赵莉飞
中国水利水电第九工程局有限公司 贵州贵阳 550008
摘要：在我国建筑工程建设施工中，建筑物基础的复杂地质情况单靠普通支护、桩基等常规处理方式常不能满足设计及使用要求，本文主要介绍高强度水泥砂浆在贵阳医学院学术交流中心桩基础持力层缺陷处理工程中的设计及应用方案。
关键词：水泥砂浆、建筑工程、地基加固、设计应用
1 工程简介
贵阳医学院学术交流中心占地面积57.6m×44.7m，建筑物设计最高为20层，采用独立桩基础进行布置，共浇筑完成不同桩径的灌注桩108根。经钻孔检测，场区岩体由于受岩溶及风化作用影响显著，地质条件复杂，地下岩溶强烈发育，溶洞、溶沟裂隙出现的位置、深度、大小等变化非常大，造成同一桩径范围内的地质情况差别很大。
灌注桩浇筑完成后，为进一步检查桩的桩身灌注效果及其持力层部位岩层情况，经抽芯检查，多个桩基下部地层作为持力层达不到设计荷载要求，需对其进行特别处理。
2 处理难点及要求
由于受地质、地层、构造及区位条件的共同影响，处理范围内所有钻孔都属于溶穴、溶洞、土洞、层间裂隙、岩溶浸湿带等，将出现被完全充填、部分充填、无充填等多种情况并存的现象。同时由于地下水位线高，所有处理范围内都存在地下水作用，且具备一定的水压力。因此，对该地层的处理主要是在地下水作用下，通过一定的特殊手段，将存在的地质缺陷进行处理，提高该部位地层的整体承载能力，从而达到设计荷载要求。
在上述工况下，处理难度很大，主要考虑洗、填、挤、换等方法，因此施工时要求处理方法具有针对性，同时现场配置高级技术人员进行全方位分析，及时调整施工办法。
3 方案设计
3.1 设计思路
根据上述分析，结合长期基础处理施工经验和抽芯孔所揭露的地质情况，本工程拟采用灌注高强度压力砂浆为主的加固处理办法，局部大型溶洞根据现场实际情况采取下设钢管或钢筋增加砂浆强度的方法进行处理。工程正式施工前，选取两个有代表性的桩进行生产性试验，检验该设计方案是否可行。
3.2 施工工艺流程图
施工工艺流程详见图1。
图1：加固处理施工流程图
3.3 预计主要工程量
本工程预计主要工程量计算主要依据抽芯钻孔所揭露的溶穴、溶洞进行核算，且深度超过3倍桩径的孔未进行统计,扩散半径控制在1.1m至1.2m内，预计原孔位钻孔1568.64m，灌注砂浆：673.7m3，取芯检查钻孔117m。
3.4 施工方法
3.4.1 室内试验
本工程室内试验主要包括M35砂浆室内配合比试验和芯样抗压能力试验，该项工作建议由现场实施方进行或者业主方指定的具有试验资质的单位进行。
3.4.2 现场生产性试验
现场生产性试验主要验证制定的施工措施、施工方法是否得当，砂浆在孔内的扩散情况、凝固时间及凝固强度，与原岩层的接触密实程度等，可在现场选取有代表性的孔桩进行该项试验，同时获取相关数据支撑后期施工需要。
3.4.3 原孔位钻孔
由于该工程最大孔深为32.1m，而且原孔位钻孔主要为扫孔，因此采用2PC型地质回转钻机即可满足施工要求。
3.4.4 钻孔冲洗
由于地下溶洞系列可能被黄泥等杂质所充填，为保证注入砂浆能充分与充填物完整结合，提高整体强度，在灌注砂浆前，采用压力水尾管法对钻孔进行冲洗，冲洗压力为0.5MPa，冲洗时间为返水清洁，如果无返水的情况此项工序将不再进行。如果返水长时间为浑浊则冲洗时间控制在30min内，然后可进行灌注砂浆。
3.4.5 灌注砂浆
（1） 砂浆强度要求及配合比
由于该工程主要是对桩基底部基础进行加固，因此要求灌注高强度复合砂浆。根据桩基础要求，砂浆采用M35高强度复合砂浆，复合材料占水泥的5%。其配合比（重量比）为：水:水泥:砂=1:2:2。
（2） 材料质量要求
拌制复合砂浆所用材料主要是水、水泥和砂。施工用水满足灌浆用水要求即可，水泥采用P.O 42.5普通硅酸盐水泥，砂采用人工砂，粒径不大于5mm，含泥量不大于3%。
（3） 砂浆拌制
复合砂浆拌制为：高速制浆机拌制纯水泥浆液后，将纯水泥浆液放到强制式搅拌机里，按照要求加入细砂，拌制5min以上后即可使用。
（4） 复合砂浆输送
复合砂浆的输送采用专用砂浆泵进行输送。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆
（5） 灌注复合砂浆
上述工程结束后，即可对钻孔进行灌注砂浆。
A 灌注方法：采用孔底循环、孔口封闭压力灌浆的方法进行。射浆尾管采用Dg40铁管作为灌浆尾管，尾管距离孔底距离不大于50cm。
B 灌注压力：灌注压力初步考虑为0.2到0.3MPa，具体参数可根据现场确定。
C 结束标准：当达到灌浆压力且吸浆量小于0.4L/min，继续灌注30min结束该孔灌浆。
3.4.6 灌浆检查
灌浆结束14天以后，在灌浆孔附近利用回转地质钻机进行取芯检查，将所灌注砂浆芯样送试验单位进行抗压试验。如强度达到设计强度，该桩即可结束，如果强度达不到，将对其进行水泥灌浆处理。
