1.本发明涉及桩基加固技术领域，具体涉及一种软弱地层在役桩基注浆加固材料及其注浆工艺。


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.桥梁、建筑物桩基础在桩基础设计承载力不足、老化、动荷载等因素影响下，以及桥梁拓宽、土体开挖均会引起在役桩基础承载力不足的情况，导致桥梁出现不均匀沉降，甚至导致建筑物开裂，最严重时会导致建筑物坍塌。如何在经济性、适用性、耐久性原则基础上，选择合适的加固方法，使其能满足新建桥梁所需承载要求，是一个现实的重要问题。目前针对既有桩基础承载力不足问题，主要方法有补桩法、锚杆静压桩、树根桩法和注浆加固法。
4.注浆加固法是在既有桩基础承载能力不足或者沉降过大时，采用桩顶钻孔的方式向桩端、桩身或桩侧注入较高强度的混凝土浆液，使桩基周围、桩端部位形成注入浆液的填充效果。注浆加固的措施提升了桩身强度，在桩端部位可以形成扩大桩头，对桩端周围一定范围内土体产生挤密效应，实质上是形成了扩底桩，在桩侧面形成压浆体包裹，挤密桩侧土体和泥皮，从而提升了桩基础的承载性能。然而，发明人经过研究发现，该方法对于混凝土浆液要求较高，导致成本较高，同时大宗工业固废的简单填埋无法满足注浆加固的强度需求，且污染环境。另外，对于软弱地层的注浆，还存在地面隆起的问题，使得注浆加固法难以对软弱地层的在役装机进行加固。


技术实现要素：

5.为了解决现有技术的不足，本发明的目的是提供一种软弱地层在役桩基注浆加固材料及其注浆工艺，本发明结合粉土地层地质特点和桩基桩侧注浆加固要求，利用大宗工业固废制备出了桩侧注浆加固注浆材料，实现了对在役桩基桩侧的有效加固。
6.为了实现上述目的，本发明的技术方案为：
7.在本发明的第一方面，提供一种软弱地层在役桩基注浆加固材料，按照重量份计，所述加固材料的原料包括如下组分：高炉矿渣粉40～60份、碱渣20～30、赤泥30～40份、钢渣5～15份、水泥熟料4～12份、脱硫石膏6～10份、碱性激发剂5～20份、膨胀剂1～3份、减水剂0.5～4份、有机纤维3～5份、早强剂0.5～1份。
8.进一步地，所述加固材料的原料还包括水，水灰比为0.6～1。在本发明中，所述水灰比是指水和其他组分的重量比值。
9.进一步地，所述碱渣为铵碱法制碱过程中排放的废渣或者其它工业生产过程排放的碱性废渣。
10.进一步地，所述赤泥为干燥后粉磨的赤泥，其比表面积为500～600m2/kg。
11.进一步地，所述水泥熟料包括：硅酸盐水泥、硫铝酸盐水泥、铁铝酸盐水泥等中的至少一种。
12.进一步地，所述膨胀剂包括：硫铝酸盐类膨胀剂、氧化钙类膨胀剂、复合膨胀剂中的至少一种。本发明通过膨胀剂减少了水泥浆体的收缩产生一定量的膨胀，使得结石体在加固粉土地层后产生膨胀应力，减少了因收缩而产生裂缝和应力，同时使得浆土界面更加密实。
13.进一步地，所述有机纤维包括：聚丙烯单丝纤维、纤维素纤维、聚丙烯网状纤维中的至少一种。
14.进一步地，所述早强剂包括：碳酸锂、甲酸钙中的至少一种。有机纤维和早强剂的加入提高了结石体的早期强度。
15.进一步地，所述激发剂包括：氢氧化钠、水玻璃中的一种或两种。
16.进一步地，所述减水剂包括：聚羧酸减水剂、萘系减水剂、氨基减水剂、三聚氰胺减水剂、脂肪族减水剂中的任一种。其中，如果减水剂为固体，则与固体混合；如果减水剂为液体，则与水先混合。
17.在本发明的第二方面，提供了一种上述软弱地层在役桩基注浆加固材料的制备方法，将碱性激发剂加入水中溶解获得激发剂溶液；将高炉矿渣粉、碱渣、赤泥、钢渣、水泥熟料和脱硫石膏混合均匀获得混合料，向混合料中添加膨胀剂、有机纤维、早强剂混合均匀获得固体料；向固体料中添加激发剂溶液混合均匀；
18.当减水剂为固体时，与固体料混合；当减水剂为液体时，与碱性激发剂分别加入水中。
