擴徑法在灌注樁缺陷修復中的應用

楊恒陽

(新疆水利水電勘測設計研究院，烏魯木齊 830000)

1 工程概況

新疆某輸水工程渡槽位于村鎮居民區附近，設計輸水流量68 m3/s，槽身段長460 m，下有縣鄉道路交叉穿行。渡槽槽身采用后張法現澆預應力鋼筋混凝土結構，單跨跨徑20 m，共計23跨；下部結構采用雙柱式蓋梁柱式墩，基礎均采用C30混凝土灌注樁基礎，樁徑1.50 m，共計24排、48根灌注樁，樁長在22～25 m不等。

施工過程中經聲波檢測發現，9-1號灌注樁在距離樁頂12～14 m范圍內存在缺陷。隨后施工方在該灌注樁側對稱開挖2個直徑為0.8 m的豎直導洞至缺陷部位進一步探明情況，發現該缺陷部位處混凝土呈蜂窩狀、鋼筋籠裸露，缺陷部分高度0.75 m，深度0.25～0.4 m，見圖1。

圖1 9-1號灌注樁缺陷部位圖

2 缺陷修復措施及原理

2.1 缺陷修復措施

針對上述缺陷，結合工程實際，經工程參建各方研究后決定采用擴徑法進行灌注樁缺陷修復，即利用現有導洞(導洞底位于缺陷部位底部以下0.5 m處)沿灌注樁混凝土周邊進行環洞開挖，環洞內采用與樁體同標號的混凝土灌注密實，隨后將豎直導洞采用制備土料進行分層回填壓實。

圖2 9-1號灌注樁缺陷修復示意圖 單位：mm

灌注混凝土施工前，須進行裸露樁體部分(含缺陷部位)清理工作，即清除干凈外部附著的泥土及松散混凝土塊，并對混凝土表面進行鑿毛處理，對于缺陷深度大于30 cm部位預埋回填灌漿管。豎直導洞的土料回填工作須在灌注混凝土及灌漿施工完畢并對灌注樁檢測合格之后進行。

2.2 缺陷修復原理

灌注樁主要工作原理是依靠樁側阻力來承受傳遞至其頂部的外荷載和自身重力荷載，同時考慮樁端阻力[1-2]。灌注樁一旦出現質量缺陷，缺陷部位的樁側阻力則不能發揮作用；同時，由于樁身不完整致使荷載不能夠通過缺陷部位樁體向下部傳遞，使得缺陷部位以下的樁體無法發揮作用，有效樁長變小，從而使其承載能力下降，嚴重時將影響建筑物的整體穩定。

擴徑法修復樁基缺陷是利用上述原理，一方面通過對缺陷部位的樁體進行二次灌注修復，恢復缺陷部分樁體的完整性，保證有效樁長；另一方面利用環洞底部的土體承載力替代缺陷部分樁體所損失的側阻力并承受環洞部分混凝土的自重，其原理詳見下列公式。

R≥S

(1)

(2)

(3)

式中：R為環洞底面豎向受壓承載力容許值，kN；S為灌注樁缺陷部分樁側阻力損失值與環洞混凝土自重之和，kN；r為灌注樁半徑，m；B為環洞底寬，m；fa為環洞底面處土層修正后的地基承載力特征值，kPa[2]；u為樁身周長，m；n為灌注樁缺陷部分土的層數；li為灌注樁缺陷部分上下各0.5 m范圍內各土層的厚度，m；qik為與li對應的各土層與樁側的摩阻力標準值，kPa；Gk為環洞部分混凝土自重，kN。

3 施工過程

經計算，本工程9-1號灌注樁缺陷修復導洞底寬1.0 m、高1.8 m；豎直導洞直徑0.8 m、洞深14.25 m；為保證缺陷部位新老混凝土結合緊密，在缺陷部位處預埋Φ16水平插筋，插筋伸入樁體混凝土0.2 m，超出樁體輪廓線0.3 m、間距0.2 m，梅花形布置。灌注樁缺陷修復示意圖見圖2。

3.1 豎直導洞施工

(1) 導洞采用人工開挖完成，即由人工從上到下逐層用鎬、鍬進行挖掘，遇堅硬土層用錘、釬破碎，挖土次序為先挖中間部分后周邊，按設計導洞直徑加護壁厚度控制開挖截面；出碴采用手動吊葫蘆垂直提升至地面，吊至地面上后用手推車運至棄碴處；導洞每掘進1 m均用線錘吊中，校正中心位置后，方可繼續開挖。

