注漿加固法在樁基缺陷處理中的工程應(yīng)用實(shí)例

張 偉 （安徽省水利水電勘測設(shè)計(jì)研究總院有限公司，安徽 合肥 230088）

1 工程概況

低壟圩橋?yàn)槌埠h(huán)湖防洪治理工程中一座交通橋，采用裝配式后張法預(yù)應(yīng)力混凝土簡支空心板橋，橋梁正交，共三跨，跨徑組合為3×16m，橋?qū)?m。設(shè)計(jì)汽車荷載為公路-Ⅱ級(jí)。上部結(jié)構(gòu)為16m預(yù)應(yīng)力混凝土空心板，采用后張法，橫向每跨4片梁板布置，板高80cm，邊、中板底寬1.24m，邊板懸臂0.505m。結(jié)構(gòu)體系為簡支結(jié)構(gòu)，橋面連續(xù)。下部結(jié)構(gòu)采用樁柱式墩及柱式臺(tái)。柱徑1.3m，橋墩樁徑1.4m，橋臺(tái)樁徑1.2m，樁基均采用鉆孔灌注樁，每個(gè)橋臺(tái)、橋墩均設(shè)置兩根樁基。

2 地質(zhì)概況

勘探深度內(nèi)揭露的土層為填土、重粉質(zhì)壤土、全～強(qiáng)風(fēng)化砂質(zhì)泥巖。鉆孔揭露的地層：填土，以中～輕粉質(zhì)壤土為主，濕，灰黃色，軟可塑。層厚1.5～5.5m，層底高程8.8～7.69m。5層重粉質(zhì)壤土（Q），黃、灰黃、褐灰等色，濕，可塑～硬塑，夾含鐵錳結(jié)核及灰白色。層厚8.3～10.5m，層底高程0.17～-11.70m。7-1層全～強(qiáng)風(fēng)化砂質(zhì)泥巖（J），棕紅等色，芯樣呈短柱狀，結(jié)構(gòu)較致密，本層未揭穿，揭露最大厚度5.0m,最低層底高程-6.41m。根據(jù)《中國地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖》（GB18306-2015），本區(qū)基本地震動(dòng)峰值加速度為0.10g，相應(yīng)的地震基本烈度為Ⅶ度。

3 樁基檢測情況

低壟橋樁基由第三方檢測單位進(jìn)行檢測，共檢測了4個(gè)橋臺(tái)樁基和4個(gè)橋墩樁基，其中橋臺(tái)1-1和橋墩1-2、2-1、2-2的樁基完整性檢測不能滿足規(guī)范要求，根據(jù)《公路工程基樁檢測技術(shù)規(guī)程》判定為Ⅲ類樁。

4 樁基缺陷原因分析

根據(jù)檢測報(bào)告，樁基的缺陷均集中在樁基底端，分析原因可能有如下：

①在樁基灌注混凝土開始之前由于清孔不滿足規(guī)范要求導(dǎo)致樁底沉渣較厚，從而引起樁基的質(zhì)量缺陷；

②首次灌注混凝土量不夠，施工時(shí)樁基封底不好，造成樁底混凝土夾泥、樁底混凝土離析不密實(shí)等缺陷；

③孔內(nèi)泥漿沒有充分置換，或者施工過程較長、施工工序之間的銜接不緊密，清孔結(jié)束到樁基混凝土灌注的時(shí)間間隔偏長，施工方忽略二次清孔的重要性，也是可能造成孔底沉渣厚度過大的主要原因。

5 樁基承載力復(fù)核

本橋樁基按照摩擦樁設(shè)計(jì)，根據(jù)《公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》計(jì)算。復(fù)核現(xiàn)狀缺陷樁基的承載力時(shí)，不考慮規(guī)范計(jì)算公式中樁端承載力的貢獻(xiàn)，計(jì)算樁基側(cè)阻力不考慮缺陷長度部分。

對(duì)支承在土層中的鉆（挖）孔灌注樁，其單樁軸向受壓承載力特征值Ra可按下列公式計(jì)算：

其中樁端承載力不考慮，缺陷位置樁長側(cè)阻力不計(jì)入。經(jīng)復(fù)核缺陷樁單樁軸向受壓基承載力均不能滿足設(shè)計(jì)要求。

6 缺陷樁基加固方案

對(duì)于樁端缺陷，通常可采取注漿加固及補(bǔ)樁的方案。

補(bǔ)樁方案要求棄用缺陷樁，在原樁基附近重新補(bǔ)樁，并加長加大樁頂蓋梁。該方案可以較為精確地計(jì)算出樁基、蓋梁受力情況，根據(jù)計(jì)算確定補(bǔ)樁長度、蓋梁尺寸及配筋等，安全可靠，加固效果可控。但此方案存在著造價(jià)高經(jīng)濟(jì)性差、施工周期長、加長的蓋梁外漏影響美觀等問題。

