砂礫層擴底墩樁化學注漿帷幕護壁成孔工藝的製作方法
2023-09-23 06:02:10
專利名稱：砂礫層擴底墩樁化學注漿帷幕護壁成孔工藝的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種砂礫層擴底墩樁化學注漿帷幕護壁成孔工藝，屬於建築地基基礎工程施工砂層，砂卵礫石層中擴底墩樁人工挖孔灌注樁領域。
隨著城市建築向高層發展，地基基礎工程越來越多的採用承載力高的擴底墩樁。擴底墩樁按地層類別分，又分為粘土地層中擴底墩樁和砂層擴底墩樁。粘土層中擴底墩樁，擴大部分全部在粘土中進行，一般樁尖座在下伏砂層上即可，樁端承載力低；砂層擴底墩樁整個擴大部分全部位於砂層中，而且樁端要求進入卵礫層0.5—1m，承載力可提高數倍，所以越來越多的高層建築地基基礎採用砂層擴底墩樁。
國內以往設計的擴底墩樁大都屬於第一種類型，即在粘土地層中擴挖，靠粘土層較大的內聚力支持，擴大頭部不需護壁，施工工藝簡單，一般的人工挖孔單位都能承接。而砂層擴底墩樁，擴大頭部全部在砂層，砂卵礫石層中進行，人工擴底，安全支護是頭等重要的問題，不解決這一問題，就無法擴挖，傳統的作法有的採用鋼板或混凝土作護壁材料，不是成本高，就是周期長，安全係數低，向下擴挖幾十公分，尚未來得及採取支護措施，暴露的砂層即片邦垮塌，造成事故，有的設想採用予插鋼釺的辦法，但鋼釺的密度大，成本高，密度小，擋不住砂，而且砂卵礫石層根本無法予插鋼釺；還有在鋼護筒掩護下擴挖，直筒尚可以，但對於大直徑擴底，則無法實施。
在機械擴底方面，國內現有機具和工藝可以達到2 m左右，但在砂層中採用機擴大直徑擴底墩樁尚未見報導，國外機擴比較普及，但在砂礫層中採用機擴實例也不多，日本曾採用專門鑽機在砂礫層中擴底3.1m，有一套成功的經驗，但工藝複雜，按所用機具材料分析，成本高，工期長。
綜上所述，人工挖孔擴底樁不受場地限制，投入機具少，許多樁孔可以同時施工，工期短，擴底尺寸質量高，是國內採用最普遍的擴底樁施工方法，但由於砂層極易坍塌，傳統的支護方法，保證不了擴底的安全，很多設計部門和施工單位不得不放棄砂層擴底墩樁的設計與施工。
本發明的目的是提供一種能夠確保工人在極易坍塌的砂礫層中擴挖作業安全、成孔質量高、施工工期短、經濟上合理的砂礫層擴底墩樁化學注漿帷幕護壁成孔工藝。
本發明的目的是這樣實現的一種砂礫層擴底墩樁化學注漿帷幕護壁成孔工藝，在擴大頭部分進行先支護後挖土，其具體工藝步驟如下(1)沿樁身圓周等間距設置及施工注漿孔當樁身筒挖至距擴大頭上口30cm時即停止下挖，吊中心線、劃出樁身外徑邊界，沿樁身圓周等間距放射狀設置並施工注漿孔，每個注漿孔水平投影都應通過樁身中心，上下端投影點成正圓，內切圓分別不小於樁身直徑和擴底直徑，注漿孔下端要超過墩尖25—35cm。
(2)在注漿孔中下帷幕配筋及注漿當在砂層擴底墩樁注漿孔完工後，先下帷幕配筋，然後利用泥漿泵和注漿管由孔底向上返注漿液。
當用錨杆機在砂礫層中施工注漿孔時，鑽頭上設有注漿孔，先強力鑽至設計深度，然後邊壓力注漿，邊徐徐旋轉提鑽，注滿漿後立即下帷幕配筋。
漿液採用水玻璃—水泥漿液，水玻璃摻入量為水泥重量的1—5％。
注漿後進行養護。
(3)設置圈梁將帷幕配筋上部、樁身護壁縱筋及圈梁環形配筋綁紮在一起，沿樁身半外切圓支模板，澆注混凝土。
