求, 可以停止注浆;若从本桩侧壁冒浆且注浆量较少, 可将该注浆管用清水或压力水冲洗干净, 等到第2天原来注入的水泥浆液终凝固化、堵塞冒浆的毛细孔道时再重新注浆。
5.3 单桩注浆量不足。
注浆时最好采用整个承台群桩一次性注浆, 注浆时先施工周圈桩形成一个封闭圈, 再施工中间, 保证中间桩位的注浆质量, 若出现个别桩注浆量达不到设计要求, 可视情况加大邻近桩的注浆量作为补充。
6 结语
6.1 后注浆加固机理已有较深入的理论和实验研究, 水泥浆液
通过渗透、压密、胶结、劈裂作用, 提高土体强度, 土体在荷载作用下, 弹性区域增大, 塑性区域变得相对分散。
6.2 数值分析方面, 球 (柱) 腔体扩张理论是模拟桩端后注浆灌
注桩的理论基础, 有限元方法则主要用于分析各种因素对注浆效果的影响, 桩侧注浆数值模拟的研究还有待深入。
6.3 后注浆使灌注桩承载特性发生明显变化。
注浆产生“扩径效应”和“扩底效应”, 桩侧摩阻力和桩端阻力明显增加。注浆后灌注桩桩端阻力发挥提前, 两者时间差异性减小。
6.4 灌注桩桩端、桩侧后注浆承载力计算经验公式是在非注浆
灌注桩承载力计算公式基础上进行调整, 其承载力计算应同时考虑注浆对桩身尺寸和桩周土层加固两方面的影响。
摘要：钻孔灌注桩后注浆技术是改善泥浆护壁钻孔灌注桩桩底沉渣、桩侧泥皮固有缺陷的一项重要技术。已作为建设部推广应用的新技术, 在以后的建设建筑中将普遍的应用, 特别是钻孔灌注桩在高层建筑深桩基础中广泛应用, 具有显著的经济效益和社会效益。本文主要介绍了钻孔灌注桩后注浆技术适用的地质条件, 加固机理, 注浆参数的设定, 施工工艺等方面, 并提出了注浆施工中出现的问题和相应措施。
钻孔注浆工艺 篇8
随着国民经济的日益发展, 国内一批又一批的高层、超高层建筑拔地而起, 对地基承载力及持力层的变形要求也越来越高。大直径及超长钻孔灌注桩基础是目前高层、超高层建筑物普遍采用的桩型。在大量利用的同时, 这种桩型在成孔过程中不可避免地存在很多问题, 如桩底沉渣、桩周泥皮较厚, 在灌注过程中, 出现塌孔、夹泥、混凝土离析等现象, 这些问题对桩的承载力无疑会产生很大的影响, 为了提高成桩后桩体的可靠性, 国内外进行了各种尝试, 工程实践表明钻孔灌注桩后注浆技术是一种有效的措施。
钻孔灌注桩后注浆技术是在成桩过程中, 在桩底或桩侧预置压浆管路, 待桩身混凝土达到一定强度后 (一般是3～10d的凝固期) , 通过压浆管路, 注入纯水泥浆或特殊配方的水泥浆液, 使桩底沉碴和桩周土间的泥皮隐患、小孔洞隐患得到根除, 桩身缺陷得到补强, 桩底、桩侧周围土体得到挤密, 桩与桩周土的粘结力得到提高的一种方法。
2 钻孔灌注桩后注浆技术的作用
由于采用了后注浆工艺, 钻孔灌注桩的性能得到了很大改善。
2.1 改善了桩与桩底及桩周土体的咬合性能
普通钻孔灌注桩钻孔取土的过程, 是桩周及桩底土体应力释放的过程, 这一施工工序, 降低了桩与土体的摩擦力和端承力, 这也正是普通钻孔灌注桩承载力低, 沉降量大的主要原因。而成桩后注浆的钻孔灌注桩, 利用桩身自重, 使桩身周边及桩底的土体得到预压, 回到 (或接近) 它原有的应力状态, 从而大大改善了桩与土体的咬合性能。
2.2 能较好地处理桩底沉渣
长期以来, 普通钻孔灌注桩桩底沉渣量比较大 (一般厚达100～500mm) , 且难以检测和处理, 也正是这一原因在一定程度上制约了普通钻孔灌注桩的应用, 而采用后注浆技术, 能有效地清理孔底沉渣或对其进行挤密加固处理。
2.3 使桩周泥皮及缝隙得到了处理
由于采用泥浆护壁工艺, 在桩与桩周土之间, 不可避免地存在着一层泥皮并有缝隙, 因此减小了桩与桩周土体的摩擦力。采用桩侧后注浆技术, 浆液由注浆管进入桩周缝隙, 使桩周泥皮得到预压处理, 改变了桩与桩周土之间的摩擦系数, 提高了桩的承载力。