注漿加固方案具有施工快速便捷、造價(jià)低、不影響橋梁外觀等優(yōu)勢，但也存在著加固效果不可控，受地質(zhì)條件、施工方案等影響較大的缺點(diǎn)。結(jié)合本橋梁具體情況，經(jīng)過論證分析，最終采用注漿加固方案。本項(xiàng)目經(jīng)檢測及分析，造成樁底缺陷的原因主要是樁底沉渣過厚及樁底灌注混凝土質(zhì)量差，因此擬采用水泥漿液注漿加固樁底土體，改善樁端土體與樁體質(zhì)量，使樁端土體與樁體共同作用以提高樁基承載能力。

6.1 鉆孔注漿法加固方案

從樁頂開始豎向打孔，直至樁底，成孔后放置注漿管，清孔，注入水泥漿，加固樁底沉渣和樁側(cè)泥皮。

①主要流水作業(yè)施工過程：施工準(zhǔn)備→定位孔位、鉆孔→埋置孔口注漿管→高壓清水清洗（旋轉(zhuǎn)噴射）→廢渣清理→缺陷樁基段高壓注漿→孔口補(bǔ)漿→孔口壓漿→施工現(xiàn)場清理。

②主要施工機(jī)具設(shè)備：高壓泵（壓力35MPa）1臺(tái)套、鉆機(jī)（鉆芯、旋噴兩用）1臺(tái)套、空氣壓縮機(jī)1臺(tái)、配漿箱2個(gè)、鉆桿及高壓膠管噴射器等一批。

③主要注漿施工參數(shù)：注漿加固需以合理的注漿加固設(shè)計(jì)為基礎(chǔ)。為確保缺陷樁基注漿加固施工有效、合理，需仔細(xì)地分析樁基缺陷情況與缺陷產(chǎn)生原因、詳盡的調(diào)查樁基所在位置水文地質(zhì)條件、周圍環(huán)境、施工條件等，設(shè)計(jì)注漿漿液的種類，通過試注漿確定注漿壓力、配比等參數(shù)。擬采用水泥漿液注漿加固樁底土體，使水泥為P.O 42.5，水灰比為1比1-1.2，水灰比在注漿開始時(shí)采用較大值，逐漸減小水灰比，采取先稀后濃配制漿液的原則。為提高水泥漿的流動(dòng)性及和易性，需加入防水劑，摻入量取水泥用量的1%。水泥漿配制時(shí)需留下試件取樣。

④鉆孔：在缺陷樁樁身內(nèi)鉆3個(gè)注漿孔，孔徑4.3cm，孔位避開聲測管和主筋，中心距離樁基外緣20cm，均勻布置。在鉆進(jìn)過程中必須保證垂直度，確保鉆孔與樁基軸線平行，防止鉆孔偏斜，碰觸樁基鋼筋或者穿出樁基，其鉆孔深度比樁長深0.5m。圖中A、B、C為樁基聲測管位置，1、2、3為注漿孔位置。

樁基注漿孔孔位示意圖

⑤清孔：注漿孔完成鉆孔后，分別從各個(gè)注漿孔中放入高壓噴射注漿管，在樁基底端缺陷部分，進(jìn)行上下往復(fù)的高壓旋轉(zhuǎn)噴射清洗，清洗的范圍從缺陷部分往下0.5m。噴射清洗時(shí)需緩慢勻速進(jìn)行，噴管提升速度控制在10cm/min，旋進(jìn)速度控制在20轉(zhuǎn)/min。樁基缺陷部位可認(rèn)定已打通的標(biāo)準(zhǔn)為：其中一孔進(jìn)行清洗的同時(shí)，另一孔中有水溢出。此時(shí)可更換另外二孔進(jìn)行相同清洗操作，直到所有注漿孔全部貫通方可。鉆孔之間相互貫通后，注入清水，在壓力水循環(huán)的作用下將孔中廢渣排出。當(dāng)孔口出水由渾濁變清澈時(shí)，可換其他鉆孔重復(fù)以上操作，直到所有的孔口出水都為清澈水流時(shí)，鉆孔清洗工作方為結(jié)束。

⑥注漿：鉆孔清理完畢后，根據(jù)初步設(shè)計(jì)的注漿配合比配制水泥漿液。漿液配制需嚴(yán)格控制各成分的參量，攪拌均勻，同時(shí)做好操作記錄、留好試件。

