1、 桩基补强效果在发电厂锅炉构架设计中的体现桩基补强效果在发电厂锅炉构架设计中的体现摘 要 某发电厂锅炉构架人工挖孔桩为摩擦端承桩,基桩施工完毕后,检测结果表明:桩身混凝土胶结差,蜂窝较多,有离析现象,混凝土强度达不到设计要求。采用高压喷灌注浆法对桩身缺陷段进行补强。再次检测表明:桩身下部仍存在离析现象,桩身仍未满足设计要求,需对基桩做再补强处理。采用承台土阻力分担荷载,必要时加大承台底面积,进行再补强。投产 2 年来的运行结果表明:桩基补强效果良好,基础沉降小,结构安全、合理。关键词 锅炉桩基 缺陷 灌浆补强 再补强Abstract After construction of the pile
2、 foundation for a boiler structural frame in a certain poany honeybs and discrete phenomena. The concretestrength can not meet the design requirements. The high pressure cement mortar spraying pouring method is used for reinforcing thedefective section of the pile. The re-check sho and other reinfor
3、cement treatment area of the bearing platform should be extended to distribute the load, ent mortar pouring for reinforcement;re-reinforcement某发电厂锅炉构架人工挖孔桩均为摩擦端承桩,桩直径分别为 1 200、1 400mm,扩大头直径均为 2 200mm,桩长约 22.5m。桩身混凝土强度等级 C25,桩端持力层为强风化片岩层,单桩承载力设计值分别为9 000,12 000kN。基桩施工完毕后,按规范对桩进行反射波法及钻孔抽芯法检测。其结果表明:有多根
4、桩桩身混凝土胶结差、蜂窝较多、有离析现象、混凝土抗压强度为 1319MPa(芯样试件混凝土强度换算值),其中有几根桩桩身混凝土严重离析,混凝土芯样多呈松散碎石和细砂状,无法取样进行抗压强度试验,其混凝土强度远达不到设计要求。部分基桩反射波法检测结果如表 1 所示。1 高压旋喷注浆补强根据本工程基桩的缺陷经研究决定采用高压旋喷灌注浆方法,对桩身缺陷段进行补强。1.1 施工措施高压旋喷灌浆时采用了下列措施:(1)各桩除原有的检测孔外,增加 13 个灌浆孔,以确保灌浆效果;(2)每孔内设 2 根 32mm钢筋,以提高桩的强度。1.2 施工工艺以带有旋喷咀及钻进功能的钻头沿原有检测孔位或新钻孔钻至桩底
5、,并对缺陷部位用 1622MPa 压力进行高压冲洗,直至返回的水干净为止。冲洗干净后,先用钻机将 2 根 32mm 钢筋送到孔底,再自下而上进行旋喷灌注浆,浆液为 525 普通硅酸盐水泥浆,水灰比为0.550.60,旋喷压力 18MPa,当返浆浆液浓度接近进浆浓度时停止。为进一步提高浆灌效果,旋喷灌注浆后,采用高压静力压浆,使浆液从一孔压入,另一孔返浆为止。灌浆后重新进行钻孔抽芯检查,发现补强后大部分桩段效果显著,但由于桩身缺陷段(离析或松散) 太长,且在冲洗孔或旋喷注浆过程中出现严重塌孔现象,浆液无法处理至桩底,如表2 所示。1.3 灌浆前、后桩身混凝土的情况灌浆前、后桩身混凝土的情况如下:
6、1.3.1 对 ZH1-5,灌浆前为:(1)011.0m 混凝土芯样完整连续,胶结较好,强度较高;(2)11.013.5m 混凝土胶结差,强度较低 ,蜂窝较多,有离析现象;(3)13.515.9m 芯样松散破碎 ,无胶结,混凝土质量很差、胶结不好,钻进速度慢,该孔钻至 15.9m 时不再继续钻进。桩灌浆后为:(1)11.414.0m 混凝土有少量蜂窝 ,离析;(2)14.014.5m 为砂浆;(3)14.519.7m 胶结差,破碎 ,有蜂窝;(4)19.721.7m 胶结很差,芯样松散,呈碎石状。1.3.2 对 ZH1-7,灌浆前为:(1)018.4m 芯样较完整连续,胶结较好,局部有离析,其
7、中 10.010.2m 轻微离析,有少量蜂窝,(2)16.117.1m 混凝土离析较重,芯样蜂窝较多,胶结差,强度低;(3)18.422.2m 离析,芯样为松散碎石和细砂,无胶结,质量很差。灌浆后为:(1)16.016.8m 有蜂窝,离析,胶结较差;(2)16.818.9m 表面粗糙,局部为砂浆 ;(3)18.922.2m 无胶结,松散,为砂石。1.3.3 对 ZH1-9,灌浆前为:(1)017.4m 混凝土连续,胶结较好,强度较高;(2)17.422.7m 严重离析 ,芯样呈松散碎石和细砂 ,无胶结。桩灌浆后为:(1)17.918.6m 有蜂窝 ,胶结较差,表面粗糙 ;(2)18.619.9
8、m 胶结较好;(3)19.920.2m 为砂浆 ,柱状;(4)20.222.2m 胶结较差,离析,表面粗糙,较破碎;(5)22.222.7m 胶结差,呈碎块状。1.3.4 对 ZH3-5,灌浆前为:(1)011.8m 混凝土骨料分布较均匀,胶结较好,强度较高;(2)11.820.0m 芯样不完整,骨料分布不均匀 ,蜂窝较多,胶结差,强度低;(3)20.022.5m 芯样松散,破碎无胶结。桩灌浆后为 :(1)10.820.4m 有蜂窝,胶结较好 ,呈 0.31.5m 柱状 ;(2)20.422.5m 胶结很差,混凝土芯样破碎,呈碎石状。1.4 基桩经灌浆补强后发生缺陷的原因从上述情况看,基桩经灌
9、浆补强后缺陷程度有所改善,混凝土强度有所提高,但桩身仍存在缺陷段,主要在桩体下部,特别是底部仍出现严重的离析现象,其桩身的完整性仍未满足设计要求,究其原因有:(1) 缺陷桩段太长 ,压力难以到达底部 ;(2)在加压冲洗时,过大的水压力将强度低的离散混凝土切割,细小颗粒随冲洗水返出地面,而较粗的砂和碎石则在底部沉积,导致旋喷浆在该位置难以灌进。鉴于上述情况,需继续对基桩作补强处理。2 桩基再补强的方案2.1 承台与基桩共同载荷方案为对缺陷基桩再补强,经研究,提出了如下 3 个处理方案:(1)继续压力灌浆,进一步提高桩身混凝土强度。此方案对桩中上部效果较好,但对全桩身,特别是桩的底部,灌浆效果不大
10、;由于检测及灌浆需要,各桩身已钻有多个孔,再钻孔已不可能。(2) 补桩。补桩方案能有效地提高承载力,但施工工期长,平面布置受限制,因而未采用。(3)桩、土、承台共同受力。2.2 本桩基处理采用的方案本工程桩原为摩擦端承桩,以端承力为主。由于目前桩底混凝土有严重缺陷,端承力已大大减小。也就是原端承桩已转化为端承摩擦桩,按建筑桩基技术规范GJ94-94 第 5.2.2.2条规定:“对于桩数超过 3 根的非端承桩复合桩基,宜考虑桩群、土、承台的相互作用效应。”本工程桩基承台桩数为 3 根,其侧阻、端阻较小,一般作安全储备考虑。鉴于本工程的特殊性,宜考虑侧阻、端阻的群桩效应,并加大承台底面积,增大土的
11、抗力。另承台下地基土较好,地基土自上而下的分层描述为:粉质粘土残积层,厚 410m,硬塑,地基承载力标准值 fk=250kPa,地基土的压缩模量 Es=5.63MPa;全风化片岩层厚 34m;强风化片岩层厚7.8m,其桩的极限端阻力标准值为 5 000kPa。利用承台底土的抗力将大大提高桩基的承载能力,因而本桩基处理采用方案 3。3 桩基、土、承台相互作用效应的计算3.1 桩基、土、承台相互作用的效应计算以 ZH1-5 桩为例,计算桩基、土、承台相互作用的效应。计算方法为:(1)根据表 2 和上面所述,ZH1-5 桩的桩身混凝土最薄弱层为桩长 14.5m 段,该段混凝土强度等级定为 C7.5,