19.在本发明的第三方面，提供了一种软弱地层在役桩基的注浆工艺，包括如下步骤：
20.s1.对桩基地层水文地质钻探勘查，并进行室内土工试验获得桩侧粉土地层的地质参数；
21.s2.根据地质参数和注浆加固材料的性能确定注浆加固点和加固范围、设计斜注浆孔的直径和角度、确定注浆参数；
22.s3.根据步骤s2获得的数据钻探注浆孔；
23.s4.根据步骤s2获得的注浆参数向步骤s2钻探的注浆孔内进行注浆；
24.其中，步骤s4注浆的材料为上述软弱地层在役桩基注浆加固材料。
25.进一步地，步骤s1中，通过地质钻探和和土工试验明确粉土地层的密度、颗粒级配、含水率、内摩擦角、含砂石量、液塑限等常规参数。
26.进一步地，步骤s1中，包括确定桩基的基本信息。所述桩基的基本信息包括：桩基尺寸、长度、设计承载力等。
27.更进一步地，步骤s1中，包括根据地质参数和确定桩基的基本信息确定注浆加固方案。注浆加固方案包括注浆材料配比和水灰比、注浆压力；通过控制水灰比可以实现浆液在土层中的挤密或劈裂。
28.进一步地，步骤s2中，注浆加固点和加固范围包括加固桩基深度、注浆孔底距离桩基表面的距离、注浆孔与地面角度、注浆孔长度。
29.其中，加固桩基深度即加固点距离桩顶的距离，一般对于粉土地层的摩擦桩加固
上半段可以更有效的提高侧摩阻力，提高桩基承载力，但浅层注浆容易造成地面隆起，因此一般选择加固桩基深度1/3～2/3处，然后完成斜注浆孔的确定。
30.依据材料性能确定注浆加固半径，依据注浆加固半径确定注浆孔底据桩侧距离，一般该距离低于注浆加固半径，同时在桩侧进行三孔或四孔对称注浆加固
31.依据注浆加固深度和加固半径确定注浆孔与地面角度和注浆孔长度。该注浆孔设计工艺核心，斜孔设计可以更好的将注浆压力像桩侧方向进行传导，同时可以有效的防治地面隆起，提高注浆加固高度，更好的起到注浆提高桩侧摩阻力的效果。优选地，所述注浆孔与地面角度为20～60
°
。
32.进一步地，步骤s3中，钻孔方位和倾角误差不大于2
°
；钻孔注浆套管下完后要进行封闭。水泥凝固后进行打压试验，并及时记录试验数据，套管只有封闭打压合格(即套管耐压值不小于注浆设计终压的1.5倍)后方可变径钻进，否则重新封闭打压直至合格。钻孔套管下完并打压合格后，在遇到高压含水层前或在雨季要及时安装防水闸阀。
33.进一步地，步骤s4中，注浆过程采用控压控量双重注浆标准，注单液浆时，同一埋深钻孔注浆量超过单孔注浆量50％或持续注浆30min内压力没有变化，应替换双液注浆；钻探深度达到地下饱和含水层，采用水泥-水玻璃双液浆协同封堵。
34.进一步地，步骤s4中，在第四系回填土浅土层、黏(粘)土层，选用单双液复合式交替注浆方式，控制浆液扩散和留存量。
35.进一步地，步骤s4中，采用小导管(内径为38～50mm)向膜袋注浆，固定孔口管，膜袋绑在注浆管上部2～4米处，防止返浆的同时实现定点定域注浆，小导管向膜袋注浆，膜袋膨胀，使注浆管与周围土层接触紧密，有效防止返浆。
36.相较于现有技术，本发明具有以下有益效果：
37.(1)本发明中的固废基桩基注浆加固材料利用了碱渣和赤泥中的碱在一定程度上激发原料中的活性物质，解决了碱渣和赤泥利用中碱性强的问题，同时大宗、高效的利用固体废弃物，可解决其堆积和环境污染问题。同时通过外加剂体调整，使得材料具有可注性好、凝结时间可调、早期强度高、微膨胀的特点。
38.(2)本发明在桩侧注浆加固中首先使用了斜孔注浆，粉土地层注浆地面隆起是最常见的注浆问题，该设计可以更好的将注浆压力向桩侧方向进行传导，同时可以有效的防治地面隆起，提高注浆加固高度，更好的起到注浆提高桩侧摩阻力的效果。
附图说明
39.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。