(4)擴底擴挖要按設計尺寸由上到下循序進行，一次擴挖成孔。
在擴底之後，進行噴漿固砂，即擴大頭部分開挖結束後，在帷幕滲入注漿的基礎上，向周壁噴撒水玻璃—水泥漿液1—3次。
注漿孔底端間距為0.5—0.6m，注漿孔直徑為120—150mm，注漿孔傾角當人工施工時，施工角度要比擴壁設計角度大3°，當機械施工時，施工角度要比擴壁設計角度大2°。
水玻璃—水泥漿液中所採用的水玻璃濃度為40°(Be)，水泥為425#普通矽酸鹽水泥，水灰比由稀到濃依次為3、2、1、0.5，為使漿液向注漿孔壁周圍砂層中滲透，泵壓調至0.5MPa，第一次注漿採用稀的水玻璃—水泥漿液，水灰比不小於3，水玻璃摻入量採用高限5％，第二、第三次補漿水灰比用2、1或0.5，水玻璃摻入量依次降低，直至漿液不再滲失。
帷幕配筋採用三角鋼筋籠形式，三角鋼筋籠長出注漿孔深30cm。
在砂層中完成第一帷幕護壁的基礎上，接著在卵礫石含量多、粒徑大的卵礫石層中施工第二帷幕護壁，將上下兩段帷幕用第二道圈梁聯接起來。
本發明實際上是超前支護、化學注漿帷幕護壁工藝。即在擴挖前，先通過注漿孔注入水玻璃—水泥漿液，水玻璃及部分水泥漿在泵壓的推動下，滲入到注漿孔周壁砂層中，對砂層起膠結固化作用，另一部分水玻璃及水泥漿液在注漿孔中形成水泥柱體，加上配製的三角鋼筋籠，沿擴大頭的周壁構成一圈傘形帷幕，工人在帷幕保護傘下挖擴作業，安全得到了保證。
本發明的優點是確保了高層建築基礎工程施工的安全、可靠、高效、經濟，為在砂卵礫石層中擴底墩樁人工擴挖開創了一條新路。
下面是
具體實施例方式實施例一在砂層中擴底墩樁
1、注漿孔的布置與施工(1)當樁身直筒挖至距擴大頭上口30公分時即停止下挖，吊中心線、劃出樁身外徑邊界，沿樁身圓周等間距放射狀布置注漿孔，根據滲入灌槳柱形擴散理論和所採用的漿液配比，注漿量；注漿孔底端間距為0.5—0.6m，以0.5m為宜，最大不應超過0.6m，這樣能使注漿孔間的砂體受到化學漿液不同程度的膠結固化，增強內聚力。
(2)施工時，鑽頭或剷頭必須沿樁體的外切線以外進行，孔徑120—150mm，傾角人工施工，施工角度要比擴壁設計角度大3°，機械施工，施工角度要比擴壁設計角度大2°，每個注漿孔水平投影都應通過樁身中心，上下端投影畫成正圓，內切圓分別不小於樁身直徑和擴底直徑。
(3)注漿孔下端要超過墩尖30公分，以確保擴挖時帷幕處於牢固的支撐狀態。
(4)注漿孔不論是人工施工還是機械施工，都要力求一步達到墩底設計位置，這樣形成的漿液擴散暈和鋼筋水泥柱構成的帷幕，根基牢固，整體性強，節省材料，工期短。
(5)用錨杆機在砂礫層中施工帷幕注漿孔，由於阻力大，鑽具震動強烈，孔壁一般會坍塌，不易成孔，遇此情況，鑽頭上要設置注漿孔，先強力鑽進至設計深度，然後邊壓力注漿邊徐徐旋轉提鑽，鑽頭在孔內要上下串動幾次，使漿液與孔內殘留砂、礫石充分拌和成混凝土漿，注滿漿後立即下入三角鋼筋籠，使注漿孔形成一個鋼筋混凝土柱體。
2、注漿(1)注漿主要設備泥漿泵、泥漿攪拌機、高壓膠管、注漿管、水源箱等。
