南港地區鉆孔灌注樁病害成因分析與防治措施研究

李茂奇，張 昊

（天津市市政工程研究院，天津 300074)

0 引言

隨著天津濱海新區經濟的迅速發展和天津港航道工程的建設，天津濱海新區建設用地日益緊張，近年來，大量采用近海新近沉積的海底淤泥作為吹填料來圍海造陸[1]。吹填土是由水力吹填形成的，顆粒很細，固結性能差，吹填以后要經過很長時間才能自然沉積固結，待表面形成硬殼后方可進行加固處理。目前，對吹填土地基加固主要采用真空預壓等方法，其工程造價較高，且歷時較長[2]。

橋梁作為交通工程的關鍵部分起著重要作用，橋梁施工直接影響到整個工程的施工進度。鉆孔灌注樁因設備簡單、操作方便、施工周期短，被廣泛應用于高層建筑基礎、橋梁樁基、市政及城市地鐵工程基坑施工中。由于南港工業區交通量繁重，以重車和超重車為主，鉆孔灌注樁施工質量的好壞直接影響到結構的安全性與耐久性。

1 工程概況

某橋為3跨預應力混凝土簡支空心板梁橋，橋梁跨徑分布為3×16 m。每孔由19片空心板梁組成，橋面布置形式為0.4 m護欄+2.35 m人行道+17.5 m行車道+0.5 m防撞墻，全寬20.75 m。下部構造采用薄壁式橋臺，鉆孔樁基礎；蓋梁、柱和樁基礎均采用C35混凝土，1-1號樁樁長56 m，1-3號樁樁長58 m。

具體地質資料如下：

（1）吹填土層全場地均有分布，厚度3.00～4.30 m，為淤泥質土。吹填年限小于10 a，土質欠密實。

（2）全新統上組海相沖積層厚度15.20～16.50m，該層從上而下可分為5個亞層。

第一亞層，粉質黏土：厚度一般為0.50～1.30m，該層地基承載力80 kPa。第二亞層，粉土：厚度一般為0.60～1.30 m，該層地基承載力100 kPa。第三亞層，粉質黏土：厚度一般為1.20～2.60 m，該層地基承載力95 kPa。第四亞層，軟黏土、淤泥質黏土：厚度一般為9.0～10.30 m，該層地基承載力95 kPa。第五亞層，粉質黏土：厚度一般為1.80～2.70 m，該層地基承載力80 kPa。

（3）全新統下組陸相沖擊積層厚度2.10～2.60m，該層地基承載力130 kPa。

（4）全新統下組陸相沖積層，該項勘察鉆至最低頂板標高為-17.41～-17.94 m，主要由砂性大粉質黏土組成，呈灰黃色，可塑狀態，無層理，含鐵質，屬中壓縮性土。局部夾粉土透鏡體。

該橋采用先建橋后開河的施工方式，原河底標高為-0.8 m，后由于設計變更，河底標高改為-2.3 m。由于設計變更出現在灌注樁施工完成以后，在開挖過程中發現，1-1號、1-3號灌注樁出現嚴重的夾泥、空洞、露筋現象，橋墩與灌注樁中心線發生偏移。具體病害如圖1、圖2所示。

圖1 1-1號灌注樁病害情況圖

為了驗證該樁基礎病害的嚴重程度，分別進行了鉆心取樣和垂直度檢測，通過對鉆心進行軸心抗壓試驗發現，混凝土強度均滿足設計要求。橋墩與灌注樁中心偏移量為5 cm，大于L/100的要求[3]。

2 病害分析

2.1 鋼護筒長度過小

由于南港工業區建設周期較短，施工進度較緊張，為了加速土體的固化，提高地基承載力，在土體固化過程中采用了真空預壓排水板，路基采用了竹耙上鋪設土工布的方式。鉆孔時該處由于受到竹耙和土工布的影響，容易造成灌注樁局部孔徑較小，當鋼護筒沒有伸入到竹耙以下時，在混凝土澆筑過程中，泥漿會跟隨混凝土向上移動，當受到竹耙和土工布的阻礙時，泥漿將會停留在竹耙和土工布以下，造成該部位的混凝土量減少，進而出現夾泥、空洞和露筋現象。