40.图1为实施例1的软弱地层在役桩基注浆加固流程图。
具体实施方式
41.下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照常规条件或按照制造厂商所建议的条件。
42.除非另行定义，文中所使用的所有专业与科学用语与本领域熟练人员所熟悉的意
义相同。本发明所使用的试剂或原料均可通过常规途径购买获得，如无特殊说明，本发明所使用的试剂或原料均按照本领域常规方式使用或者按照产品说明书使用。此外，任何与所记载内容相似或均等的方法及材料皆可应用于本发明方法中。本发明中所述的较佳实施方法与材料仅作示范之用。
43.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。
44.针对桩基软弱地层注浆加固要求，本发明提出了针对桩基软弱地层注浆加固要求。
45.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。
46.下列实施例中，钢渣为符合gb/t20941-2006的钢渣粉。
47.下列实施例中，高炉矿渣粉符合gb/t18046-2008的粒化要求。
48.下列实施例中，所述碱渣主要成分为碳酸钙、硫酸钙、氯化钙等钙盐，还含有少量的二氧化硫等成份。
49.下列实施例中，所述赤泥购自山东铝业公司，粉磨至比表面积520m2/kg；所述赤泥是制铝工业提取氧化铝时排出的工业污染废弃物。
50.下列实施例中，所述水泥熟料购自山东顺凯建材公司。
51.实施例1
52.1、一种软弱地层在役桩基注浆加固材料的制备，包括步骤：
53.(1)按照以下比例称取各原料：高炉矿渣粉50重量份、碱渣25重量份、赤泥35重量份、钢渣10重量份、硅酸盐水泥熟料8重量份、脱硫石膏6重量份、碱性激发剂(氢氧化钠)10重量份、膨胀剂(硫铝酸钠)2重量份、聚羧酸减水剂2重量份、聚丙烯单丝纤维4重量份、早强剂(碳酸锂)1重量份；另外，按照水灰比为0.8称取自来水。
54.(2)按照步骤中的原料及其比例制取注浆加固材料：首先将碱性激发剂加入到水中溶解，然后将矿粉、碱渣、赤泥、水泥熟料、脱硫石膏、钢渣混合均匀后加入膨胀剂、聚羧酸减水剂、有机纤维、早强剂再混合均匀，然后加入溶解好的激发剂溶解液搅拌成均匀的浆体，即得注浆材料。
55.测得以上浆液和制得的试块的性能如下：
[0056][0057]
2、一种软弱地层在役桩基注浆工艺，采用本实施例制备的软弱地层在役桩基注浆加固材料为注浆材料，如图1所示，包括如下步骤：
[0058]
s1.通过桩基地层水文地质钻探勘查，并结合室内土工试验明确桩侧粉土地层地质参数，确定桩基的基本信息，为注浆加固设计提供。
[0059]
s2.通过地质参数和浆液性能确定注浆加固点和加固范围，设计斜孔注浆孔的直径和角度,确定注浆参数。
[0060]
s3.通过设计数据进行注浆孔钻探。
[0061]
s4.按照设计的注浆参数进行注浆加固，达到设计要求后，停止注浆。
[0062]
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21m，原有桩基承载力为8100kn。浆液的注浆加固半径为1.2m，因此拟在桩基深7m和10m、距离桩侧1米处进行注浆加固，注浆终压1.5mpa。
[0063]
采用四孔对称注浆，在每个注浆方位上打两个钻孔，第一个钻孔在桩侧8m处45
°
角钻探至桩侧1m深7米处；第一个钻孔在桩侧10m处45
°
角钻探至桩侧1m深10米处。钻孔方位和倾角误差不大于2
°
，钻孔设计采用一级套管结构，采用φ203mm钻头开孔，钻进至5m位置，下入φ159mm孔口管5m，封固套管扫空打压合格后，用φ108mm钻头施工至设计终孔位置。
