质量缺陷桩基的补强施工

                        苏维才，金华山

        (佛山市高明区路桥建设有限公司，广东佛山  528000) 

    摘  要：介绍了某大桥桩基底部存在的主要缺陷，说明了对缺陷桩基的补强施工及高压水旋喷切割注浆补强方案，并进行了效益分析。

    关键词：桥梁；桩基；补强；注浆；质量缺陷

    珠江三角洲某跨内河大桥长1 148．98m，宽15m。桥梁桩基均为钻孔灌注桩，由于该桥地质情况复杂，粉细砂层很厚，一般都在20m以上，最厚达到30多m，造成桩基成孔、清孔困难，以致个别桩基清孔时泥浆指标控制不好，钢筋笼下沉就位后沉淀(粉细砂)较厚，甚至采用导管二次清孔后仍无法完全清除钢筋笼底部的沉淀，从而造成桩基质量缺陷。超声波检测发现，15＃—A桩(陆地桩基)、2＃—F桩(水中桩基)、22＃—C桩(水中桩基)桩底有明显质量缺陷，需进行补强处理。这3根桩均为∮5m嵌岩桩，缺陷部位均在岩面以下，经分析研究，决定对缺陷部位进行高压水旋喷切割和气举清渣后再注浆、压浆补强。

1  高压水旋喷切割注浆补强

1．1  补强原理

    通过在桩基缺陷部位钻补强孔，利用高压旋喷水将缺陷部位的松散砼及沉渣切割，并利用气举清渣原理清出缺陷部位松散砼及沉渣等杂物，然后将旋喷注浆管下沉至补强孔底部进行高压旋喷注浆，最后再进行压力压浆。为确保补强质量，要求对每个补强孔均进行高压水旋喷切割、气举清渣及高压旋喷注浆。

I．2  补强施工程序及技术要求

1．2．1  钻孔抽芯，埋设井口工作管

    根据超声波检测报告及桩基抽芯情况，在桩基内增加l～2个钻孔作为补强孔，确保有2个钻孔钻到桩底缺陷部位，使补强孔在桩基缺陷部位形成通路，然后在这2个钻孔孔口位置按补强压浆的要求埋设井口工作管。管径采用13cm钢管并加焊钢筋，用水泥砂浆埋置好，使气举清渣清出的杂物不回流及在压力注浆时不松不漏。

1．2．2  高压水旋喷切割

    用XY—1钻机将钻县及喷头分别下人每个钻孔缺陷部位，使用2JB—30型高压泥浆泵提供28MPa以上高压清水，对所有补强孔进行高压旋喷切割，反复多次直到返水较清澈为止，并使2个补强孔连通。为保证切割清洗质量，切割范围在缺陷段深度上下各延伸50cm，同时考虑到补强孔较少及分布不合理等因素，尽量加大压力，延长切割时间。

1．2．3  气举清渣

    在一个补强孔下人风管，接上风压机，同时在另一补强孔继续切割，并加入清水。风压机提供排量为3m3／min、压力为0．7MPa的压缩空气，通过风压机将水、渣、气、液、固体混合物清出，分别对各孔进行气举清渣。

1．2．4  造浆和旋喷注浆

    采用525斡水泥制作水灰比为0．8的水泥浆。分别在每个补强孔放人旋喷注浆管，管深至孔底，在补强孔缺陷部位高压旋喷水泥浆，利用反推法将水排出。旋喷注浆压力为25MPa，水泥浆水灰比为0．5—0．8。

1．2．5  压力注浆

    盖好井口管，接好开关及高压管线，将水灰比为0．5的浓水泥浆挤压进孔内，两孔分别进行，并维持压力(1MPa)超过30min以上。

1．2．6  复  测

    请检测单位进行复测，复测质量达到Ⅱ类桩标准后，可交付使用；否则，应重新处理。

2  桩基补强施工

2．1  15#—A桩补强施工

2．1．1  15＃—A桩的缺陷情况

    15＃—A桩桩长44．07m，桩身砼标号C30，人岩深度2，61m，超声波检测评定为Ⅲ类桩。该桩共抽6个抽芯孔，其中2#、3＃孔抽至桩底，其它均偏出桩外。抽芯发现2并孔在孔深42．27～42．97m处砼离析破碎，3＃孔描至桩腐砼芯质量较好，并无沉渣，判定该桩存在部分缺陷，需作补强处理。