2.4 对桩底持力层起到了加固作用
桩底的压力灌浆, 浆液沿持力层的孔隙, 由桩底向其周围辐射, 填充了周围土体中的空隙, 使桩基矗立在由浆液贯通而形成一体的坚固持力盘上, 从而起到加固持力层的作用。
3 后注浆方案的选择
后注浆方案选择的首要问题, 通常是注浆方法和注浆材料的选择。一般是根据注浆目的、地质条件和工程性质等具体要求选用不同的注浆方案。
3.1 选择注浆方法的原则
1) 为了增加摩擦桩的承载力, 主要应沿桩的周边注浆即桩侧注浆, 以提高桩侧界面的摩擦系数。
2) 对端承桩则应在桩底注浆, 以提高桩端土的抗压强度和变形模量, 达到提高桩的承载力和减小桩的沉降量的目的。
3) 当单独采用以上两种方法效果不足时, 就应考虑桩端和桩侧同时注浆。
3.2 选择浆液材料的原则
选择注浆材料时首先要考虑注浆材料的可压入性, 其次要考虑注浆材料来源是否丰富, 对环境有无污染, 最后要考虑浆液结石率要高, 形成的结合体强度要高。
4 注浆参数的确定
4.1 注浆起始时间
注浆时需要施加较高的压力, 因此需待桩身具有一定强度或浇灌达到一定龄期之后才可注浆, 否则将会造成桩身材料的破坏。根据经验, 当桩身混凝土强度达到设计强度的80%并大于20MPa之后方可开始注浆。
4.2 浆液配合比
浆液的性能对压浆效果有很大影响, 因而浆液的选择也是极其重要的, 需要做细致的配方试验和强度测试。具体配比可根据地层的渗透性及地下水情况等进行调配。浆液以稠浆、可灌性好为宜。
4.3 容许注浆压力
注浆压力不是一个固定的指标, 但压力过大或过小均会影响注浆质量。必须综合考虑桩长、土层性质等因素, 此外, 不同的阶段注浆压力也是不同的, 一般开始时的压力小, 慢慢地增大, 到注浆快结束时的压力是最大的。
常用确定注浆压力的方法有经验公式法和理论计算法, 分述如下:
1) 经验公式法是根据试压浆试验确定注浆压力。
文献[1]给出了砂砾地基低压力压浆压力的经验公式:
pcr=n (23T+Kλh)
式中:pcr——容许压浆压力 (kPa) ;
h——地面至压浆段的深度 (m) ;
n——与压浆顺序有关的系数:先外围后内部n=1.4, 跳孔压浆n=1.2, 由一边向另一边n=1.0;
λ——与地层性质有关的系数:结构疏松, 渗透性强的地层取低值 (0.5 ) ;结构紧密, 渗透性弱的地层取高值 (1.0) ;
T——地基覆盖层厚度 (m) 。
2) 理论计算法是由库仑—摩尔破坏准则推导出注浆压力计算公式。文献[5]给出了计算式:
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式中:γ——砂或砂砾石的容重;
γw——水的容重;
h——压浆点深度;
hw——地下水深度, 指压降点至地下水位的高差;
K——扣除水的影响后的大小主应力比;
pcr——劈裂压浆临界压力。
4.4 注浆量
文献[2] 给出了正常情况下灌入浆液的理论耗量Q为:
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式中:D1——所需的扩散直径, 具体计算可参考文献[16];
n——土的孔隙率;
β——有效压浆系数, 根据国内外的经验, 有效压浆系数可参照表1取值。
5 工程实例
5.1 工程概况
银川火车站改造工程由站房、雨棚、天桥和地道四部分组成, 其中站房是标志性建筑, 站房无地下室, 地上二层主要为候车大厅, 中央主入口处为通高的进站大厅, 两端局部含夹层为三至四层作为办公用房、机房等。基础型式为灌注桩基础, 部分采用后注浆技术。
5.2 工程地质条件
根据地勘报告, 本工程地基土层, 见表2。