漿液配置完成并且各項(xiàng)指標(biāo)均滿足要求，將水泥漿加壓注入1#孔，與此同時(shí)，打開2#、3#孔，通過壓力注漿置換出各管內(nèi)的清水，直至漿液從管內(nèi)往外翻，并排掉100L漿液為止。然后打開1#、3#孔，再將水泥漿液壓注入2#孔內(nèi)，待漿液從孔中均勻排出，配置的漿液與排出的漿液成分基本相同。最后再將水泥漿壓注入3#孔，重復(fù)以上操作。

注漿過程中詳細(xì)記錄水泥用量、注漿量、持續(xù)的時(shí)間、壓力泵泵壓。停止送漿標(biāo)準(zhǔn)：若出現(xiàn)泵壓自動(dòng)增高、不進(jìn)漿或漿液從樁周溢出的現(xiàn)象，則維持穩(wěn)定20min后，可停止送漿。待注漿管內(nèi)壓力逐漸釋放降低，方能卸開孔口連接管絲扣，提出注漿管。注漿管提出后須立即用清水沖洗干凈，同時(shí)需在注漿孔內(nèi)灌滿水泥漿，并從孔口投入適量集配碎石，控制碎石最大粒徑不大于1.5cm，同步使用鋼筋進(jìn)行上下攪動(dòng)使碎石與水泥漿充分?jǐn)嚢杈鶆颉?/p>

⑦關(guān)注、分析注漿過程變化，確保注漿效果：隨著注漿的進(jìn)行，水泥漿的注入逐步改變樁端土體狀態(tài)，注入速率、注漿壓力、注漿量、漿液稠度在注漿過程中都是動(dòng)態(tài)變化的，因此需要合理地控制其變化以提高注漿的效果。隨著水泥漿的逐步注入，即注入漿液量逐步增加，而注漿壓力亦隨之逐漸增大。在注漿過程中如果出現(xiàn)注漿壓力異常下降的現(xiàn)象，極大可能發(fā)生了局部漏漿或漏氣，應(yīng)及時(shí)檢查注漿管道是否損壞，如有損壞應(yīng)及時(shí)更換，如果管道正常，則可能是樁基周圍出現(xiàn)了裂隙，則應(yīng)及時(shí)向漿液中摻入防水劑，采取多次注漿、間歇注漿的注漿方式以保證注漿質(zhì)量。

⑧施工注意事項(xiàng)

鉆孔準(zhǔn)備階段：要精確定位鉆孔位置，安裝鉆孔設(shè)備要保證平穩(wěn)、牢靠，設(shè)備機(jī)座必須安裝水平、立軸必須保證垂直，孔位、立軸、天車三點(diǎn)在一條直線上，以確保鉆孔垂直不偏移。

鉆孔階段：鉆進(jìn)過程要控制穩(wěn)定，將混凝土芯樣取出后整齊地?cái)[放在平整的地面上，按回次從上到下、從左到右順序擺放，對(duì)缺陷段芯樣尤其要注意芯樣的取出與保存。在操作同時(shí)做好詳細(xì)的施工記錄，準(zhǔn)確記錄缺陷段的范圍與深度。

清孔階段：應(yīng)嚴(yán)格地按照設(shè)計(jì)的旋轉(zhuǎn)與提升速度進(jìn)行，對(duì)樁基缺陷段進(jìn)行較為徹底地噴射、清渣，以保證孔底的沉渣符合要求，并實(shí)測孔深。

漿液配制階段：要保證外加劑與水泥的質(zhì)量，對(duì)漿液的比重隨時(shí)測定，嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)要求配制漿液濃度。為避免漿液中混入水泥袋屑等其他雜物，應(yīng)通過14×14～18×18目篩孔。應(yīng)在初凝時(shí)間內(nèi)將配制的漿液用完，不得隔日使用或摻水泥后再用。

樁基后注漿施工需滿足《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》相關(guān)要求。

6.2 注漿加固質(zhì)量檢查和驗(yàn)收

①后注漿施工完成后應(yīng)提供水泥材質(zhì)檢驗(yàn)報(bào)告、壓力表檢定證書、試注漿記錄、設(shè)計(jì)工藝參數(shù)、后注漿作業(yè)記錄、特殊情況處理記錄等資料；

②在樁身混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)要求的條件下，承載力檢驗(yàn)應(yīng)在后注漿20d后進(jìn)行，漿液中摻入早強(qiáng)劑時(shí)可于注漿15d后進(jìn)行。

7 結(jié)語

經(jīng)第三方檢測單位通過靜載試驗(yàn)檢測，缺陷樁基經(jīng)注漿加固后單樁承載力滿足要求。

注漿加固法具有造價(jià)低、工期短、不影響外觀等優(yōu)勢，在實(shí)際工程中，樁基出現(xiàn)缺陷的狀況時(shí)有發(fā)生，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況選用加固處理方案，本工程項(xiàng)目的成功案例為缺陷樁基的加固處理提供了較好的參考。