2．1．2  补强过程

    1)选择补强孔。根据抽芯资料，除2＃、3＃。孔抽至桩底外，其它均抽出桩外，个别孔接近桩底。因3＃孔无缺陷，故不能作为补强孔。经过分析，选择2＃、1＃孔作为补强孔，因1＃孔在41．55m处偏出桩外，钻孔深43．25m，且该孔在41．55～43．05m为卵石层，极有可能与2#孔串通形成补强回路。如果高压水旋喷切割后未能形成补强回路，则要另钻补强孔。

    2)埋设井口施工管，采用高压清水分别对1＃、2＃孔缺陷部位进行高压切割，切割压力28MPa，切害6长度l#孔为41．05～43．00m、2#孔为42．00～43．20m，均覆盖两孔缺陷位置，反复进行切割。经切割后两孔互相串通，达到预期目的。切割过程中排出泥浆水及粉细砂沉渣等物质。

    3)采用气举循环清孔方法，分别在其中一孔放人风管，另一孔切割并注水，使用3，25 m3／min、0．8MPa压力的风压机送风，力求将颗粒较大的沉渣排出。气举后排出大量砂砾及卵石等，排出量约1m3，并使两孔扳充填8～10m。疑为地层、(—卵石、沙层)补充、坍塌所致。

    4)重新将1＃、2＃孔钻至原孔深度，并用高压水重新切割缺陷段，直至返水清澈为止。

    5)造浆并旋喷注浆，造出水灰比为0．5～0．8的水泥浆，按先稀后浓的方法，以保证渗透性及强度。分别在两孔切割段进行高压旋喷，喷射压力25MPa，喷浆量为2．5m3。

    6)在两孔旋喷注浆后，待水泥浆初凝，再钻穿2＃孔缺陷段至43．20m，并再次对缺陷段进行切割，切割时返出粉细砂及水泥水。在返水清澈后，对2＃孔实施二次旋喷注浆。

    7)在2＃孔返出较浓水泥浆后，加盖进行压浆，压浆压力1～2MPa，维持30min后停止压浆，关井候凝。    

2．1．3  质量评述

    由于该桩存在部分缺陷，且抽芯孔较多，很难加抽补强孔，另外由于受地层因素及钻孔内杂物较多等的影响，使切割清洗时间较长(9d)，同时考虑到地层坍塌、孔内无法一次清洗，采用二次切割、二次旋喷压浆的办法(此法即使在砂、砾层也能形成旋喷桩体)，水泥浆用量达3．9m3，水泥用量达4t，大大增加了补强效果。经检测，该桩补强后达到辽类桩质量标准，收到了良好效果。

2。2  21＃—F桩补强施工

2．2．1  21#—F桩的缺陷情况

    2＃—F桩人微风化岩标高为—33．69m，终孔标高为—37．47m，嵌入微风化岩3．78m。该桩超声波检测评定为Ⅲ类桩，桩底约2．0m范围内砼局部有明显缺陷，砼均匀性差。该桩共抽4个孔，其中2＃及4＃孔抽到桩底，1#孔抽到泥浆护壁。经分析，选用1＃、2#、4#孔进行补强处理，未钻其它补强孔。

2．2．2  补强过程

    1)安装调试设备并埋设井口管后，开始采用高压泥浆泵分别对1＃、2＃、4＃孔缺陷段进行高压清水切割，反复多次，每孔累计切割时间均达15～25h，切割压力为28MPa。各孔通过切割均互相串通，并返出大量泥浆及粉细砂质，返渣量约0．8m3。

    2)采用压风机气举排渣，返出大量泥、砂等物，总量为3～5m3。估计桩底与河床连通，原因是桩底人岩不深，加上基岩破碎较多，由于气举产生较大负压，将泥砂带出。

    3)根据以上情况，停止气举清渣，重新分别对3个抽芯孔进行清水切割返渣，以清赊披底原切割范围内的泥质，至返水清澈为止。

    4)对各孔底部缺陷部位旋喷注浆，历时8．5h，共使用126包水泥约6．8m3水泥浆。在旋喷注浆3．3m3后孔口才返浆，部分浆液涌出桩外。其中1＃孔水泥浆面很长时间一直停留在潜水面附近(河床水平面左右)不返浆，暂停注浆1h，再注浆灌满孔口。各孔分别压注水泥浆，直至压力达2～3MPa，时间保持20min后注浆结束。

2．2．3  质量评述    

    本次补强考虑到抽芯孔较少(实际上只有2个孔到达桩底)，而且抽芯孔孔位较集中，根据抽芯结果，缺陷主要为桩底沉渣，同时由于该桩较大，所以延长切割时间和加大切割力度，力求用较少的补强孔做好补强工作。清渣量约0．8m3，压注浆量约7m3。经检测，该桩补强后达到Ⅱ类桩标准。

