1.本发明涉及既有桩基加固工程和注浆工程技术领域，具体涉及一种既有桩基分段式注浆加固方法。


背景技术：

2.公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
3.随着经济社会发展，早期修建的公路和铁路桥梁桩基承载力已不能满足人们的需要，因此需要对桥梁进行升级扩建。目前提升既有桩基承载力的技术方法主要有注浆加固法、补桩法和锚杆静压桩法，注浆加固法因其施工简单、工期短、高效经济等原因得到了广泛的应用。发明人研究发现，桩基注浆加固施工过程中容易发生浆液上返、加固不充分等问题，但相关的技术研究较少，施工过程过度依赖于经验，缺乏能够广泛适用于多种地层条件并且大幅度提升桩基承载力的注浆工艺。


技术实现要素：

4.为了解决现有技术的不足，本发明的目的是提供一种既有桩基分段式注浆加固方法，本发明的注浆加固方法能够防止浆液上返、使桩基加固更加充分，且能较精确的得到注浆后的桩基承载力。
5.为了实现上述目的，本发明的技术方案为：
6.一种既有桩基分段式注浆加固方法，在既有桩周围的土层布置钻孔位置，在钻孔位置采用一级钻孔开孔到a处，安装一级孔口管，并注浆封固；然后分段式注浆直至完成终孔位置的注浆；
7.分段式注浆中，每段注浆的过程为：进行二级钻孔，放入注浆管(例如pvc管)并注浆封固，在注浆管中钻孔，注浆加固；二级钻孔的深度为前一段钻孔长度与设计加固段长度之和；
8.a处位置的深度为既有桩长度的24～26％，终孔位置的深度为既有桩长度的0.9～1.1倍。
9.进一步地，钻孔位置通过选取不含桩基础的现场地层进行单孔注浆试验进行确定。通过单孔注浆试验确定注浆孔与桩圆心之间的距离，从而确定钻孔位置。
10.进一步地，注浆封固采用水泥-水玻璃双液浆。
11.进一步地，注浆加固采用水泥单液浆。
12.本发明的有益效果为：
13.(1)一级孔口安装孔口管并进行封固，使上部土体与孔口管成为一整体，密封性良好，防止了二级钻孔注浆时发生冒浆、窜浆等现象，提高了注浆效果。
14.(2)分段式注浆能够实现由浅层到深层的注浆顺序，使沿桩长方向的注浆更加均
匀、充分。
15.(3)本发明通过在现场无桩地层的注浆试验确定了注浆孔与桩圆心之间的距离，实现了最佳加固效果。
16.(4)本发明可根据调节浆液类型和注浆参数实现不同性质土层的既有桩基加固，并且操作简单，原理清晰，具有普遍的适用性。
附图说明
17.构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
18.图1为本发明实施例1的既有桩基分段式注浆加固示意图；
19.图2为本发明实施例的桩周注浆孔对称布置示意图。
20.图中，1为一级钻孔，2为一级孔口管，3为前二级钻孔(加固段长为2.0米)，4为后二级钻孔(加固段长为4.0米)，5为桩基，阴影部分为浆液扩散情况。
具体实施方式
21.应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
22.需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
23.鉴于现有桩基注浆加固施工过程中容易发生浆液上返、加固不充分等问题，本发明提出了一种既有桩基分段式注浆加固方法。
24.本发明的一种典型实施方式，提供了一种既有桩基分段式注浆加固方法，在既有桩周围的土层布置钻孔位置，在钻孔位置采用一级钻孔开孔到a处，安装一级孔口管，并注浆封固；然后分段式注浆直至完成终孔位置的注浆；
25.分段式注浆中，每段注浆的过程为：进行二级钻孔，放入注浆管(pvc管)并注浆封固，(待浆液完全凝结后)在注浆管中钻孔，注浆加固，二级钻孔的深度为前一段钻孔长度与设计加固段长度之和；每次进行下一段注浆前，二级钻孔将上一次放入的注浆管破坏，清孔后再放入新的注浆管；
