橋梁鉆孔灌注樁質量缺陷的防治與處理實踐

么 暉

(黑龍江省前嫩公路工程建設指揮部)

隨著我國交通基礎設施建設的快速發展,鉆孔灌注樁作為一種基礎形式以其適應性強、成本適中、施工簡便等特點廣泛地應用于公路橋梁及其他工程領域。但灌注樁屬于隱蔽工程,大部分是在水下進行的,影響灌注樁施工質量的因素很多,質量檢查也比較困難,因此對其施工過程每一環節都必須嚴格要求,稍有不慎或措施不嚴就會在灌注中產生質量缺陷,斷樁就是經常發生且難以處理的病害之一。本文結合工程實例,詳細介紹了鉆孔灌注樁斷樁的處治方法,對類似工程將有一定的借鑒作用。

1 工程概述

某高速公路主線橋橋臺基礎采用鉆孔灌注樁設計,設計樁長 21m,直徑 1.2m,底部 8m深為中砂礫層,鉆孔灌注樁完成后,在進行樁基小應變檢測時發現 0#臺的 4#樁在樁長17.5～18.0m處無樁長反應,根據小應變波形圖判斷,確定該樁為“短”樁或斷樁。

經對該樁鉆孔鉆桿的長度以及孔深的檢測和灌注混凝土時埋設導管長度的原始記錄進行分析后發現,該樁實際施工長度已達到 21m,不可能為短樁,應是斷樁,至于斷層以下樁長無檢測應變波的反映,只能是斷層比較嚴重。根據該樁所斷位置接近樁底,已經超過零彎矩點以下的特點,決定使用壓漿補強法進行處理。

2 補強處理過程

2.1 施工準備

首先明確現場處理時的各道工序負責制,并委派專業工程師對處理過程進行全過程不間斷的控制,保證處理質量。

其次準備好所需鉆孔、壓漿等機具,由于施工現場極不平整,加上灌注樁的樁頭外露鋼筋擋視,須在該樁頭上部搭設一個懸空工作平臺,以保證鉆孔、壓漿作業。

2.2 鉆孔取芯近一步檢查驗證

由于斷層較深近樁底,因此鉆機在鉆孔過程中一定要不停地對鉆機主軸進行垂直度校正,防止鉆孔到不了 17.5～18.0m處就斜到樁壁以外,無法安排下道工序。同時,在鉆機(可選用混凝土取芯機 G-210型)鉆孔取芯過程中,要對每節混凝土芯樣進行認真分析總結,密切關注芯樣的變化情況。

現場情況表明,該樁取芯到 18m以上都完好無損,且無夾泥,混凝土的強度也較好,而在 18m后無完整的混凝土,芯樣中除蜂窩狀夾帶個別石料且很不成型的砂漿外,幾乎就是中粗砂。這說明了兩點,其一是小應變檢測和實際是相吻合的,基本反映了工程的實際情況;其二證實了該樁鉆孔深度達到了設計深度 21m,只是在灌注第一盤混凝土時沒有封住導管,加上沉淀過快,導管在混凝土開盤前已經被中粗砂礫淤埋,之后在操作導管時可能過提,沒有被及時發現或重視,導致該底樁在 3m范圍內混凝土沒有成型,發生斷樁。

2.3 孔底清淤

根據上述鉆孔取芯結果,表明樁底淤積了中粗砂,決定采取清空樁底淤積中粗砂后灌注高標號水泥漿進行置換處理。

但是采用 7 cm的鉆桿要將樁底約 3.5m3的中粗砂清空是有很大難度的,尤其在中粗砂地質中鉆進很容易發生埋鉆事故,因此,要加大清孔頻度。

為了防止埋鉆事故的發生,根據清孔經驗,先將鉆頭下到 18.5m處不停地清孔,約 30min后有大量的中粗砂沿鉆桿和孔壁陸續泛出。同時結合施工規范,根據清孔工作量準備足量純堿(Na2CO3)和聚乙烯。純堿的作用可使 PH值加大,使土顆粒分散,使粘粒表面負電荷增加,為粘土吸收外界的正離子顆粒提供了條件,增加水化膜厚度,提高泥漿的膠體率和穩定性,降低失水量;聚乙烯的作用是提高泥漿的使用性能。用純堿、聚乙烯加少量黃土配制成的泥漿用手抓粘而有滴的感覺,即可開始清孔。