2.2 泥漿稠度較小

由于土體固化水平較低，如果不提高泥漿稠度，而采用普通灌注樁所需要的泥漿稠度，泥漿對孔壁的支護作用就會降低，加之該橋的灌注樁長度較大，鉆孔時間較長，在鉆孔過程中容易發生塌孔現象，一旦發生塌孔現象，就會造成局部的擴孔，當塌孔發生在混凝土澆筑過程中時，就會造成竹耙層處出現夾泥、露筋現象。

2.3 過早拔出鋼護筒

由于海域吹填區土體固結較慢，土體之間的粘結力較小，當混凝土灌注完成后，如果過早地拔出鋼護筒，由于混凝土尚未初凝，在周圍土體的擠壓下，會造成混凝土出現夾泥、露筋現象。

3 病害處理

由于發現該灌注樁病害時，蓋梁已經澆筑完成，為了降低損失，減少工期的延誤，根據對現有病害檢測數據的分析，采用加大樁基直徑的方式進行加固。加固后的樁基直徑比原樁基直徑大40 cm。選定病害區各向上擴大1 m、向下至河底標高以下0.5 m為加固區，制定了如下加固處理方案。

3.1 表面處理

用高壓水槍對病害處進行處理，先將病害部位的淤泥全部清除，然后鑿出松動的混凝土，直到裸露出的混凝土為新鮮致密的混凝土，然后用鋼絲刷清除鋼筋表面的水泥漿，嚴禁采用電動砂輪清理，防止造成鋼筋受損。

3.2 植筋處理

經過計算，縱向鋼筋間距為15 cm，螺旋箍筋間距為10 cm。先在樁基上放樣，標出植筋的位置。然后采用沖擊鉆進行鉆孔，鉆孔深度不應小于12 cm。鉆孔完成后用高壓空氣將孔中的混凝土粉末吹凈，然后向孔內灌入大于2/3孔深的高強植筋膠，將鋼筋植入孔中。當植筋膠完全硬化后，將縱向鋼筋與植入的鋼筋焊接，然后布設螺旋箍筋。再一次用高壓水槍沖洗混凝土表面，水壓不應大于200 kPa，且沖洗時應避開鋼筋。

3.3 支模

為了節約時間，加快施工速度，采用木模板，模板內應均勻涂刷脫模劑。

3.4 澆筑混凝土

混凝土澆筑時，應分層澆筑，一次澆筑厚度不應大于30 cm，且應采用直徑小于8 cm的振動棒振搗，振搗時應避免觸及到鋼筋。

3.5 拆模和養護

待混凝土強度達到設計強度的70%以后拆模養護，養護期不應小于7 d。

通過加固處理，樁基礎的強度得到了很大提高，完全可以滿足設計要求。

經過加固處理后，樁基礎夾泥、露筋現象徹底解決，墩柱中心線誤差可以滿足規范要求。

4 防治措施

為了避免今后此類病害的再度發生，提出如下建議。

4.1 增加鋼護筒長度

應該使鋼護筒的長度伸入到竹耙層以下1 m，并且鋼護筒周圍應用粘土回填并夯實。

4.2 提高泥漿稠度

根據現有的施工經驗，應該在規范要求的基礎上將泥漿稠度提高10%～15%。

4.3 做好澆筑記錄

對灌注樁的混凝土用量要做好記錄，通過混凝土用量的超方和虧方來初步判斷是否發生塌孔或縮頸現象。

5 結語

由于海域吹填區土體固化較差，容易發生塌孔現象，因此應適當增加鋼護筒的長度、提高泥漿稠度，鉆孔完成后應立即進行灌注施工，混凝土灌注過程中應對混凝土的用量做好記錄，及時了解虧方或超方情況，掌握灌注樁的施工情況。

[1]天津市南港工業區管委會.天津市南港工業區整體規劃方案[R].2008.

[2]王江宏.天津濱海新區吹填土快速結殼的真空預壓法研究[D].天津：天津市城市建設學院,2008:2-9.

[3]CJ2-90.市政橋梁工程質量檢驗評定標準[S].

[4]劉晟.清水浦大橋超深鉆孔灌注樁施工[J].公路,2011,4(4):46-50.