樁基工程缺陷補(bǔ)樁施工技術(shù)研究

宓佳辰

摘 要： 某工程至於潛段改建工程樁基自檢使用設(shè)備檢測發(fā)現(xiàn)剖面多個測點聲參量存在異常，徑向或深度形成大區(qū)域，反饋波形畸形問題嚴(yán)重，無法檢測首波，很多測點聲速比低限值低，表明樁基工程有問題。開挖后發(fā)現(xiàn)項目x318分離橋A7-4樁底17 m處有缺陷。以樁基工程缺陷補(bǔ)樁施工技術(shù)研究為目的，結(jié)合實例分析樁基補(bǔ)強(qiáng)方法。在補(bǔ)樁后經(jīng)過檢測得知樁基承載力達(dá)標(biāo)，符合設(shè)計規(guī)定。

關(guān)鍵詞： 樁基工程 工程缺陷 補(bǔ)樁施工技術(shù) 設(shè)備檢測

中圖分類號： U41文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A文章編號： 1679-3567（2024）01-0036-03

1 項目介紹

某工程至於潛段改建工程分為主線段和於潛互通連接線段，主線全長26.491 km，樁號范圍（K0+030.942—K26+529.772）；起點位于杭徽高速公路玲瓏互通附近順接老329國道，由東向西沿杭徽高速北側(cè)布設(shè)，途經(jīng)玲瓏街道、天目山鎮(zhèn)、於潛鎮(zhèn)，終點位于於潛鎮(zhèn)北側(cè)，與規(guī)劃305省道與現(xiàn)狀329國道交叉。工程使用鉆孔灌注樁樁型，樁端持力層為4層圓礫巖，樁徑800 mm，應(yīng)用樁底后注漿技術(shù)，灌注樁的豎向承載力為4 000 kN。

挖掘基坑土方的過程中，技術(shù)人員發(fā)現(xiàn)在項目的主體樁身周圍出現(xiàn)了鋼筋籠上浮的情況，之后使用檢測設(shè)備對缺陷工程檢測，得到某深度范圍存在多個剖面聲參量嚴(yán)重異常問題，并且在深度或徑向形成了很大的區(qū)域，嚴(yán)重畸變的波形導(dǎo)致無法檢測首波，許多測點聲速比低限值低，檢測結(jié)果如圖1所示。

之后使用小應(yīng)變動測檢測樁身，得出1 990 kN樁有缺陷。該樁標(biāo)號為x318分離橋A7-4，樁底17 m處有缺陷問題。預(yù)計設(shè)計的該樁承載力應(yīng)達(dá)到4 000 kN，實際承載力僅有50%，不足以支撐使用要求。因為項目基坑早已挖掘到設(shè)計標(biāo)高部位，且已經(jīng)完成部分基礎(chǔ)墊層和鋼筋混凝土支撐梁，所以無法直接在基坑內(nèi)使用鉆孔灌注樁機(jī)作業(yè)。結(jié)合項目地質(zhì)情況，綜合考慮樁基補(bǔ)強(qiáng)、工期、施工條件等因素，最終決定使用局部回土補(bǔ)樁方法施工。

2 地質(zhì)條件

基于上文的基本情況介紹，可推測該工程地形結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜。結(jié)合鉆探結(jié)果了解到，工程地質(zhì)區(qū)共由11個工程地質(zhì)亞層與4個工程地質(zhì)層組成。

3 樁基缺陷原因分析

根據(jù)對周圍地質(zhì)環(huán)境以及缺陷樁基的檢查，得出因為作業(yè)現(xiàn)場的地基土性質(zhì)比較差，強(qiáng)度不足，所以影響了工程施工效果。樁基設(shè)計時壁厚130 mm，樁長17.5 m，Φ800。場地本身的底層分布并不均勻，打樁時十分困難，所以采取了截樁處理辦法，使一些樁標(biāo)高不達(dá)標(biāo)。

巖溶地區(qū)的樁基問題通常表現(xiàn)為混凝土缺陷、承載力不足、夾泥、樁徑改變、斜樁彎樁、樁底有過后沉渣。樁身質(zhì)量缺陷處理中，常用重新成樁、補(bǔ)樁法、高壓注漿法、接樁法等方式[1]。

本次作業(yè)中混凝土存在蜂窩面、樁身有局部夾泥，另外樁底還有過厚的沉渣。根據(jù)調(diào)查得知原因如下：在下放鋼筋籠的過程中孔壁土體出現(xiàn)了垮塌現(xiàn)象，而且清孔作業(yè)不夠徹底，混凝土灌注中沒有灌注足夠的混凝土量，無法沖起所有的沉降渣。此外，樁身的局部夾泥問題和周圍環(huán)境有關(guān)[2]。樁基周圍有著過厚的砂層，并且周圍地層比較差。澆筑混凝土期間周圍土體垮塌，導(dǎo)致很多土體進(jìn)入混凝土漿液，出現(xiàn)溝槽與夾泥現(xiàn)象。