3.5 特殊情况处理
由于每根桩都钻进了3个左右的抽芯孔，在灌浆过程中，将不可避免的出现串浆、串孔现象。在发生串孔串浆时，如果被串孔返浆与进浆情况相同或相近，则将被串孔进行封闭后进行并灌，直至达到结束标准。若被串孔出现黄泥，应让黄泥一直串出，直至串浆正常后再进行封闭。
3.6 浆液扩散控制措施
由于地下溶洞的不规则性，许多孔难以根据抽芯孔进行判断溶洞大小，因此，对浆液扩散需进行控制。首先根据所揭露的空间情况进行估算，如果灌注量超过预计量2倍后仍无回浆，这时应在浆液中加入适当的速凝剂、不分散剂等材料，制成聚合物复合砂浆进行灌注，控制浆液的扩散半径。但出现回浆后应停止速凝材料的掺入，采用控制灌浆压力的方法进行扩散范围控制。遇到地下水压力较大时,可以采用间歇灌浆、灌注水下不分散自流密实砂浆等处理方法。
3.7 钢管或钢筋掺入法
在进行抽芯孔资料分析时，有个别孔溶洞发育比较复杂，溶洞空腔也较大，最大达到6m。对于这样的情况，除采用上述方法进行处理外，建议在该孔内置入钢管花管或者钢筋，从而增加处理部位的整体强度。条件具备的情况下，可将该孔扩大到110mm，再置入钢管花管，并插入一定量的钢筋，然后再对其进行灌注砂浆处理。
4 设计方案应用
4.1 生产性试验
4.1.1灌浆材质及浆液
（1）灌浆材质：根据上述施工方案，选取适用于本工程的水泥、砂等灌浆材料。
（2）生产性试验灌浆浆液采用M35普通水泥砂浆，浆液的配制严格按照施工配合比进行配制。
4.1.2 试验主要目的
（1）找出原孔位钻孔施工中可能出现的突发情况并研究措施进行处理；
（2）检验“普通水泥砂浆”的可灌性、水下凝固时间及强度、水下分散离析程度；
（3）根据灌浆情况确定灌浆工艺，灌浆材料，浆液配比，灌浆压力；
（4）验证上述设计方案的可行性。
4.1.3 试验孔灌浆情况
根据与业主等相关部门沟通确定，选取两根桩进行试验孔灌浆。两试验孔共计灌注M35普通砂浆54.2m³，两桩灌入砂浆量均超过预期量。灌浆过程中，桩身上的灌注孔存在相互连通而串浆，同时周边多孔桩出现冒黄泥、串浆现象，基本符合前期业主方所提供的地质情况。
4.1.4 试验孔检查
试验桩灌后检查采用钻孔取芯法进行检查。经检查，两桩检查孔取出芯样均含灌注砂浆，且芯样较为连续。经业主委托第三方试验室进行芯样抗压强度检测，其强度基本满足设计使用要求。
4.1.5 试验结论
经过生产灌浆试验及检查孔抽芯工作，找到了许多实际施工中可能出现的问题，并对这些问题进行了分析研究处理，为下步灌浆施工提供了宝贵的基础资料；同时也验证了 “设计方案”在实际施工中是可行的，医学院学术交流中心桩基础持力层缺陷处理可以参照本次试验结果进行施工。
针对试验过程中出现的各种情况，总结并对原方案提出改进如下：
（1）试验灌浆主要采用M35普通水泥砂浆进行灌注，砂浆砂灰比为1:1时可灌性好，容易实现连续灌注，满足灌浆要求；
（2）试验桩均进行两次或两次以上复灌，在下一步正式施工时，第一次灌浆结束待凝24h后对原孔或串浆孔进行第二次原孔位钻孔，检查第一次灌浆质量，若仍存在细小裂隙或黄泥夹层则冲洗干净后重新对其进行灌注纯水泥浆或砂浆进行补强灌浆。
4.2 生产性灌浆
4.2.1灌浆参数
灌浆材质及浆液要求以生产性试验中所用材料为参考，严格控制原材料质量，按照施工配合比要求进行浆液配制、灌注。
4.1.2 生产性灌浆施工情况
灌浆施工参数按生产性试验中所用参数进行灌注。灌浆过程中冒黄泥、串浆现象严重，多数孔桩出现此种现象，根据“施工方案”及业主要求，采用待凝、间歇灌浆、控制灌浆压力等方式进行控制灌浆，确保浆液扩散半径及灌浆质量。
经过灌浆处理，I期工程（含试验桩）共完成22根桩的缺陷处理工作。
4.2.3 灌后检查
I期工程完工后，根据施工情况及业主单位要求，共选取10根桩进行灌后抽芯检测。根据抽芯检测情况，各检查孔所取出芯样均较为完整、连续，多数孔桩取出芯样中砂浆芯样明显。相关砂浆芯样根据业主方要求经第三方试验室进行抗压强度试验，砂浆芯样抗压强度值均能满足要求。
4 结束语
通过后期生产性试验及灌浆处理施工的验证，在贵阳医学院桩基础持力层缺陷处理灌浆过程中，高强水泥砂浆的成功应用，不仅有效的控制了浆液扩散半径，确保浆液尽可能多填充在持力层部位，而且对持力层的复杂地质进行了有效回填并形成强度；同时丰富了灌浆浆液材料的多样性，弥补了常规水泥浆液的不足之处；更说明了该施工方案的可行性及实用性，可以此作为相关工程的参考。
论文作者:赵莉飞
论文发表刊物:《防护工程》2018年第28期
论文发表时间:2019/1/2
标签：砂浆论文; 浆液论文; 钻孔论文; 情况论文; 水泥论文; 溶洞论文; 工程论文; 《防护工程》2018年第28期论文;