26.a处位置的深度为既有桩长度的24～26％，终孔位置的深度为既有桩长度的0.9～1.1倍。
27.注浆管长度与钻孔深度相同，且在注浆管放入孔底的一端开孔，开孔长度为设计加固段的长度；每段注浆二级钻孔直径相同；
28.分段式注浆中，一个孔位中的一段注完后要等到24小时以后再进行下一段的注浆工作。
29.该实施方式的一些实施例中，钻孔位置通过选取不含桩基础的现场地层进行单孔注浆试验进行确定。通过单孔注浆试验确定注浆孔与桩圆心之间的距离，从而确定钻孔位
置。具体地，钻孔取芯，分别在距离注浆孔0.6米、0.8米、1.0米、1.2米和1.4米处进行钻孔取芯，观察浆脉扩散情况和浆液扩散范围，并确定浆液的扩散半径r；选取浆液的扩散半径r作为注浆孔与桩圆心的距离。
30.单孔注浆试验的过程与既有桩基分段式注浆加固方法一致，即采用一级钻孔开孔到a处，安装一级孔口管，并注浆封固；然后分段式注浆直至完成终孔位置的注浆；
31.单孔注浆试验中，每段注浆的过程为：进行二级钻孔，放入pvc管并注浆封固，待浆液完全凝结后在pvc管中钻孔，注浆加固，二级钻孔的深度为前一段钻孔长度与设计加固段长度之和；每次进行下一段注浆前，二级钻孔将上一次放入的pvc管破坏，清孔后再放入新的pvc管。
32.a处位置的深度为既有桩长度的24～26％，终孔位置的深度为既有桩长度的0.9～1.1倍。
33.pvc管长度与钻孔深度相同，且在pvc管放入孔底的一端开孔，开孔长度为设计加固段的长度；每段注浆二级钻孔直径相同。
34.分段式注浆中，一个孔位中的一段注完后要等到24小时以后再进行下一段的注浆工作。
35.更为具体地，单孔注浆试验步骤如下：
36.i.采用一级钻孔开孔到a处位置，安装一级孔口管，采用水泥-水玻璃双液浆进行封固；
37.ii.二级钻孔的设计加固深度为前一步骤设计加固深度的基础上增加一个加固段，放入pvc管并注浆封固，待浆液完全凝结后在pvc管中钻孔，注浆加固；
38.iii.每次进行下一段注浆前，二级钻孔将上一次放入的pvc管破坏，清孔后再放入新的pvc管；采用分段式注浆，重复步骤ii，直到完成终孔位置的注浆。
39.该实施方式的一些实施例中，注浆封固采用水泥-水玻璃双液浆。
40.该实施方式的一些实施例中，注浆加固采用水泥单液浆。注单液浆时，若持续注浆较长时间内不升压，要变为双液注浆。
41.在一种或多种实施例中，水泥单液浆的水灰比为0.6～1.0。注浆初期使用高水灰比(0.8～1.0)，有利于浆液在土体中形成劈裂通道，中后期使用低水灰比浆液(0.6～0.8)，可使浆液在土体中形成粗大浆脉，可提高注浆加固效果。
42.在一种或多种实施例中，当孔深为既有桩长度的1/4～5/8时，注浆终压为0.5～1.0mpa，当孔深大于既有桩长度的5/8时，注浆终压提高到1.0～2.0mpa。
43.每段注浆量的计算式为：q＝aπr2hnβ，
44.式q中为注浆量；a为浆液损耗系数；r为浆液有效扩散半径；h为灌浆段深；n为孔隙率；β为浆液填充系数。
45.双液浆配比参数控制在1:1～5:1之间。双液注浆配比参数选用原则是：套管封闭一般为1:1；富水区和松散地层注浆配比控制在2:1～5:1之间，并根据双液注浆前的单液注浆参数进行选择。原则上在保持注浆安全的前提下，根据地层耐注性和注浆反应情况选择，尽量控制浆液在帷幕范围内扩散距离尽量远。当需要双液浆浆液扩散较远时，采用低比例配比参数，当需要浆液较小的扩散距离，或需要注浆迅速升压，或需要迅速停止单液注浆时，要使用较高的配比参数；单液注浆结束时，为防止孔内浆液倒流，并及时拆卸孔口注浆
阀门，要使用一定量的双液浆封闭钻孔，此时选用较高的配比参数。上述双液浆配比参数指水泥浆与水玻璃体积之比。
46.该实施方式的一些实施例中，当桩径小于1m时，采用三个钻孔；桩径大于等于1m时，采用四个钻孔。