[0064]
浅层地层注浆时，将注浆压力控制0.4mpa～0.5mpa之间，未发现地面隆起和冒浆等问题。
[0065]
根据《建筑桩基技术规范》jgj 94-2008，注浆结束15d后进行静载试验，得到桩基承载力为12500kn，提升幅度为154.3％，加固效果明显。
[0066]
实施例2
[0067]
1、一种软弱地层在役桩基注浆加固材料的制备，包括步骤：
[0068]
(1)按照以下比例称取各原料：高炉矿渣粉60重量份、碱渣30重量份、赤泥40重量份、钢渣15重量份、铁铝酸盐水泥熟料12重量份、脱硫石膏10重量份、碱性激发剂(水玻璃)20重量份、膨胀剂(氧化钙)3重量份、氨基减水剂4重量份、纤维素纤维5重量份、早强剂(甲酸钙)1重量份；另外，按照水灰比为1.0称取自来水。
[0069]
(2)按照步骤中的原料及其比例制取注浆加固材料：首先将碱性激发剂和氨基减水剂分别加入到不同容器中用水溶解，然后将矿粉、碱渣、赤泥、水泥熟料、脱硫石膏、钢渣混合均匀后膨胀剂、有机纤维、早强剂加入后在混合均匀，然后加入溶解好的激发剂溶解液和减水剂溶解液搅拌成均匀的浆体，即得注浆材料。
[0070]
测得以上浆液和制得的试块的性能如下：
[0071][0072]
2、一种软弱地层在役桩基注浆工艺，采用本实施例制备的软弱地层在役桩基注浆加固材料为注浆材料，包括如下步骤：
[0073]
s1.通过桩基地层水文地质钻探勘查，并结合室内土工试验明确桩侧粉土地层地质参数，确定桩基的基本信息，为注浆加固设计提供。
[0074]
s2.通过地质参数和浆液性能确定注浆加固点和加固范围，设计斜孔注浆孔的直径和角度,确定注浆参数。
[0075]
s3.通过设计数据进行注浆孔钻探。
[0076]
s4.按照设计的注浆参数进行注浆加固，达到设计要求后，停止注浆。
[0077]
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21m，原有桩基承载力为6600kn。浆液的注浆加固半径为1.2m，因此拟在桩基深7m和10m、距离桩侧1米处进行注浆加固，注浆终压1.5mpa。
[0078]
采用四孔对称注浆，在每个注浆方位上打两个钻孔，第一个钻孔在桩侧8m处45
°
角钻探至桩侧1m深7米处；第一个钻孔在桩侧10m处45
°
角钻探至桩侧1m深10米处.钻孔方位和倾角误差不大于2
°
，钻孔设计采用一级套管结构，采用φ203mm钻头开孔，钻进至5m位置，下入φ159mm孔口管5m，封固套管扫空打压合格后，用φ108mm钻头施工至设计终孔位置。
[0079]
浅层地层注浆时，将注浆压力控制0.4mpa～0.5mpa之间，未发现地面隆起和冒浆等问题。
[0080]
根据《建筑桩基技术规范》jgj 94-2008，注浆结束15d后进行静载试验，得到桩基承载力为10600kn，提升幅度为160.6％，加固效果明显。
[0081]
实施例3
[0082]
一种软弱地层在役桩基注浆加固材料的制备，包括步骤：
[0083]
(1)按照以下比例称取各原料：高炉矿渣粉40重量份、碱渣20重量份、赤泥30重量份、钢渣5重量份、硫铝酸盐水泥熟料4重量份、脱硫石膏8重量份、碱性激发剂(氢氧化钠)5重量份、膨胀剂(硫铝酸钠)1重量份、三聚氰胺减水剂0.5重量份、聚丙烯网状纤维3重量份、早强剂(碳酸锂)0.5重量份；另外，按照水灰比为0.6称取自来水。
[0084]
(2)按照步骤中的原料及其比例制取注浆加固材料：首先将碱性激发剂加入到水中溶解，然后将矿粉、碱渣、赤泥、水泥熟料、脱硫石膏、钢渣混合均匀后加入膨胀剂、三聚氰胺减水剂、有机纤维、早强剂再混合均匀，然后加入溶解好的激发剂溶解液搅拌成均匀的浆体，即得注浆材料。
[0085]
测得以上浆液和制得的试块的性能如下：
