二重管高壓旋噴洗孔、注漿法在砼灌注樁缺陷處理中的應用

曾慶友

(福建建工集團有限責任公司 福建福州 350001)

1 工程案例

某工程樁基采用旋挖成孔灌注樁，樁身混凝土強度等級C40，樁端持力層為中風化砂巖，樁端進入持力層≥1m，采用后注漿工藝，樁長6m～18m，總樁數803根，設計要求實際孔深以持力層巖樣為主要依據，終孔條件以設計樁長為主，以樁端支承土(巖)質要求為輔，可見該樁基為大直徑嵌巖樁，以端承樁為主，各樁的有關參數見表1，典型地質剖面如圖1所示。

表1 各樁的有關參數匯總表

根據鉆孔揭露，將各巖土層自上而下分述如下：

(1)雜填土：雜色，灰褐色，松散-稍密狀，稍濕，層厚為4.30 m～5.90 m。

圖1 工程典型地質剖面圖

(2)素填土：土黃色、灰褐色，松散狀，稍濕，主該層厚度為0.50 m～3.40 m。

(3)粉質粘土：灰黃色，可塑狀，稍濕，該層厚度為0.60 m～4.50 m。

(4)全風化砂巖：灰黃色、灰白色，含較多石英粗顆粒和云母，巖體基本質量等級為Ⅴ級。該層厚度為0.50m～10.70 m。

(6)碎塊狀強風化砂巖：灰黃色、灰白色，巖體基本質量等級為Ⅴ級。該層厚度為0.40m～10.90m。

(7)中風化砂巖：紫紅色，層狀結構，柱狀構造，巖體基本質量指標為Ⅴ級，巖石質量指標RQD=40-60。該層厚度1.50m～16.25m，但均未揭穿。

各土層的物理力學指標和設計計算參數見表2。

表2 主要巖土層地基基礎設計計算參數表

2 高壓洗樁、注漿機理

2.1 升揚置換作用

利用高壓、高速水射流切割土體，通入孔中的壓縮氣體把部分切下的土粒排出地面，以清除并排出加固段中的粘粒和粉粒甚至中細砂等，土粒排出后所留下的空隙由后來通過注漿的水泥漿液補充。

2.2 滲透充填固結作用

高壓水泥漿能很好地充填沖開的沉渣部位和土粒的空隙，析水固結，還可滲透砂層、土層的一定厚度而形成固結體。

2.3 密實作用

高壓水泥漿噴射流在破碎部位邊緣產生一定的壓密作用，使灌注樁體邊緣部分的抗壓強度高于中心部分。

3 工藝特點

施工機具設備簡單，方便施工；噪聲小、無污染。

研究表明，在礫石直徑過大、含量過多及有地下水徑流的地層和無填充物的巖溶地段，往往難以達到較好的處理效果，而不宜采用高壓噴射注漿法處理樁基缺陷[1]。

4 樁基檢測分析

該工程基樁施工完畢后，進行低應變法檢測時，發現部分樁的樁端時域反射信號為單一反射波，且與錘擊脈沖信號同向，與良好嵌巖樁的反射信號不符，占比達34.8%(首批樁總數141根)，考慮到該樁為短樁以端承樁為主，且單樁承載力較大，因而選取1根樁采用鉆芯法，對同向反射明顯的樁進行樁端性狀核驗。檢驗結果，樁端沉渣厚度30 cm，持力層為中風化砂巖，不滿足規范及設計要求，如圖2所示。

圖2 67#樁低應變曲線及鉆芯法核結果

隨后進行全面普查，普查結果表明，樁端為同向明顯反射信號樁占比30%。為準確判定樁端性狀進而保證工程質量，擴大了核驗數量，共選取40根樁端反射同向明顯樁進行樁端性狀核驗，有以下3種情況：一是樁端沉渣過厚；二是樁端混凝土出現嚴重離析；三是樁端入土深度未達到設計持力層。

所選取的樁端同向明顯的樁核驗結果中，樁端均存在不同程度缺陷(表3)：62.5%樁存在沉渣過厚，12.5%樁存在樁端混凝土嚴重離析，25.0%樁存在未達持力層，且這些不同程度缺陷并不是單一呈現，有部分樁存在的缺陷是3種情況組合出現。根據樁基檢測結果、地質報告和現場施工情況分析，主要是由于施工過程持力層的判定、清渣控制、混凝土澆灌質量控制和后注漿效果控制上存在一定問題造成。樁端的主要缺陷為沉渣過厚，厚度分布范圍70 mm～2380 mm，平均厚度400 mm，其分布圖如圖3所示，這對于樁的承載力影響顯而易見。