47.该实施方式的一些实施例中，当孔深为既有桩长度的1/4～5/8时，设计加固段长度为2.0～3.0米；当孔深超过既有桩长度的5/8时，设计加固段长度为3.0～6.0米。
48.该实施方式的一些实施例中，注浆加固时，注浆结束标准要采用定量定压相结合，且以定压注浆为主的方式进行控制。注浆压力达到设计加固终压且稳定时间不短于30s，注浆量达到设计加固注浆量的80％以上，即可结束注浆。当注浆压力达不到设计加固终压时，采用注浆量控制标准。
49.为了使得本领域技术人员能够更加清楚地了解本发明的技术方案，以下将结合具体的实施例详细说明本发明的技术方案。
50.以下实施例中进行的实验过程如下：
51.包括以下步骤：
52.步骤s1：在注浆加固前对桩周土层进行静力触探以确定桩周土体的地质参数，从而获得既有桩基础加固前的桩基承载力；
53.步骤s2：根据土层参数和桩侧摩阻力分布曲线确定桩基需要加固的区域，长度为l的桩基础，桩侧0～l/4处不注浆，l/4～l处注浆加固；
54.步骤s3：确定注浆孔与桩圆心的距离；
55.步骤s4：浆液类型及注浆参数设计加固；
56.步骤s5：采用分段式注浆方法对桩基进行加固，达到设计加固要求后，停止注浆；
57.步骤s6：对注浆加固后的桩周土体进行静力触探或者钻孔取芯，确定加固后的桩基承载力，检验加固效果；
58.按照步骤s1；步骤s2；步骤s3；步骤s4；步骤s5；步骤s6；依次进行，能够有效的防止浆液上返，使桩基加固更加充分，并得到注浆加固后的桩基承载力。
59.所述步骤s3具体包括以下步骤：
60.步骤s3.1：选取不含桩基础的现场地层进行单孔注浆试验；
61.步骤s3.2：钻孔取芯，分别在距离注浆孔0.6米、0.8米、1.0米、1.2米和1.4米处进行钻孔取芯，观察浆脉扩散情况和浆液扩散范围，并确定浆液的扩散半径r；
62.步骤s3.3：选取浆液的扩散半径r作为注浆孔与桩圆心的距离。
63.所述步骤s3.1具体包括以下步骤：
64.步骤s3.1.1：采用一级钻孔开孔到设计加固深度l/4处，安装一级孔口管，采用水泥-水玻璃双液浆进行封固；即向管内注浆，管内浆液在压力作用下，一部分向土体渗透，一部分留在孔口管内部，达到孔口管与土体成为一整体的效果，同时浆液改变了土体的特性，以上作用防止了浆液的上返；
65.步骤s3.1.2：二级钻孔的设计加固深度为前一步骤设计加固深度的基础上增加一个加固段，放入pvc管并注浆封固，待浆液完全凝结后在pvc管中钻孔，注浆加固；
66.步骤s3.1.3：每次进行下一段注浆前，二级钻孔将上一次放入的pvc管破坏，清孔后再放入新的pvc管；采用分段式注浆，重复步骤s3.1.2，直到完成终孔位置的注浆。
67.所述步骤s4具体包括以下步骤：
68.步骤s4.1：确定浆液类型；选择水泥单液浆和水泥-水玻璃双液浆作为注浆材料，注浆套管封固以水泥-水玻璃双液浆为主；注浆加固主要采用水泥单液浆；注单液浆时，若持续注浆较长时间内不升压，要变为双液注浆；
69.步骤s4.2：确定浆液水灰比；单液浆水灰比控制在0.6～1.0左右，注浆初期使用高水灰比(0.8～1.0)，有利于浆液在土体中形成劈裂通道，中后期使用低水灰比浆液(0.6～0.8)，可使浆液在土体中形成粗大浆脉，可提高注浆加固效果；
70.步骤s4.3：确定注浆压力；当孔深l/4～5l/8时，注浆终压为0.5～1.0mpa，当孔深超过5l/8时，注浆终压可逐渐提高到1.0～2.0mpa；
71.步骤s4.4：确定每个加固段的注浆量；对于软弱地层加固区域，浆液注入体积按下式计算：q＝aπr2hnβ，式q中为注浆量；a为浆液损耗系数；r为浆液有效扩散半径；h为灌浆段深；n为孔隙率；β为浆液填充系数。