12、并取其桩的计算长度 L=14.50m;(2)14.5m 以下桩段因混凝土质量差,故仅作为桩端持力层考虑,其极限承载力标准值取 3 000kPa;(3)3 个桩承台底面各边分别沿原设计向外扩宽 1.0m,其承台底面积由原 31.3m2 增至 57.0m2。上部荷载设计值:弯矩 M=3 308.09kNm,轴向力 N=20 518.08kN,剪力 V=309.65kN,恒载 G=7 247.1kN。在偏心荷载作用下,任一单桩的桩顶作用效应竖向力为F=10 381.8kN,单桩竖向承载力设计值如(1)式所示:R=sQsk/ s+pQpk/ p+cQck/c(1) 式中 Qsk 单桩总极限侧阻力标准值
13、;Qpk单桩总极限端阻力标准值;Qck基桩、承台地基土总极限阻力标准值; s桩侧阻群桩效应系数,取 1.09; p桩端阻群桩效应系数,取 1.31; c承台底土阻群桩效应系数,取 0.53; s桩侧阻抗力分项系数,取 1.65; p桩端阻抗力分项系数,取 1.65; c承台底土阻抗力分项系数,取 1.65。 (1)式中, Qsk=siqsiklsi=6 025.6kN (2)Qpk=pqPKAp=4 299.0kN (3) Qck=qck(57-6.81)/3=16.73qck(4)式中 桩身周长;si桩侧阻尺寸效应系数;qsik单桩第 i 层土的极限侧阻力标准值 ;lsi第i 层土厚;p桩端
14、阻尺寸效应系数;qpk 单桩极限端阻力标准值;Ap桩端面积;qck桩截面面积。代入数值得:Qsk=6 025.6kN;Qpk=4 299.0kN。查地质资料得 fk=250kPa,为简化及偏安全考虑取 qck=250kPa。代入数值得:R=9 609.7kN。在偏心竖向力作用下:0Nmax 1.2R(5)式中 0建筑桩基重要性系数;Nmax偏心荷载作用下桩顶作用效应竖向力设计值。代入数值得 0=1.0;1.2R=11 532kN,其大于 0Nmax=10 381.8kN, 满足要求。3.2 桩身混凝土承载力验算验算最薄弱层 14.5m 部位,该部位混凝土强度等级 C7.5,14.5m 标高的基
15、桩轴向力设计值如(6)式所示:N14.5=F-地基土的抗力-桩侧摩阻力(6) 代入数值得:N14.5=4 185kN 桩身混凝土承载力应满足(7)式: 0N fcA(7)式中 N任一标高的基桩轴向力;fc 承台底土承载力标准值 ;A桩截面面积。代入数值得:0N=3 413kN;fcA=5 696kN;得 N14.53.3 桩基沉降计算沉降计算过程略,沉降计算结果如下。对 ZH3-5、ZH1-5、ZH1-7 桩,其基础沉降量分别为:37.45,26.40,21.00mm;对 ZH3-1 桩与 ZH1-5 桩,其相邻基础沉降差、相邻基础距离 L0、沉降差比值分别为:16.45,10 800mm,1
16、/656L0;对 ZH1-5 桩与 ZH1-7 桩,其相邻基础沉降差、相邻基础距离 L0、沉降差比值分别为:5.40,13 400mm,1/2 481L0。由于规范要求:沉降差比值应大于 1/500L0,因此,以上各项计算均能满足现行规范要求。4 桩基补强的效果本工程建成投产 2 年,2 年来,锅炉桩基经过施工加荷、安装、试水压后,投入运行。运行结果表明桩基补强效果良好。由炉架沉降观测记录可知(见表 3):基础沉降小且趋于稳定,结构安全、合理。5 结论5.1 对一般的工程缺陷桩,在压力灌浆前对钻孔冲洗时,应选取合适的水压力,避免产生严重的塌孔,使浆液能达桩底,减少再补强工序。5.2 对桩长较长,混凝土离析松散较严重,且缺陷多发生在底部的工程缺陷桩,用常规的补强方法处理效果不理想,可结合工程地质情况,考虑承台、土阻力分担荷载,必要时可适当加大承台底面积,以取得安全、经济、合理的效果。