在清孔過程中要安排專人對泛砂不停地進行排除清理,根據清出的中粗砂的總量統計,在清孔 6 h后基本排盡了孔底 3.5m3的中粗砂,之后孔口周壁泛砂已很少,且從孔口涌出大量呈白色的、和清孔時配制的泥漿幾乎一樣的泥漿,這就可以判定孔底基本排盡中粗砂。為了防止孔底周壁中粗砂的涌入,在壓漿前不能停止清孔。

2.4 壓漿處理

為了保證壓漿能一次性成功,應先計算壓漿所需的525#水泥用量。在配制水泥漿時,盡可能按高標號配制,但水泥漿過稠會導致壓注困難,通過多次配制壓注實驗,最后確定水泥漿配制比例為 1∶1。剛開始壓注時,將鉆頭埋設到樁底 20.5m處,在壓注過程中,特別要注意對孔口壁的封閉,不能讓水泥漿外溢,只能有少許泥漿甚至清水流淌出來,直到無法壓注為止。隨后打開封閉的孔口壁,這時候如孔口壁處突然冒出大量水泥漿,與注入的配制水泥漿基本一致,補注水泥漿即可停止。為防止在 17.5m處有新的斷層或蜂窩現象產生,應將鉆頭定位于17.5～18m處進行二次補漿,直到壓注不動為止,然后慢慢提鉆并不斷壓漿到樁頂。經過2 h壓注,壓力達到 2MPa,共用去約 2.1m3的水泥漿。

配制水泥漿時留下試件取樣,28 d試件強度達到32.5MPa,超過樁體原設計強度。

注漿主要是通過擠密填充補強來保證樁體底部質量。為了減少因水泥漿收縮而產生孔隙,可以在配制水泥漿時適當加入膨脹劑(按 1∶10 000比例)。

2.5 二次取芯驗證

壓注水泥漿屬地下隱蔽工程,具體效果如何,只能通過再次取芯檢測。為了減少二次取芯的難度和費用,待水泥漿終凝后 12 h即在原孔位取芯驗證。二次取芯驗證的孔位確定要根據具體情況而定,二次取芯同樣要注意鉆桿的垂直度及 17.5～18m處的芯樣質量。經過觀測,從樁頂到樁底21m處的芯樣都完好密實。

待該樁底壓漿強度成型后,再次安排對該樁進行小應變檢測,檢測表明樁長 21.0m,且被判為質量較好的A類樁。

3 小 結

從上述處理過程可以看出以下幾方面內容。

(1)鉆孔灌注樁在施工過程中,發生斷樁、短樁或其他質量缺陷也是正常的,但處理一定要認真,盡量將事故消滅在萌芽狀態。若發生了這類事故,要對樁底的斷層位置、地質、鉆孔成孔狀況及當時原始記錄加以認真分析,處理后必須要再進行驗證。建議對樁體采用三點壓漿法(三點成等邊三角形,若樁徑 1.2m,邊長可取 60 cm布設)處理,以保證斷層處通過取芯壓漿后能夠充分密實,達到樁體完好的程度,按此方案處理斷樁至少有三個優點:一是質量可靠;二是保證工期,正常 10～15 d即可處理完畢;三是成本大大降低,如果報廢一根樁,需要費用至少 15萬元以上,按此處理僅需 1.5萬元左右即可。但是如斷層發生在樁體中部,則方案確定則應慎之又慎。

(2)為防止發生斷樁、夾泥、堵管等現象,在施工過程中,要控制好灌注工藝和操作,抽動導管使混凝土面上升的力度要適中,保證有程序的拔管和連續灌注,升降的幅度不能過大,如大幅度抽拔導管則容易造成混凝土體沖刷孔壁,導致孔壁下墜或坍落,樁身夾泥,這種現象尤其在砂層厚的地方比較容易發生。在灌注過程中必須每灌注 2m3左右測一次混凝土面上升的高度,確定每段樁體的充盈系數。

[1] 盧世深,林亞超.橋梁鉆孔樁試驗 .人民交通出版社.

[2] 中國建筑工業出版社.建筑樁基技術規范 .

[3] 朱之基.混凝土灌注樁質量無損檢測技術.人民交通出版杜.

[4] 徐攸在,劉興滿.樁的動測新技術 .中國建筑工業出版社.