(2)漿液配製及注漿方法本工藝採用水玻璃—水泥漿液，水玻璃濃度為40°(Be)，水泥為425#普通矽酸鹽水泥，水玻璃摻入量為水泥重量的1—5％，水灰比由稀到濃，依次為3、2、1、0.5；為了使漿液向注漿孔壁周圍砂層中滲透，要合理調整泵壓，以0.5MPa為宜，第一次注漿採用稀的水玻璃—水泥漿液，水灰比不小於3，水玻璃摻入量採用高限，第二、第三次補漿水灰比用2、1或0.5，水玻璃摻入量依次降低，直至漿液不再滲失，注漿孔形成水泥柱為止。採用化學漿液和壓力注漿，目的一是使孔間砂層受到水玻璃的膠結，增強內聚力，二是水泥留在孔內形成水泥柱，增強抗剪強度。
注漿前必須先下入帷幕三角鋼筋籠，並置於注漿孔中心，注漿管要隨三角鋼筋籠一起下入注漿孔底，使漿液由孔底向上返注，絕對禁止由上向下衝灌，防止衝垮注漿孔壁造成塌孔注漿不連續事故。
注漿與補漿完成後，一般要養護35—48小時方可開挖。
3、帷幕配筋前已述及，採用水玻璃—水泥漿液注漿，一是膠結砂層，起到固砂作用，二是靠注漿後形成的鋼筋水泥柱體，抵抗上覆及側壁土壓力，二者形成一個傘形帷幕，即對擴大頭部進行先支護後挖土。
注漿孔配筋採用三角籠形式有利於留足保護層及充分發揮鋼筋的抗剪作用，三角鋼筋籠一般要長出注漿孔深30cm，便於與圈梁環筋連接，三角鋼筋籠外徑視注漿孔大小而定，以不露筋為準，配筋規格要通過土壓力計算而定，安全係數採用2，根據經驗，擴底直徑4 m左右，配筋採用3φ10mm；擴底直徑4—5m，採用3φ12mm；擴底直徑5m以上，配筋採用3φ14mm或3φ16mm。三角鋼筋籠三根主筋每間隔1m左右，用φ6—φ10mm的正三角箍筋定位焊牢，但上下自由端長度不少於30cm。
4、圈梁製作本工藝作圈梁有兩個作用一是作為帷幕護壁抗剪上端支點，二是支撐樁身混凝土護壁防止其脫落。即上部樁身混凝土護壁、下部擴大頭周圍的帷幕鋼筋水泥柱與圈梁三者牢固的連為一個整體，帷幕形似一個鐵筒般的空心圓臺，工人可以從容的在圓臺內作業。圈梁製作一定要嚴格按鋼筋混凝土現澆工藝，混凝土強度不低於C25，高度不少於300mm，徑間厚度不少於200mm，環筋不低於4φ10mm；製作時，先吊好中心線，按規格向壁內挖好澆注圈梁位置，將佔位的水泥柱及其上的浮土、砂清除乾淨，將帷幕鋼筋籠鋼筋、上部樁身護壁縱筋及圈梁環形配筋綁紮在一起，沿樁身半徑外切圓支模板，即可澆注混凝土，注意混凝土圈梁一定要圓、正，內徑略大於樁身直徑。
為了縮短工期，圈梁混凝土須加1—1.5％的DH6早強劑，養護24—48小時，強度達到4MPa時方可開挖。
5、擴底本工藝突出優點就是在擴底前，先把整個擴大頭用帷幕圍護起來，然後按設計要求一次擴挖成孔，如一個基坑有幾十個擴底樁，只要樁中心距不少於樁身直徑的三倍，所有擴底樁樁身部分可以同時開挖至擴大頭上口，然後全部做好帷幕，擴底工程可以實現安全、可靠、快速。
擴挖要按著設計尺寸由上到下循序進行，當擴高、擴底直徑達到要求後，找準中心，再直擴和修整墩底。
6、噴漿固砂擴大部開挖結束後，可以在帷幕滲入注漿的基礎上，向周壁噴撒水玻璃一水泥漿液1—3次，以增強側壁砂的凝聚強度，確保澆灌混凝土時砂體不被震落。
實施例二在卵礫石含量多、粒徑大，用人工洛陽鏟打不進，受孔深及樁徑小的限制不能採用鑽機成孔，帷幕要分兩步進行施工，做兩道圈梁，具體施工工藝如下1、注漿孔先施工至卵礫石層頂面，用本工藝施作第一步帷幕護壁，養護24—48小時進行第一步擴挖至卵礫層頂面上10公分。
2、在上部第一段帷幕水泥柱體中間，在卵礫石層中順擴角施工第二步帷幕護壁，直至墩尖下30公分，下入三角鋼筋籠和注漿管進行帷幕注漿。