表3 40根樁的核驗結果

圖3 同向明顯樁中沉渣厚度分布圖(單位:mm)

為進一步驗證低應變法判定樁端嵌巖性狀的有效性，以對比另選取的10根判定嵌巖良好樁(樁端反向明顯)進行樁端性狀核驗。核驗結果為樁端沉渣厚度均≤50mm，樁端持力層均為中風化砂巖與良好嵌巖樁的判定相符，典型曲線及鉆芯法結果如圖4所示。

通過對比，可見該項目樁基采用低應變法進行樁身質量、沉渣及樁端嵌巖性狀地判定行之有效。

5 加固處理方案及效果

5.1 處理方案確定

由于現場單樁承載力較大，且場地較泥濘、工期短，各工種交叉作業和場地受限，無法采用全面補樁的處理方法；現場樁端情況較復雜。因此，從技術、經濟角度綜合分析，決定采用樁端高壓注漿為主、原位補樁為輔的處理方法，分步分階段處理，消除樁端缺陷、沉渣對承載力影響，并增強基巖的整體性，以提高樁抗壓承載力[2-3]。

圖4 良好嵌巖樁典型的低應變曲線及鉆芯法結果

5.2 樁端高壓注漿處理方案

5.2.1鉆孔、洗孔

根據該工程所存在的樁端缺陷布置注漿加固孔，注漿孔利用已有的鉆芯孔，不足設計要求時再增加鉆孔，所成孔的孔徑不應小于110 mm。對樁底沉渣過厚及樁底離析樁的孔深，應進入中風化砂巖不少于1000 mm，對樁端未達中風化持力層樁的孔深，應進入中風化砂巖不少于2000 mm。采用二重管高壓注漿設備進行洗孔，對樁端缺陷段進行重復高壓水、高壓空氣旋噴洗孔，清除并排出加固段的粘粒和粉粒，甚至中細砂，以提高注漿補強的加固效果，洗孔深度同鉆孔深度，同一取芯孔中的洗孔次數不少于2次。洗孔參數水壓不低于30 MPa，氣壓不低于0.7 MPa，流量為5～100 L/min，提升速度為5cm/min；必要時，還應定點高壓沖洗；同一根樁的注漿孔，均應進行洗孔，洗孔間隔時間不少于12h，洗孔結束標準為孔口返回清水為止(允許含有砂粒)。

5.2.2注漿

在每個鉆芯孔中埋設2根DN15注漿花管，最深的注漿花管采用底部開孔注漿，其他采用側向開孔，封孔采用預埋短注漿管注漿及返漿管工藝[4]。待孔口封閉體達到設計強度后開始注漿加固，當注漿壓力提高到2.5MPa，吸漿量下降并穩壓3 min后即終止注漿，并采用間歇重復注漿，時間間隔為20 min，對樁底沉渣不滿足要求的基樁壓水灰比0.3的漿料，對樁底離析和樁端未達中風化持力層的基樁壓的灰比0.6，漿水的泵壓0.5～2.5 MPa，流量50 L/min，達到注漿設計壓力(即2.5MPa)結束，如圖5所示。

圖5 樁端注漿圖

5.2.3注漿效果驗證

注漿處理后，樁采用靜載法、高應變法、低應變法、鉆芯法進行效果驗證，原位補樁采用高應變法進行效果驗證。經驗證，處理后的樁端性狀得到明顯的大幅改善，說明處理效果明顯[5]，處理后樁的驗證結果參見表6，處理前后的對比參見圖6～圖9。

表6 樁端存在問題樁處理后驗證結果

(a)處理前 (b)處理后

(a)處理前 (b)處理后

(a)處理前 (b)處理后

(a)處理前鉆芯

(b)處理前高應變 (c)處理后高應變

6 結語

該工程施工完成后，由參建各方對所有工程樁抽取代表性的10根抗壓樁、3根抗撥樁進行靜載試驗，檢測結果均滿足設計及規范要求；對803根樁全部進行動測試驗，其一類樁達到94.8%，二類樁為5.2%，無三、四類樁。該結果表明，采用二重管高壓旋噴洗孔、注漿技術處理砼灌注樁缺陷，全可靠，可有效提高樁基承載力。