(2) 導洞護壁采用鋼筋箍圈加木板圍擋結構，木板厚2 cm、寬20 cm，鋼筋箍圈采用Φ20鋼筋焊接而成，間距0.8 m。護壁施工采取分段開挖、分段支護的方式交替循環完成，每循環掘進2 m。即一節開挖完成后，采用木板沿導洞周長方向緊密順排，然后采用Φ20鋼筋箍圈固定木板，木板與箍圈采用鐵絲綁扎牢固，木板護壁完成后每隔50 cm在洞壁楔入50 cm長Φ20鋼筋，以保證木板及箍圈在施工中不會下滑。

3.2 環洞施工

(1) 環洞采用人工開挖完成。即在2個豎洞底部人工利用鎬、鍬等工具沿灌注樁周邊相向進行開挖，若遇堅硬土層用沖擊鉆破碎。環洞開挖形狀為三角形，三角形底寬100 cm，高度根據缺陷范圍而定，要求底部低于缺陷部位50 cm，頂部高于缺陷部位50 cm，開挖的碴土利用兩邊的豎直導洞運出至棄碴位置。

(2) 環洞支護施工：根據現場環洞實際開挖尺寸，環洞支護采用Φ48鋼管加木板的方式邊開挖邊支護，每次開挖進尺不大于50 cm。具體方法為：每開挖進尺60 cm后，即采用2 cm厚、20 cm寬的木板沿三角形斜邊方向緊密順排，木板下部采用Φ48鋼管同支護木板方向進行縱橫向加固支撐，縱鋼管間距40 cm、橫鋼管沿斜面等間距布置3根。為確保鋼管的穩定性，鋼管要求兩頭切割成斜面，上段必須緊靠灌注樁混凝土，下端立于下部原狀土上的墊木上，墊木規格同支護木板，縱橫鋼管間、鋼管與木板間采用12號鐵絲綁扎牢固。

3.3 插筋及預埋灌漿管施工

(1) 缺陷部位布設水平插筋，插筋采用Φ16螺紋鋼筋。人工采用電鉆在缺陷部位鉆孔，孔深20 cm，孔間距為20 cm，孔打好后采用錨固劑進行插筋安插。

(2) 若缺陷深度超過30 cm時，須在缺陷部位頂部預埋回填灌漿管，灌漿管采用Φ25的塑料管，管壁鉆設出漿孔，梅花形布置，間距5 cm，出漿口外采用無紡布包裹，防止澆筑混凝土時堵塞。灌漿管利用周邊插筋固定牢靠，待修復混凝土達到7 d齡期后進行回填灌漿。

3.4 灌注混凝土施工

(1) 人工清除灌注樁缺陷部位的松散物，鑿除裸露鋼筋上附著的混凝土，并對修復部位混凝土表面進行鑿毛處理，清理完成后對待修復部位混凝土面采用有壓水清洗干凈。

(2) 為了確保環洞內混凝土能夠澆筑密實，混凝土澆筑高度必須高于環洞50 cm。混凝土澆筑采用導管由一側導洞單向入倉，另一側導洞作為排氣洞，當另一側導洞內的混凝土上升至缺陷部位上50 cm時，停止混凝土澆筑。

(3) 待混凝土澆筑完成且強度達到設計強度70%后進行回填灌漿。回填灌漿采用灌漿機按規范要求進行注漿，確保缺陷部位及新老混凝土之間充填密實。灌漿壓力0.3～0.4 MPa，漿液水灰比取0.5。

3.5 豎直導洞回填施工

待回填灌漿完成且強度達到設計強度70%后進行聲波檢測，待檢測合格后方可進行導洞回填。回填采用人工向導洞分層回填土料，土料含水控制在9%左右，層厚20 cm，人工用木樁舂搗壓實。

4 缺陷修復成效

9-1號灌注樁缺陷修復完成后，經聲波檢測質量滿足設計要求。工程建成運行后，該灌注樁運行良好，未出現非正常沉降，說明擴徑法在本工程灌注樁缺陷修復中達到了預期的成效。

5 結 語

擴徑法用于修復灌注樁缺陷具有以下幾個方面的特點：

(1) 由于豎直導洞的開挖，使得工程技術人員對灌注樁缺陷具體狀況具有更為直觀、準確地認識和掌握，便于分析導致缺陷原因。

(2) 擴徑法修復灌注樁缺陷避免了對完整部分樁體的破壞[3-7]，并且對于缺陷的處理更為直觀、徹底，施工質量保證率高，提升了建筑物灌注樁基礎安全的可靠度，為灌注樁缺陷修復提供了一種新的選擇。

(3)為了減小或避免對灌注樁周圍土體的擾動， 擴徑法修復灌注樁的施工多依賴人工完成，因此施工效率相對較低，且不適用于地下水位高、堅硬、不易開挖地層。