由于施工场地砂土层巨厚, 桩体主要出于密实砂土层中, 钻孔灌注桩形成的泥皮及桩底沉渣是制约单桩承载力的重要因素, 当设计桩长超过15m时, 宜采用灌注桩后注浆方法, 宜采用桩底、桩侧复式注浆。
5.3 经济技术比较
由于设计中采用了桩底、桩侧注浆的钻孔灌注桩, 产生了下列明显的技术经济效应。
1) 大幅度提高了灌注桩的承载力。
2) 有效地减小了桩基的沉降。
3) 消除了对钻孔灌注桩孔底沉渣的忧虑。
4) 桩端压浆较大改善了钻孔灌注桩的受力机理。
6 结束语
1) 采用桩底、桩侧后注浆的钻孔灌注桩, 既满足了设计要求, 又解决了施工扰民的问题。
2) 钻孔灌注桩的后压浆技术具有操作简单, 施工方便, 各工序可穿插进行, 采用流水作业, 可有效地节约工期, 经济效益显著, 因而具有广阔的前景。
3) 采用后注浆的钻孔灌注桩的承载力, 与其所在场地的地质条件及注浆量有关, 同时, 注浆也改变了桩与土体的摩擦力及端承力。
参考文献
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[4]GB J 7-89, 建筑地基基础设计规范[S].中国建筑工业出版社, 1990.
[5]JG J 94-94, 建筑桩基技术规范[S].1995.
钻孔注浆工艺 篇9
1 桩端注浆的应用
桩端注浆施工方法凭借着自身的优点得到极其广泛的应用, 以下是对其应用的简单介绍。
(1) 桩端注浆在桩基基础设计中的应用。主要方法有劈裂注浆法、压密注浆方法、渗透注浆法, 其原理有柱形扩散理论、球形扩散理论。桩端注浆在建筑基础设计中的应用不常见, 但是有重要意义。
(2) 桩端注浆在桩基紧急事故中的应用。在桩基施工过程中, 桩基会出现无法达到设计中预定的值或者桩基底部沉渣过厚导致桩基不够扎实等问题, 这时用桩端注浆的方法进行补救是很有效的。另外, 桩端注浆的高压技术可以使桩基达到预定的承受值。
(3) 由于桩端注浆技术的突出优点, 现在桩端注浆技术已经被广泛应用于桩基的施工工程中, 本文正是对此种应用的简单介绍。
2 桩端注浆原理和方法
2.1 桩端注浆的原理
通过数值模拟分析, 后注浆使浆液强行挤入桩底渣土及桩底土, 使桩端持力层土体压密加固, 并形成桩底扩大端, 大大提高桩端承载力, 从而提高桩体承载力。桩端后注浆属压密灌浆, 设计计算时, 可按圆柱形扩散渗入灌浆理论确定注浆压力和注浆量。桩端注浆桩荷载曲线-沉降曲线与普通灌注桩比较, 曲线呈“缓变型”, 桩端注浆桩承载力比普通灌注桩承载力有显著提高。桩端注浆的施工方法主要是提高了桩基对上层建筑的承载能力。主要从三个方面达到了这个目的:使桩侧的摩擦阻力大幅度地降低;让支持层的承载条件得到改善、提高桩的载能力;改善支持力层的载重条件及载重传递的性能。
桩侧的摩擦阻力能大幅度地降低得益于冲钻孔在灌注桩的桩周和人工挖的桩周土体孔之间的间隙。在压力的强大作用下, 注浆从桩的一端沿着桩渗透、密挤以及相互胶结, 将空隙填充, 因此, 桩周之间的间隙摩擦力可以极大地降低, 有利于提高桩基的承载能力。
灌注浆液需要挖的孔降低了土质的强度, 使土质的支持层形成一种结石体, 并通过置换沉渣、密挤沉渣等作用改善甚至消除沉渣对桩基承载力的影响, 提高桩基的承载能力。
2.2 桩端注浆的方法
钻桩孔、用高压水清洗钻好的孔、埋设好注浆需要的管道、实验 (用水测试) 、按量制作灌注所需的浆液、灌注配置好的浆液、当注入浆液达到预定好的值时进行封顶、用钻孔的方法进行检验。若是合格, 即可结束, 若不及格, 得重新对桩基进行加固直到桩基符合要求。
3 桩端注浆施工中存在的主要问题以及解决措施