[0086][0087]
2、一种软弱地层在役桩基注浆工艺，采用本实施例制备的软弱地层在役桩基注浆加固材料为注浆材料，包括如下步骤：
[0088]
s1.通过桩基地层水文地质钻探勘查，并结合室内土工试验明确桩侧粉土地层地质参数，确定桩基的基本信息，为注浆加固设计提供。
[0089]
s2.通过地质参数和浆液性能确定注浆加固点和加固范围，设计斜孔注浆孔的直径和角度,确定注浆参数。
[0090]
s3.通过设计数据进行注浆孔钻探。
[0091]
s4.按照设计的注浆参数进行注浆加固，达到设计要求后，停止注浆。
[0092]
进一步地，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21m，原有桩基承载力为6000kn。浆液的注浆加固半径为1.2m，因此拟在桩基深7m和10m、距离桩侧1米处进行注浆加固，注浆终压1.5mpa。
[0093]
采用四孔对称注浆，在每个注浆方位上打两个钻孔，第一个钻孔在桩侧8m处45
°
角钻探至桩侧1m深7米处；第一个钻孔在桩侧10m处45
°
角钻探至桩侧1m深10米处。钻孔方位和倾角误差不大于2
°
，钻孔设计采用一级套管结构，采用φ203mm钻头开孔，钻进至5m位置，下入φ159mm孔口管5m，封固套管扫空打压合格后，用φ108mm钻头施工至设计终孔位置。
[0094]
浅层地层注浆时，将注浆压力控制0.4mpa～0.5mpa之间，未发现地面隆起和冒浆等问题。
[0095]
根据《建筑桩基技术规范》jgj 94-2008，注浆结束15d后进行静载试验，得到桩基承载力为11200kn，提升幅度为186.7％，加固效果明显。
[0096]
实施例4
[0097]
一种软弱地层在役桩基注浆工艺，采用实施例1制备的软弱地层在役桩基注浆加固材料为注浆材料，包括如下步骤：
[0098]
s1.通过桩基地层水文地质钻探勘查，并结合室内土工试验明确桩侧粉土地层地质参数，确定桩基的基本信息，为注浆加固设计提供。
[0099]
s2.通过地质参数和浆液性能确定注浆加固点和加固范围，设计斜孔注浆孔的直径和角度，确定注浆参数。
[0100]
s3.通过设计数据进行注浆孔钻探。
[0101]
s4.按照设计的注浆参数进行注浆加固，达到设计要求后，停止注浆。
[0102]
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21m，原有桩基承载力为6200kn。浆液的注浆加固半径为1.2m，因此拟在桩基深7m和10m、距离桩侧1米处进行注浆加固，注浆终压1.5mpa。
[0103]
采用四孔对称注浆，在每个注浆方位上打两个钻孔，第一个钻孔在桩侧8m处45
°
角钻探至桩侧1m深7米处；第一个钻孔在桩侧10m处45
°
角钻探至桩侧1m深10米处。钻孔方位和倾角误差不大于2
°
，钻孔设计采用一级套管结构，采用φ203mm钻头开孔，钻进至5m位置，下入φ159mm孔口管5m，封固套管扫空打压合格后，用φ108mm钻头施工至设计终孔位置。
[0104]
浅层地层注浆时，将注浆压力控制0.4mpa～0.5mpa之间，未发现地面隆起和冒浆等问题。
[0105]
根据《建筑桩基技术规范》jgj 94-2008，注浆结束15d后进行静载试验，得到桩基承载力为11000kn，提升幅度为177.4％，加固效果明显。
[0106]
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，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。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。