3、將上下兩段帷幕用第二道圈梁聯接起來，第二道圈梁施工方法及配筋同第一道圈梁。內徑除要求圓、正外，可以略大幹擴底直徑，外徑要包裹帷幕柱體2/3以上。
權利要求
1.一種砂礫層擴底墩樁化學注漿帷幕護壁成孔工藝，其特徵在於在擴大頭部分進行先支護後挖土，其具體工藝步驟如下(1)沿圓周等間距設置及施工注漿孔當樁身筒挖至距擴大頭上口30cm時即停止下挖，吊中心線、劃出樁身外徑邊界，沿圓周等間距放射狀設置並施工注漿孔，每個注漿孔水平投影都應通過中心，上下端投影點成正圓，內切圓分別不小於樁身直徑和擴底直徑，注漿孔下端要超過墩尖25—35cm，(2)在注漿孔中下帷幕配筋及注漿當在砂層擴底墩樁注漿孔完工後，先下帷幕配筋，然後利用泥漿泵和注漿管由孔底向上返注漿液，當用錨杆機在砂礫層中施工注漿孔時，鑽頭上設有注漿孔，先強力鑽至設計深度，然後邊壓力注漿，邊徐徐旋轉提鑽，注滿漿後立即下帷幕配筋，漿液採用水玻璃一水泥漿液，水玻璃摻入量為水泥重量的1—5％，注漿後進行養護，(3)設置圈梁將帷幕配筋上部、樁身護壁縱筋及圈梁環形配筋綁紮在一起，沿樁身半徑外切圓支模板，澆注混凝土，(4)擴底擴挖要按設計尺寸由上到下循序進行，一次擴挖成孔，
2.根據權處要求1所述的工藝，其特徵在於在擴底之後，進行噴漿固砂，即擴大頭部分開挖結束後，在帷幕滲入注漿的基礎上，向周壁噴撒水玻璃—水泥漿液1—3次。
3.根據權利要求2所述的工藝，其特徵在於注漿孔底端間距為0.5—0.6m，注漿孔直徑為120—150mm，注漿孔傾角當人工施工時，施工角度要比擴壁設計角度大3°，當機械施工時，施工角度要比擴壁設計角度大2°。
4.根據權利要求3所述的工藝，其特徵在於水玻璃—水泥漿液中所採用的水玻璃濃度為40°(Be)，水泥為425#普通矽酸鹽水泥，水灰比由稀到濃依次為3、2、1、0.5，為使槳液向注漿孔壁周圍砂層中滲透，泵壓調至0.5MPa，第一次注漿採用稀的水玻璃—水泥漿液，水灰比不小於3，水玻璃摻入量採用高限5％，第二、第三次補漿水灰比用2、1或0.5，水玻璃摻入量依次降低，直至漿液不再滲失。
5.根據權利要求4所述的工藝，其特徵在於帷幕配筋採用三角鋼筋籠形式，三角鋼筋籠長出注漿孔深30cm。
6.根據權利要求5所述的工藝，其特徵在於在砂層中完成第一帷幕護壁的基礎上，接著在卵礫石含量多、粒徑大的卵礫石層中施工第二帷幕護壁，將上下兩段帷幕用第二道圈梁聯接起來。
全文摘要
本發明涉及一種砂礫層擴底墩樁化學注漿帷幕護壁成孔工藝，屬於建築地基基礎工程施工領域。其特徵是在擴大頭部進行先支護後挖土。其具體工藝為第一，沿樁身圓周等間距放射狀設置並施工注漿孔；第二，在注漿孔中下帷幕配筋及注漿，漿液採用水玻璃—水泥漿液；第三，在帷幕配筋上部與樁身下部聯接處設置圈梁；第四，擴底；第五，噴漿固砂。使用本工藝，漿液通過注漿孔壁滲入到擴大頭側壁砂層中去，使砂層得到一定程度的內聚力形成帷幕，本發明的優點是能確保施工的安全、可靠、高效、經濟。
文檔編號E02D5/34GK1127820SQ9511650
公開日1996年7月31日 申請日期1995年9月27日 優先權日1995年9月27日
發明者賈永祥, 靳曉晨, 董及祥 申請人:化學工業部地質勘探公司河北地質勘探大隊