一种高层建筑前进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前进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。某住宅楼地上层数20多层，建筑物基础结构为筏板基础底下设置桩基础。地基土层结构从上至下依次为杂填土、湿陷性黄土和基岩。设计的桩基础底端伸入基岩中。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，以及如何将其抬升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，加之杂填土层空隙大、湿陷性黄土地层不密实，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前进式注浆形成加固复合桩基的施工工艺，其优点是能够在杂填土层和/或湿陷性黄土地层的高层建筑的阀板基础底下形成加固复合桩基，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；钻入至筏板基础底部以下长度为l，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；注入的浆液填充钻杆周围土体空隙及贯通的间隙通道或填充钻杆四周土体相对更不密实的区域，并在10s-60s内凝固；凝固后对应形成树根状注浆体或不规则注浆体；

步骤3、向上回退钻杆，回退的长度为钻进长度l的一半，然后停止回退，进行压力注浆；在步骤2中注浆形成的树根状注浆体或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4、重复步骤2和步骤3，直至注浆至设计深度；

步骤5、向上拔出钻杆，拔出的同时注入浆液将钻孔填充密实；

步骤6、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，采用整体前进式施工加固复合桩基，起到了防止建筑物在钻孔过程中因地基被水泡软而发生二次沉降的技术效果；通过前进回退工艺在湿陷性黄土及杂填土地层中、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。

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：注浆管每次前进的长度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大于3m，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湿陷性黄土及杂填土地层中、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为既有高层建筑管桩基础结构示意图；

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为杂填土地层中向下钻进长度l后填充注浆形成树根状注浆体示意图；

图4为杂填土地层中钻杆回退1/2后压力注浆形成的短圆柱体示意图；

图5为杂填土地层中循环操作后第二次压力注浆形成的短圆柱体示意图；

图6为杂填土地层中多个短圆柱体形成加固复合桩基的结构示意图；

图7为湿陷性黄土地层中向下钻进长度l后填充注浆形成不规则注浆体示意图；

图8为湿陷性黄土地层中钻杆回退1/2后压力注浆形成的短圆柱体示意图；

图9为湿陷性黄土地层中多个短圆柱体形成加固复合桩基的结构示意图；

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；9、树根状注浆体；91、间隙通道。

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

一种筏板基础1既有高层建筑加固施工工艺，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、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的间距不小于楼房筏板基础1宽度的1/3，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、如图3所示，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。钻入至筏板基础1底部以下长度l，l为1.5-3m，该工程项目中，l采用2.5m；然后停止钻进，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4周围土体空隙及贯通的间隙通道91（见图3）或填充钻杆4四周土体相对更不密实的区域（见图7），并在10s-60s内凝固。浆液凝固后形成了树根状注浆体9或不规则注浆体8。

下文中，图3-图6是在杂填土地层中，填充注浆时先对周围土体空隙及贯通的间隙通道91进行填充形成树根状注浆体9的示意；图7-图9是在湿陷性黄土地层中，填充注浆时先对钻杆4四周土体相对更不密实的区域进行填充形成不规则注浆体的示意。

步骤3、如图4和图8所示，向上回退钻杆4，回退的长度为钻进长度l的一半，然后停止回退，进行压力注浆；在步骤2中注浆形成的树根状注浆体9或不规则注浆体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4、结合图5，重复步骤2和步骤3，直至注浆至设计深度；如图6所示，钻进的最深处位于管桩2或灌注桩的底端以下，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）。

步骤5、向上拔出钻杆4，拔出的同时注入浆液将钻孔填充密实。

步骤6、结合图5与图6、或如图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。

结合图2与图6，步骤3-6中，为了使加固复合桩基6的有效直径大于两根相邻管桩2的净间距，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的有效直径需控制在大于3m，该工程项目中有效直径为3.5m，加固复合桩基6将两根管桩2全部包裹。为了满足以上要求，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。

此外，如图6所示，步骤4中注浆管最深处低于管桩2的底端，使得管桩2底部的土体得到浆液的填充，形成更密实的结构，从而增加管桩2的桩端承载力。当注浆管最深处深入至承载力大的持力层时，注浆形成的加固复合桩基6形成了端承桩，进一步增强了对筏板基础1的支撑。

进一步地，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。

该发明是利用反复前进、回退的原理，注浆形成加固复合桩基6，如图3与图4所示，当注浆管钻至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，或填充贯通空隙通道。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或贯通空隙通道扩散太远。在湿陷性黄土中，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。在杂填土中，此次注浆后注浆液一部分与不密实土体形成注浆体，另一部分填充贯通空隙通道，此时形成的注浆体由于浆液没有与土体完全混合，所以形成了如背景技术中所述的公开号为cn107435346a的发明专利申请文件中记载的树根状结构。第一次注浆停止时间主要以注浆压力控制为主，注入率控制为辅。

当钻杆4向上回退至第一次注浆体范围内，进行压力注浆时，由于注浆管四周相对更不密实的区域或贯通空隙通道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水平截面的中心接近注浆管的中心。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前进。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。

此外，该发明的工艺采用整体前进式施工加固复合桩基6，起到了防止建筑物在钻孔过程中发生二次沉降的技术效果。当采用整体后退式钻进注浆施工时，即先用钻注一体机钻孔至设计深度，然后逐步回退注浆，这种方法虽然通过反复前进回退也能够形成加固复合桩基6，但是在钻进至设计深度过程中，钻头部位喷出的水会把周围土体软化，从而造成二次沉降。湿陷性黄土钻进时，虽然钻进速度快，钻头处出水不多，但是因为湿陷性黄土一遇水即沉陷，所以不能采用一次性钻至设计深度的方案。杂填土层钻进时，经常会遇到回填的片石等，钻进至片石时，钻进速度放慢，钻头处出水变多，会将周围土体软化，从而造成建筑的二次沉降。而采用前进式钻进注浆，注浆液能够及时将土体固化，从而防止建筑物的二次沉降。

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4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。