4 補(bǔ)樁難點分析

因為基坑早已開挖到設(shè)計標(biāo)高，已經(jīng)完成部分墊層作業(yè)，露出部分樁頭，所以直接安排大型機(jī)械設(shè)備進(jìn)入會破壞暴露樁頭，且有可能會出現(xiàn)大量承壓水涌入。故最終決定先回填部分土方，隨后再進(jìn)行補(bǔ)樁。補(bǔ)樁方案的確定需結(jié)合回土厚度條件[2]。回填土如果量較少，將會面臨突然涌入承壓水問題，回填土如果量過多，則會產(chǎn)生比較大的代價。

5 補(bǔ)樁作業(yè)操作方法

5.1 創(chuàng)建樁土模型計算樁基缺陷與形式對樁應(yīng)力影響

使用有限元模型對同位置樁基缺陷進(jìn)行模擬，分別從全斷面缺陷、環(huán)形缺陷與扇形缺陷的角度出發(fā)，將缺陷位置看作控制變量，尋找各種類型缺陷對于樁基的不利影響。模擬缺陷中使用更換樁基局部參數(shù)資料的方式，即使用原樁基時，使用不同的材料替換方式。全斷面缺陷模擬中直接更換斷面缺陷半米范圍內(nèi)所有混凝土[3]。環(huán)形缺陷替換中，將樁體作為原點，加載半米替換高度。扇形缺陷模擬中，加載半米扇形區(qū)域缺陷。缺陷部位材料模擬數(shù)據(jù)為，泊松比0.23，彈性模量10 MPa。通過橫向?qū)Ρ炔煌毕莸贸鲇嬎憬Y(jié)果，如表1所示。

從結(jié)果可以了解到，有缺陷樁基面對外部荷載條件時，樁體內(nèi)部將會承載極大壓力，增加樁體變形問題，影響樁基的承載能力，導(dǎo)致樁基不再可靠與安全。通過對三種缺陷模擬，確定樁基底部缺陷最容易影響樁基，容易有樁基變形問題的出現(xiàn)。同一位置缺陷條件下，環(huán)境缺陷會產(chǎn)生非常大的影響力[4]。如果為樁基下部出現(xiàn)扇形缺陷，會對樁身造成不利影響。

5.2 模擬分析缺陷樁基

使用有限元軟件創(chuàng)建缺陷樁加固模型，對各種加固補(bǔ)強(qiáng)方法受力性能變化狀況進(jìn)行計算。模擬加固中使用的方法包括增強(qiáng)補(bǔ)樁法、增大截面法、注漿法加固[5]。注漿加固中需要從注漿量與注漿位置兩個角度考慮問題。隨后，對比原設(shè)計與處理后樁基在同地質(zhì)環(huán)境條件的受力性能，獲得更加有效的加固方法。

5.2.1 增大截面

使用有限元軟件增大樁基界面，增大補(bǔ)強(qiáng)中采用C30混凝土材料，鋼筋選擇的型號為HRB335 Φ25 mm鋼筋。

5.2.2 增強(qiáng)補(bǔ)樁

即樁基托換，常用在有著比較深缺陷的樁身。通過計算以后，當(dāng)樁身強(qiáng)度使用性能不符合規(guī)定，無法滿足正常使用時就可以使用斷樁處理辦法。這種方法效果良好、成本高。模擬試驗中使用PC管樁，每根管樁長20 m，直徑40 cm，模擬缺陷樁的斷裂現(xiàn)象，并計算增加增強(qiáng)補(bǔ)樁以后的樁承載力。

5.2.3 注漿加固

使用有限元模型對注漿體、樁側(cè)土、樁基進(jìn)行模擬，使用元計算模型替代加固模型。注漿的漿體為高標(biāo)號硅酸鹽水泥，結(jié)合試驗數(shù)據(jù)最終確定加固后漿體強(qiáng)度30 MPa。設(shè)樁側(cè)黏土的樁泊松比0.35，彈性模量18 MPa。

增大截面法、增強(qiáng)補(bǔ)樁法與注漿法在缺陷樁處理中屬于常用技術(shù)，可以有效應(yīng)對缺陷裝應(yīng)力問題。

5.3 設(shè)計補(bǔ)樁

結(jié)合前文實驗結(jié)果，最終決定使用注漿加固的方式。正式操作前需要先對樁位進(jìn)行測量，確定樁缺陷程度、范圍與類型，提前做好預(yù)處理方案的制訂，并準(zhǔn)備好注漿用的材料和相關(guān)設(shè)備。完成工程實際樁位測定之后將數(shù)據(jù)交給設(shè)計單位，以防補(bǔ)樁作業(yè)中導(dǎo)致原有工程樁受損。在設(shè)計單位復(fù)核后，確認(rèn)施工方案，并按照靜載試驗結(jié)果確定原樁承載力為3 650 kN。因為本次的補(bǔ)樁樁距比較近，所以不考慮后續(xù)樁側(cè)阻力，最終決定補(bǔ)充適量的樁，總計補(bǔ)充3根豎向承載力為4 000 kN、材料為C35混凝土、樁徑為800 mm的樁。

