一种高层建筑后退式注浆形成加固复合桩基的施工工艺的制作方法

本发明涉及既有高层建筑地基加固技术领域，特别涉及一种高层建筑后退式注浆形成加固复合桩基的施工工艺。

背景技术：

由于建筑勘察、设计、施工或恶劣天气等原因，建成的楼体因地基强度不够会出现下沉现象。如图1所示，某住宅楼地上层数24层，地下层数为1层，建筑物高度76米，建筑物地基形式为预应力管桩2复合地基，基础类型为筏板基础1，筏板基础1板厚1.5m，筏板基础1底部设置预应力直径600mm的管桩2，管桩2呈梅花形布置，有效桩长40米。地基土层结构从上至下依次为粘土层、火山灰层、粘土和泥岩。管桩2的桩底位于火山灰层中。建筑施工完成后，出现不均匀沉降，如何对其进行加固防止其继续沉降是要解决的技术问题。公开号为cn107435346a的发明专利申请文件公开了“一种适用于高层建筑结构的注浆加固纠偏方法”，具体公开了通过注浆形成柱下桩基及加固平台从而实现楼体加固。但是由于这次发生沉降的住宅楼高度超高，阀板基础顶部承受荷载超大，火山灰地层不密实，采用上述专利申请文件中的技术无法解决稳固该建筑、防止其沉降的技术难题。

技术实现要素：

针对背景技术中提出的如何将发生沉降的建筑物进行加固，防止其继续沉降的技术问题，本发明提供了一种高层建筑后退式注浆形成加固复合桩基的施工工艺，其优点是能够在地层不密实的高层建筑的阀板基础底下形成加固桩基，防止楼体继续沉降。

本发明的上述目的是通过以下技术方案得以实现的：包括以下施工步骤：

步骤1、用钻机在筏板基础上钻出桩基孔；

步骤2、钻注一体机的钻杆从桩基孔插入后钻入筏板基础底部以下土层中；

步骤3、钻至设计深度后，进行填充注浆；注浆达到一定注浆压力并稳定后、或浆液的注入率达到设计要求后，注入的浆液填充钻杆四周土体相对更不密实的区域，并在10s-60s内凝固；

步骤4、向上回退钻杆，回退长度为l，然后停止回退，继续进行填充注浆；注浆达到一定注浆压力并稳定后、或浆液的注入率达到设计要求后，停止注浆；

步骤5、钻杆再次向下钻进，前进的长度为回退长度l的一半，然后停止钻进，进行压力注浆；在步骤3和4注浆形成的不规则注浆体范围内，浆液向四周均匀扩散，注浆达到一定压力并稳定后、或浆液的注入率达到设计要求后，浆液与周围土体进行均匀混合，并凝固形成具有一定强度的短圆柱体，短圆柱体水平截面的中心与钻杆的中心重合；

步骤6、重复步骤4和5，直至注浆至筏板基础底部；反复前进回退中注浆形成的所有连续的短圆柱体结构形成完整的加固复合桩基，加固复合桩基的顶面将筏板基础进行支撑。

通过上述技术方案，利用反复回退前进的原理，注浆形成加固复合桩基，具体地是填充注浆时，主要目的是填充相对更不密实的区域，进行压力注浆时，压力注浆会对注浆管周围土体均匀地施工压力，从而灌入周围不密实的粘土及火山灰等地质的空隙中，从而形成有效半径的加固复合桩基；加固复合桩基将筏板基础进行支撑，从而达到防止楼体继续沉降的目的。

本发明进一步设置为：每次钻进或回退停止后注浆的稳定压力值按照注浆深度不同设计如下：深度0-20m间压力值0.5mpa~2.5mpa；20m~30m间压力值2.5mpa~3.5mpa，30m~40m间压力值3.5mpa~4.5mpa，40m~50m间压力值4.5mpa~5.5mpa。