桩端注浆加固桩基的施工方法虽然优点很多, 但是也存在缺点, 且在施工过程中需要注意的问题很多。在施工过程中会因为一些操作方面的失误或者不到位导致最后测试时工程达不到设计的要求, 测试如果不合格必须重新操作使结果达到要求, 这样不仅会损失一笔财力, 而且浪费劳力, 还会影响到工程的进度。经过对多次施工进行的观察与研究发现, 如果施工过程中对某些问题多加注意, 这些过失是可以减少甚至避免的。笔者认为, 桩端注浆加固桩基施工过程中相关技术操作人员要重点注意以下问题:
3.1 施工之前要有合理的施工方案
施工之前, 要有合理的施工方案, 这是达到注浆要求、注浆施合理有效实施的前提条件之一。施工计划必须要以现实条件为基本参考, 这要求设计工作人员必须到工地进行必要的测量, 收集所需的各种数据。这些数据决定了施工方案的可行性, 施工后工程的质量, 因此, 到工地进行实地调查研究是极其重要的。需要测量收集的数据、资料有:施工地的土质、施工地的地下水情况、施工地是否设有埋设物以及施工环境的分析 (居民楼分布、附近街道通行情况等) 。另外, 根据施工地的土质及各种资料决定注浆所需浆液的配比、浓度。施工计划是决定施工质量与进度的直接因素, 必须经过对施工地的严格调查和分析后, 根据收集到各种数据设计出可行的施工方案。
3.2 施工过程中的注意事项
桩端注浆加固桩基的施工过程中, 需要注意施工步骤、一些参数变化等, 这些可以大大提高工程的质量, 使工程更易达到设计计划中设定的值。
注浆工艺流程为:钻孔—清洗钻孔—埋设注浆管道—进行水压测量—制作浆液—注入管道—封口—质量检验。
注浆管道的埋设直接决定注浆是否可以顺利进行, 要达到好的效果, 应该在桩基中心钻出一个注浆孔通到桩端并要达到预定的深度, 这样的浆液管道可让浆液顺利注入, 还可以提高注浆质量。
埋设好管道后, 要认真进行水压测试, 这可以疏通管道, 而且测量后的数据可以作为相关的一些参数调整的依据。
注浆时, 在注入中间管道之前应该先对建筑物的旁边管道进行灌注 (如果有河流, 河流一侧优先) , 以防止注入的浆液流出。在进行中间管道注浆时, 可以适量加大注入浆液的量, 不仅可以提高效果, 还可提高质量, 但要注意对总浆量的控制。另外, 在进行注浆作业时, 要注意对参数表进行跟踪控制, 因为这些参数 (比如, 压力、液体浓度、注入的速率等) 不是固定不变的。而且对这些参数进行跟踪测量的时候, 可以根据它们的变化及时发现施工问题, 及时解决。比如, 如果压力突然地急剧下降, 很有可能是浆液泄露或者是制作的浆液有问题, 及时解决这些问题可以避免损失。
除了上述的几点注意事项之外, 要达到注浆的理想效果, 还需要施工人员施工前后对影响工程质量的各方面因素都不能掉以轻心。
桩端注浆加固桩基的施工工艺是现今桩基工程广泛应用的方法, 一方面是由于桩端注浆拥有其他工艺没有的优点, 承载能力极高、适应性极强等。另一方面, 使用桩端注浆加固桩基的工艺容易达到现代建筑施工的要求, 特别是大建筑物施工质量的要求, 这在现代建筑施工工程中是极其重要的。
桩端注浆有一定的施工流程, 施工时按照设计好的流程走可以让工程质量提高。每一步施工步骤都有需要注意的事项, 其中埋设注浆管道和浆液注入管道阶段最为重要, 需要投入更多注意力。除了严格施工, 还要注意准备补救措施, 以防施工过程出现意外情况。
此方法加固桩基在施工中易于实现, 但需要足够的细心。只要做好计划, 严格施工, 工程质量是很有保证的, 因此, 桩端注浆在桩基加固这一领域还会被广泛应用。
摘要：研究证实, 往大直径的桩端注浆的方法优点很多, 比如, 没有挤土、对建筑物的承受力更高、没有震动、可以靠近建筑物近距离施工、适应力更强等。该方法在现今建筑工程中被越来越多的采用, 但是它在施工过程中也存在一些问题, 需要在实践中加以研究和应对。
关键词：桩端注浆,桩基,施工技术
参考文献
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