72.所述步骤s4.1中，双液浆配比参数控制在1:1～5:1之间。双液注浆配比参数选用原则是：套管封闭一般为1:1；富水区和松散地层注浆配比控制在2:1～5:1之间，并根据双液注浆前的单液注浆参数进行选择。原则上在保持注浆安全的前提下，根据地层耐注性和注浆反应情况选择，尽量控制浆液在帷幕范围内扩散距离尽量远。当需要双液浆浆液扩散较远时，采用低比例配比参数，当需要浆液较小的扩散距离，或需要注浆迅速升压，或需要迅速停止单液注浆时，要使用较高的配比参数；单液注浆结束时，为防止孔内浆液倒流，并及时拆卸孔口注浆阀门，要使用一定量的双液浆封闭钻孔，此时选用较高的配比参数。上述双液浆配比参数指水泥浆与水玻璃体积之比。
73.所述步骤s5具体包括以下步骤：
74.步骤s5.1：在与桩圆心距离r的圆周上对称布置钻孔，采用一级钻孔开孔到设计加固深度l/4处，安装一级孔口管，采用水泥-水玻璃双液浆进行封固；
75.步骤s5.2：二级钻孔的设计加固深度为前一步骤设计加固深度的基础上增加一个加固段，放入pvc管并注浆封固，待浆液完全凝结后在pvc管中钻孔，注浆加固桩周土体；
76.步骤s5.3：每次进行下一段注浆前，二级钻孔将上一次放入的pvc管破坏，清孔后再放入新的pvc管；采用分段式注浆，重复步骤s5.2，直到完成终孔位置的注浆。
77.所述步骤s5.1中，注浆孔数目及布置由桩径大小决定，桩径小于1m时，选用等边分布的三个注浆孔；桩径大于等于1m时，选用正方形分布的四个注浆孔。
78.所述步骤s3.1和s5中，当孔深l/4～5l/8时，设计加固段长度为2.0～3.0米，当孔深超过5l/8时，设计加固段长度为3.0～6.0米。
79.所述步骤s3.1和s5中，分段注浆时，一个孔位中的一段注完后要等到24小时以后再进行下一段的注浆工作。
80.所述步骤s3.1、s5中，分段注浆时，pvc管长度与钻孔深度相同，且在pvc管放入孔底的一端开孔，开孔长度为设计加固段的长度；每段二级钻孔直径相同。
81.所述步骤s3.1.2和s5.2中，注浆结束标准要采用定量定压结合，且以定压注浆为主的方式进行控制。注浆压力达到设计加固终压且稳定时间不短于30s，注浆量达到设计加固注浆量的80％以上，即可结束注浆。当注浆压力达不到设计加固终压时，采用注浆量控制标准。
82.所述步骤s1和s6中，单桩极限承载力标准值可按如下公式计算：
83.q
uk
＝q
sk
+q
pk
＝μ∑q
sik
li+αq
skap
84.式中：
85.q
sk
——总极限侧阻力标准值；
86.q
pk
——总极限端阻力标准值；
87.μ——桩身周长；
88.li——桩周第i层土的极限侧阻力；
89.α——桩端阻力修正系数；
90.a
p
——桩端面积。
91.实施例1
92.由地勘报告可知，现场试验桩基础桩周土体微黏土、亚粘土以及粉砂地层，桩长约为21.8m，直径1.2m。
93.步骤s1：对桩周土层进行静力触探以确定桩周土体的地质参数，计算得到注浆加固前既有桩基础的承载力约为6600kn。
94.步骤s2：根据土层参数和桩侧摩阻力分布曲线确定桩基需要加固的区域，上部0～5.5m处不注浆，5.5～21.8m处注浆加固。
95.步骤s3：选取不含桩基础的现场地层进行单孔注浆试验，根据钻孔取芯后的结果确定注浆孔与桩圆心的距离为1.0m。
96.步骤s4：采用水泥-水玻璃双液浆作为注浆套筒封固；注单液浆时，若持续注浆较长时间内不升压，要变为双液注浆；注浆初期水灰比为1.0，中后期水灰比为0.8；当孔深5.5m～13.5m时，注浆终压保持在1.0mpa，当孔深超过13.5m时，注浆终压可逐渐提高到2.0mpa；经查阅文献和现场实际，a取值1.15，r取值1.0，β取值0.8，n取值0.3，每加固埋深一米长度，理论注浆量为q＝866.6l/m。