通过上述技术方案，该压力状态下可以形成在竖直方向上完整连续的有效桩体，使加固复合桩基能够承接来自顶部楼体的荷载。

本发明进一步设置为：深度0-5m间压力值为0.7mpa~1.5mpa，使靠近筏板基础底部位置的加固复合桩基形成扩大的圆柱形承台结构。

通过上述技术方案，使得加固复合桩基与筏板基础的接触面更大，进行更好的支撑。

本发明进一步设置为：建筑筏板基础底下设置有既有管桩或灌注桩，桩基孔位于两根相邻管桩或灌注桩中间，所述加固复合桩基的有效直径大于两根相邻管桩或灌注桩的净间距，加固复合桩基将管桩或灌注桩部分或全部包裹。

通过上述技术方案，增加管桩的侧磨阻力，使管桩的支撑力得到加强。

本发明进一步设置为：加固复合桩基的有效直径不小于3m。

通过上述技术方案，基本能满足大于两根管桩或灌注桩的间距，且该有效直径下的加固复合桩基的相互之间的间距可以加大至6-10m，整体上节约材料用量。

本发明进一步设置为：钻进的最深处位于管桩或灌注桩的底端以下。

通过上述技术方案，增加管桩的桩端承载力。

本发明进一步设置为：注浆管每次回退的长度l为1.5-3m。

通过上述技术方案，水平径向经过2次压浆有效直径可以保证在2-4m，竖直方向作为受力主方向，桩体的连续完整性更需要很好保证，所以再次前进插入的长度为l的一半即可保证桩体的连续性。

本发明进一步设置为：既有高层建筑存在不均匀沉降时，桩基孔及注浆的施工从沉降量大区域向沉降量小区域逐步推进施工。

通过上述技术方案，先对沉降量大的区域进行加固，防止因注浆加固施工期间，高层建筑在沉降量大的区域继续产生沉降。

本发明进一步设置为：还包括步骤7：封孔：注浆完成后，桩基孔的孔口采用相对筏板基础同一标号或高一标号的水泥砂浆封堵抹平。

通过上述技术方案，将桩基孔进行封堵，恢复原来结构，防止产生漏水等现象。

综上所述，本发明具有以下有益效果：

1、通过前进回退工艺在地层不密实、层高超过20层的楼体基础底下形成有效的加固复合桩基，施工时只需要在基础上开很小的桩基孔即可，对既有建筑影响小，而且施工过程中不会产生二次沉降，形成的复合桩基安全可靠；

2、通过控制加固复合桩基的直径，让其与既有的管桩或灌注桩形成接触，增强既有管桩的侧磨阻力；

3、通过注浆至管桩或灌注桩的底部土层，加强桩端承载力，提高既有管桩的受力性能，防止建筑再次沉降。

附图说明

图1为该某工程项目立面结构示意图；

图2为加固复合桩基与既有管桩的平面布置关系示意图；

图3为加固复合桩基与既有管桩的立面布置关系示意图；

图4为步骤3中填充注浆形成的不规则注浆体的结构示意图；

图5为步骤4中钻杆回退后注浆后的不规则注浆体结构示意图；

图6为步骤5中钻杆再次前进插入不规则注浆体后压力注浆形成均匀短圆柱体的示意图；

图7、图8为反复回退和钻进形成注浆结构的示意图；

图9为钻杆退至筏板基础底部后形成的加固复合桩基的示意图。

附图标记：1、筏板基础；2、管桩；3、桩基孔；4、钻杆；5、短圆柱体；6、加固复合桩基；7、承台；8、不规则注浆体。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步详细说明。其中相同的零部件用相同的附图标记表示。需要说明的是，下面描述中使用的词语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”、“底面”和“顶面”指的是附图中的方向，词语“内”和“外”分别指的是朝向或远离特定部件几何中心的方向。

实施例：

一种高层建筑后退式注浆形成加固复合桩基的施工工艺，如图1和图2所示，建筑筏板基础1底下设置有既有管桩2或灌注桩，本实施例以直径600mm的预应力管桩2为例进行介绍。管桩2呈梅花形布置最小桩中心间距为1.8m，桩长40米。