2．3  22＃—C桩补强施工

2．3．1  22#—C桩的缺陷情况

    22＃—C桩超声波检测结果为暂不评定桩(在桩底1m范围内有严重缺陷)。抽芯5个钻孔，其中1＃～3＃孔距桩底1．5～2．6m抽出桩外并打人基岩，4＃孔在钻进至6．21 m处因掉钻弃孔，只有5＃孔抽至桩底。根据5＃孔资料，该桩只是沉淀超标(沉淀厚度为10cm)，桩身无其它缺陷。考虑到1＃一3＃孔接近桩底，加上基岩较破碎等，故将1＃、2#、3并、5＃孔作为补强孔。

2．3．2  补强过程

    1)补强孔扩孔及埋设井口管后，开始采用高压清水分别对4个抽芯孔进行切割，切割压力为28MPa。各孔切割时间超过20h以上，切割后各孔互相连接，同时返出大量泥浆及部分粉细砂，排渣量约0．8m3。

    2)对各孔分别进行气举排渣，此时返出大量河床泥砂，估计补强孔与河床连通，尤其1＃孔较严重，因此停止气举，继续分别对各孔缺陷部位进行清水切割、清洗泥质物。

    3)针对该桩补强孔与河床连通的特点，采取二次压浆法处理该桩，即先旋喷注浆，力求将上部地层与桩底隔离，等水泥浆初凝后，再用钻机将原补强孔钻至原孔深，并对其下部(桩底部分)进行清水切割并清渣，最后进行旋喷注浆及压浆处理。由于5＃孔只是桩底存在问题；第一次暂不处理，先对其它3个孔缺陷部位进行旋喷注浆。其中2＃孔喷了3．3m3，3#孔用了2．2m3，1＃孔用了1．9m3水泥浆。喷射压力达25MPa，水灰比0．6～0．7，水泥用量6．5to各孔均不返浆，证明与地层明显连通。

    4)钻穿各补强孔(含5＃孔)进行二次高压清水切割。切割范围由桩底至以上1．80m。各孔切割时间均超过8h，各孔均返出水泥浆。1＃孔返出较多泥砂等。此时1＃、2＃、3＃轻微相通。

    5)进行第二次旋喷注浆及压浆。先对各孔进行旋喷注浆，其中5＃孔用0．6m3、3＃孔用0．5m3、2#孔用0．6m3、1＃孔用0．7m3水泥浆后孔口返出纯水泥浆，可判定各孔经二次切割后均产生一定空间，累计达0．8—1，0m3。在各孔喷满浆后开始压浆。5＃、1＃、2#孔无法压入水泥浆(压力3MPa)，1＃孔压人0．8m3水泥浆，且孔压不起压力，故考虑对该孔进行第三次压浆，于是停压。此次共使用3．6t水泥。

    6)钻穿1＃孔进行第三次高压切割清洗，返出物大多为水泥水，少量为沉渣。对1并孔进行第三次旋喷注浆，注入约0．6m3水泥浆并返纯浆，补浆后压浆压力1．5MPa，维持40min后停止压浆，压人0．8m3水泥浆，可见该孔仍存在裂隙。此次共用去1．8t水泥。

2．3．3  质量评述

    本次补强，采用有针对性的三次切割、压浆方法，使补强达到良好效果：由第一次的注不满浆，到第二次的注满浆、个别孔压不起压力，到第三次的孔压起压力。该桩补强共使用近12t水泥，补强后经超声波检测，补强效果明显，改评为Ⅱ类桩。

3  效益分析

    采用高压旋喷切割注浆补强方案对存在质量缺陷的桩基进行补强，可利用原来的抽芯检测孔，必要时可加钻1个补强孔。正常补强一根桩的时间为10～15d，补强一根桩的最大成本为4—5万元(缺陷段清水喷射切割、喷浆置换及孔内压浆的单价为每孔8500元，水泥浆费用另计；钻孔抽芯单价230元／m2，抽芯完好的钻孔回灌水泥浆每孔150元)。本桥采用高压旋喷切割补强方案的成功率为100％，与采取补桩或在原桩位重新冲孔成桩等方案相比，该补强方案具有补强效果好、工期短、经济效益显著的优点，处理一根桩经济上可节约5万元左右，时间上可节省15～45d。通过高压旋喷切割注浆补强方法对质量缺陷桩基进行补强，不仅能明显提高桩基的承载能力，而且比常规处理方法经济，缩短了工期，可供同类工程参考。