5.4 準(zhǔn)備工序

5.4.1 控制承壓水

考慮到承壓水本身的特性，最終決定使用治、排、堵、防配合的方式，施工前在補(bǔ)樁點旁邊設(shè)置深井降水，使用泥漿封堵鉆孔，以防承壓水大量涌入。因為承壓水屬于流體，故為實現(xiàn)承壓水運動的完整描述，使用兩個熱力學(xué)參量與三個速度分量。其中流體熱力學(xué)狀態(tài)使用焓和熵，熱力學(xué)參數(shù)為溫度、壓強(qiáng)與密度[5]。考慮到現(xiàn)場作業(yè)條件，操作中使用連通器模型表示樁孔泥漿和承壓水關(guān)系。泥漿重力勢能等同于承壓水重力勢能。因為二者在相同區(qū)域，所以有著相同的重力加速度。根據(jù)檢測得知，項目地點補(bǔ)樁泥漿面標(biāo)高為-13 m，承壓水的水位處于-7.2 m，于是使用36 m試樁時，每平米需要使用1 150 kg泥漿。承壓水除了擁有重力勢能，還需要考慮泥漿護(hù)壁，故最終決定每平米泥漿密度需達(dá)到1 400 kg。配置泥漿時使用原土，嚴(yán)格監(jiān)督鉆孔期間的泥漿密度，每鉆進(jìn)10 m進(jìn)行一次泥漿密度檢測。補(bǔ)樁作業(yè)中使用降水井配合工作，鉆孔位置確定之后設(shè)置擋水設(shè)施以防承壓水涌入四周。

5.4.2 回填土方

作業(yè)前需要先保護(hù)暴露的工程樁樁頭，通過磚砌的方式保護(hù)工程樁之后回填土。使用局部回土的方法，樁回填深度控制在3～6 m即可。

5.4.3 接樁

首先，順著樁基孔壁設(shè)置取芯點，在內(nèi)徑基線中選擇芯點中心，取芯直徑170 mm，以垂直的角度向下取芯，樁芯取出500 mm。取完外周樁芯后，中間樁芯出現(xiàn)環(huán)形臨空面。

其次是中間砼芯的鉆取。順著樁的半徑進(jìn)行鉆取，為降低整體破除難度，采用劃分樁芯混凝土的方式，便于起裂混凝土。

之后用風(fēng)鎬打孔，在巖體中使用風(fēng)鎬鉆眼，將鋼楔打進(jìn)鉆眼。使用錘子猛擊鋼楔，順著樁基徑將鋼楔送入風(fēng)鎬鉆的孔洞，靠大錘錘擊沖擊力，拉裂混凝土。隨后人工配合電動卷揚機(jī)裝渣、出渣。

最后是樁孔壁鑿毛。因為水磨鉆的鉆筒半徑比較小，所以鉆心時為確保樁徑大小合適，操作中使用風(fēng)鎬鑿毛。應(yīng)用鎖口護(hù)樁方式，糾正鉆孔偏差量，確保后期接樁質(zhì)量與施工安全。

5.4.4 補(bǔ)樁

以現(xiàn)場條件使用小型樁機(jī)準(zhǔn)備施工，選擇在鋼筋混凝土支撐梁的下方進(jìn)行作業(yè)，其余部分使用旋挖樁機(jī)保障作業(yè)效率。完成工程樁作業(yè)之后立刻注漿，全過程旁站管理注漿，確保注漿效果達(dá)標(biāo)。

作業(yè)前需要先將樁身預(yù)留注漿孔口清理干凈。之后使用噴砂、打磨等方法將混凝土表面污垢和松散部分去掉，保障混凝土可以和注漿材料充分結(jié)合。注漿施工時，嚴(yán)格按照預(yù)期計劃鉆孔，之后設(shè)置注漿孔。根據(jù)使用需要選擇注漿方式，包括全孔注漿與分層注漿。注漿期間嚴(yán)格控制流量和壓力，隨時調(diào)整，確保注漿材料可以順利進(jìn)入到缺陷樁的內(nèi)部，將內(nèi)部空洞與裂縫填滿，讓注漿材料能夠和樁體緊密結(jié)合。在注漿材料徹底固化以后再對注漿孔口進(jìn)行清理，將其表面修理平整，讓樁表面同地面平齊。

6 結(jié)語

采取回土補(bǔ)樁方式可以有效保障工程整體施工效果，消除工程隱藏危險。試驗結(jié)果證明：增補(bǔ)工程樁可以提高工程整體效果，滿足預(yù)期設(shè)計要求，并且后期補(bǔ)樁并不會擾動周邊樁基的土體，可以確保樁身的完整性。本次補(bǔ)樁工作雖然有著比較長的工期，但優(yōu)點在于風(fēng)險可控、質(zhì)量好、結(jié)構(gòu)安全整體十分可靠，可以消除質(zhì)量隱患。現(xiàn)如今鉆孔灌注樁有著廣泛使用，不過施工質(zhì)量控制比較難。本次案例可供業(yè)內(nèi)人士面對樁基有缺陷時參考，尤其是在土方開挖與支撐梁已經(jīng)完成的工程，面對承壓水以及坑內(nèi)外高差時，使用本項目的補(bǔ)樁經(jīng)驗，能夠獲得很好的施工效果。

參考文獻(xiàn)

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