步骤1、结合图2与图3，破除筏板基础1表面的钢筋保护层，露出筏板钢筋，用钻机（可以是水钻）在筏板基础1上钻出桩基孔3。钻孔时避开钢筋，避免对筏板钢筋造成破坏。桩基孔3直径大于42mm即可，桩基孔3位于两根相邻管桩2中间的正中位置。桩基孔3梅花形布置，相邻两个桩基孔3的间距一般不小于6m，当桩基孔3与墙体或结构柱位置冲突时，适当调整桩基孔3间距。该工程项目中，桩基孔3的间距为8.0×12.0m。当被加固的既有高层建筑存在不均匀沉降时，桩基孔3及注浆的施工从沉降量大区域向沉降量小区域逐步推进施工，以防止注浆加固施工周期内，建筑物在沉降量大区域继续沉降。

步骤2、钻注一体机的钻杆4从桩基孔3插入后钻入筏板基础1底部以下土层中；钻杆4直径为42mm，采用双重芯管，内芯直径为12mm，注浆钻头为双浆液混合器。

步骤3、钻至设计深度后，进行填充注浆；如图3所示，钻进的最深处位于管桩2的底端以下，较佳地，钻进至桩基的底端所在地层的下一个地层或是钻入至承载力大的持力层（承载力大于220kpa）。设计深度并不是最终成型的复合桩基的底端位置，而是超过了复合桩基的底端位置。本工程实例中，钻进至承载力为140kpa的地层中。如图4所示，注浆达到一定注浆压力并稳定后、或浆液的注入率达到设计要求后，注入的浆液填充钻杆4四周土体相对更不密实的区域，并在10s-60s内凝固，形成不规则注浆体8；

步骤4、如图5所示，向上回退钻杆4，回退长度为l，l为1.5-3m，该工程项目中，l采用2m；然后停止回退，继续进行填充注浆；注浆达到一定注浆压力并稳定后、或浆液的注入率达到设计要求后，停止注浆，形成不规则注浆体8；

步骤5、如图6所示，钻杆4再次向下钻进，前进的长度为回退长度l的一半，然后停止钻进，进行压力注浆；在步骤3和4注浆形成的不规则注浆体8范围内，浆液向四周均匀扩散，注浆达到一定压力并稳定后、或浆液的注入率达到设计要求后，浆液与周围土体进行均匀混合，并凝固形成具有一定强度的短圆柱体5，短圆柱体5水平截面的中心与钻杆4的中心重合；

步骤6、参考图7与图8，重复步骤4和5，直至注浆至筏板基础1底部；如图9所示，反复前进回退中注浆形成的所有连续的短圆柱体5结构形成完整的加固复合桩基6，加固复合桩基6的顶面将筏板基础1进行支撑。

步骤7、封孔：注浆完成后，桩基孔3的孔口采用相对筏板基础1同一标号或高一标号的水泥砂浆封堵抹平。

如图2与图3所示，步骤4-6中，为了使加固复合桩基6将管桩2部分或全部包裹，从而增加管桩2的侧磨阻力，使管桩2的支撑力得到加强，所以加固复合桩基6的有效直径需大于两根相邻管桩2的净间距，且大于3m。该工程项目中直径为3.5m，加固复合桩基6将两根管桩2全部包裹。为了满足加固复合桩基6直径的要求，每次钻进或回退停止后注浆的稳定压力值按照注浆深度不同设计如下：深度0-20m间压力值0.5mpa~2.5mpa；20m~30m间压力值2.5mpa~3.5mpa，30m~40m间压力值3.5mpa~4.5mpa，40m~50m间压力值4.5mpa~5.5mpa。

进一步地，如图3所示，深度0-5m间压力值为0.7mpa~1.5mpa，使靠近筏板基础1底部位置形成相比加固复合桩基6直径更大的圆柱形承台7结构，使得加固复合桩基6与筏板基础1的接触面更大，进行更好的支撑。

较佳地，在整体注浆加固操作前，在房屋范围内做加固复合桩基6注浆参数试验，根据以上公开的压力等参数进行试桩的施工；试桩完成后，在加固复合桩基6中心半径3m处采用地质钻机进行钻孔取芯，然后观察芯样是否为具有较好强度的连续的加固体，而非普通土体。以上参数主要用于高层建筑筏板基础1以下地基加固，根据在本工程项目现场的筏板基础1范围外按照以上参数进行试验时，浆液扩散的直径增大至6m，与筏板基础1范围内注浆形成的加固复合桩基6的有效半径完全不同。