97.步骤s5：如图1～2所示，桩基5直径1.2m，选用正方形分布的四个注浆孔；一级钻孔1开孔到设计加固深度5.5m处，安装一级孔口管2，采用水泥-水玻璃双液浆进行封固；当孔深5.5～13.5m(前二级钻孔3)时，每个设计加固段长度为2.0米，当孔深超过13.5m(后二级钻孔4)时，每个设计加固段长度为4.0米；二级钻孔，放入pvc管并注浆封固，待浆液完全凝结后在pvc管中钻孔，注入水泥单液浆；重复以上步骤，每次完成一个加固段注浆加固，直到完成终孔位置的注浆。一个孔位中的一段注完后要等到24小时以后再进行下一段的注浆工作。
98.步骤s6：对注浆加固后的桩周土体进行静力触探，计算得到加固后的桩基承载力约为12500kn。
99.表1注浆前后桩基承载力
100.桩长(m)21.8桩径(m)1.2注浆孔与桩圆心的距离(m)1.0注浆前桩基承载力(kn)6600注浆后桩基承载力(kn)12500桩基承载力提升幅度89.39％
101.表2注浆量
[0102][0102][0103]
表1说明该实施例注浆加固的效果明显，承载力有了很大的提高。表2说明本实施例实际注浆量与理论注浆量吻合较好，说明理论注浆量公式的可靠性较高，能够为预测注浆工程中注浆量，避免盲目施工，造成材料浪费。
[0104]
实施例2
[0105]
现场桩基直径1.0m，桩长18m。
[0106]
步骤s1：对桩周土层进行静力触探以确定桩周土体的地质参数，计算得到注浆加固前既有桩基础的承载力约为3730kn。
[0107]
步骤s2：根据土层参数和桩侧摩阻力分布曲线确定桩基需要加固的区域，上部0～4.5m处不注浆，4.5～18m处注浆加固。
[0108]
步骤s3：选取不含桩基础的现场地层进行单孔注浆试验，根据钻孔取芯后的结果确定注浆孔与桩圆心的距离为0.8m。
[0109]
步骤s4：采用水泥-水玻璃双液浆作为注浆套筒封固；注单液浆时，若持续注浆较长时间内不升压，要变为双液注浆；注浆初期水灰比为1.0，中后期水灰比为0.8；当孔深4.5m～10.5m时，注浆终压保持在1.0mpa，当孔深超过10.5m时，注浆终压可逐渐提高到2.0mpa；经查阅文献和现场实际，a取值1.15，r取值0.8，β取值0.85，n取值0.33，每加固埋深一米长度，理论注浆量为q＝648.2l/m。
[0110]
步骤s5：实施例2中桩径1.0m，选用正方形分布的四个注浆孔；一级钻孔开孔到设计加固深度4.5m处，安装一级孔口管，采用水泥-水玻璃双液浆进行封固；当孔深4.5～10.5m时，每个设计加固段长度为2.0米，当孔深超过10.5m时，每个设计加固段长度为4.0米；二级钻孔，二级钻孔，放入pvc管并注浆封固，待浆液完全凝结后在pvc管中钻孔，注入水泥单液浆；重复以上步骤，每次完成一个加固段注浆加固，直到完成终孔位置的注浆。一个孔位中的一段注完后要等到24小时以后再进行下一段的注浆工作。
[0111]
步骤s6：对注浆加固后的桩周土体进行静力触探，计算得到加固后的桩基承载力约为5680kn。
[0112]
表3注浆前后桩基承载力
[0113]
桩长(m)18桩径(m)1.0注浆孔与桩圆心的距离(m)0.8
注浆前桩基承载力(kn)3730注浆后桩基承载力(kn)5680桩基承载力提升幅度52.28％
[0114]
表4注浆量
[0115]
理论注浆量(l)648.2*(18-4.5)≈8751孔1单液浆实际注浆量(l)7470孔2单液浆实际注浆量(l)8062孔3单液浆实际注浆量(l)5410孔4单液浆实际注浆量(l)5500
[0116]
表3说明本实施例注浆加固的效果明显，承载力有了很大的提高。表4说明本实施例的实际注浆量与理论注浆量吻合较好，说明理论注浆量公式的可靠性较高，能够为预测注浆工程中注浆量，避免盲目施工，造成材料浪费。
[0117]
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。