该发明是利用反复回退、前进的原理，注浆形成加固复合桩基6，如图7与图8所示，当注浆管钻至设计深度注浆时和每次回退后在不同深度填充注浆时，主要目的是填充注浆管四周相对更不密实的区域，由于注入的浆液具有快速凝固的特点，所以注浆液不会沿相对不密实区域扩散太远。此次注浆后注浆液与土体形成的注浆体，围绕注浆管形成不规则形状，注浆体水平截面的中心偏离注浆管的中心较远。此次注浆由于浆液没有与土体完全混合，所以一部分浆液形成了如公开号为cn107435346a的发明专利申请文件中记载的树根状结构。填充注浆停止时间主要以注浆压力控制为主，注入率控制为辅。

当再一次向下钻进插入填充注浆体范围内，进行压力注浆时，由于注浆管四周相对更不密实的区域已经在填充注浆时被填充，因此，这次注浆会对注浆管周围土体均匀地施加压力，使浆液均匀渗入至周围土体及火山灰的空隙中，从而凝固形成具有一定强度的短圆柱体5，短圆柱体5水平截面的中心与钻杆4的中心重合。压力注浆主要以注入率控制为主，压力控制为辅。当注浆压力达到设计值，但是注入率还低于设计注入率的50%时，应该适当加大注浆压力，继续进行压浆，待注入率达到设计注入率70%以上时，可以停止注浆并进行回退。如图9所示，由于压力注浆形成的所有短圆柱体5结构的水平截面中心均基本与注浆管的中心重叠，所以所有短圆柱体5结构在竖直方向形成完整的加固复合桩基6，加固复合桩基6的顶面将筏板基础1进行支撑。

注浆使用的注浆液采用双组分复合浆液，为方便表述，命名为a浆液和b浆液，两种浆液分别从钻杆的不同通道到达注浆管的出浆口，在出浆口处压入周围土体，在土体中汇合后发生化学反应，在短时间内完成初凝。

注浆液只要能满足初凝时间要求并有较好的渗透性即可，可以是现有技术中的任意一种。

以下一种注浆液配方可供采用：a浆液由如下重量份的原料组成：金属氧化物和/或金属氢氧化物70-90份，复合缓凝剂0.5-1.2份，减水剂0.5-0.7，酸碱缓冲剂0.7-1.5，复合稳定剂3-5，复合表面活性剂0.5-1.5。其中氧化金属物可以是氧化镁、氧化铝、磷酸镁等任意两种的组合；复合缓凝剂为尿素、硼砂和三聚磷酸钠中的至少两种；减水剂可以是聚羧酸减水剂或萘减水剂；酸碱缓冲剂为碳酸镁或氢氧化钾；复合稳定剂为羟甲基纤维素、正烷基十六醇、淀粉醚和纤维素醚中的至少两种；复合表面活性剂为烷基聚氧乙烯醚、苄基酚聚氧乙烯醚和烷基磺酸盐中的至少两种。以上各单独组分中要使用两种及两种以上的不同材料时，可以按等数量级进行配制，两种的设置主要是为了防止其中一种失效，以便使整体复合浆液效果更加稳定。

b浆液由如下重量份的原料组成：磷酸盐30～40份，消泡剂0.2～1份。其中，磷酸盐可以是磷酸氢二铵或磷酸二氢钾；消泡剂可以是有机硅消泡剂或聚醚消泡剂。

a浆液和b浆液分别与水按重量比100:40～50混合搅拌成浆液，经不同管路压入注浆管，至出浆口汇合反应并在土体中固化。

复合浆液初凝时间的不同主要通过调节复合缓凝剂的比重大小实现。

需要特别指出的是本申请中所述的筏板基础1也可以是代表建筑箱形基础的底板结构，在箱形基础底部施工复合桩基工艺与筏板基础1底部的施工相同。

本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。