高速公路樁基缺陷灌漿處治施工技術研究

黃 錦

（中鐵十六局集團第一工程有限公司， 北京 101300）

1 工程概況

某高速公路是某省“四縱六橫八射線”公路網主骨架的重要路段，全線路線走向基本為東西走向，總長約為154km，設計標準為雙向四車道，設計時速為100km/h，根據設計要求，該高速公路的路基寬度為26m，大橋位于某水庫附近，橋梁沿水庫邊緣跨越水庫溝谷地帶，橋梁上部結構為14-30m 裝配式預應力砼小箱梁，橋位中心樁號為K57+647，橋長428m。橋址區地形起伏較大，上部為第四系粉質黏土覆蓋層，下伏基巖為全風化、強風化千枚巖，局部分布中風化千枚巖，地表未發現不良地質現象，地層結構簡單，區域穩定性較好。大橋橋梁樁基設計為摩擦樁，樁長38～40m左右，施工過程中受工期影響，采用旋挖鉆機進行施工，部分樁基在成樁后檢測發現底部1～2m 處無信號，初步判斷樁底有沉渣，為了保證樁基的施工質量和控制樁基后期的沉降，有必要針對該病害制定有效的技術方案進行處治。本文通過對樁基缺陷處治技術系統深入的研究，得出大橋樁基缺陷處治方案，并成功應用與工程實際之中。

2 樁基缺陷成因及灌漿技術原理

2.1 樁基缺陷成因

根據施工現場的調研情況發現，導致該高速公路大橋樁基在施工過程中存在缺陷的原因主要有：（1）旋挖鉆成樁施工的過程中，由于泥漿護壁及地層特點等原因，造成樁基樁底質量差且清孔的難度較大，容易產生沉渣，且樁基成型后其底部的混凝土與泥漿混合在一起，導致樁身底部混凝土的強度無法達到樁基檢測的要求；（2）在雨天特殊氣候條件下，樁頂虛土掉入，造成未經二次清孔或清孔不徹底；（3）施工場區大片成孔后，由于澆注間隔時間長，未護壁或護壁質量差將會造成塌孔。

2.2 灌漿技術原理

該高速公路項目采用劈裂灌漿與壓密灌漿法對大橋樁基在施工過程中存在的缺陷進行處治。

劈裂灌漿是通過利用灌注漿體的壓力對土體產生水力劈裂，有控制地將內部充填物劈出裂縫，從而導致吃漿量突然增加，使漿體需要克服土體初始應力和抗拉強度，在鉆孔附近形成網狀漿脈，通過漿脈擠壓土體和漿脈的骨架作用達到加固地基的目的。劈裂灌漿是一個先壓密后劈裂的過程。漿液在土體中流動分為鼓泡壓密階段、劈裂流動階段、被動土壓力階段三個階段。

壓密灌漿（擠密灌漿）是通過鉆孔向土層中壓入濃漿，當土體被壓密和漿液被擠入時，將在壓漿點的周圍形成燈泡型空間，漿液受到擠壓作用會而產生輻射狀的上抬力，從而促使地層局部隆起。如遇排水困難可能會在土體中產生高孔隙水壓力時，則必須采用很低的灌漿速率。

3 樁基缺陷處治方案

3.1 樁基缺陷處治設計方案

由于樁基出現缺陷時，對橋梁結構存在質量、安全的影響巨大，因此對樁基缺陷處治方案設計和選取時，須充分考慮橋址區地形地質條件及處治的安全性、經濟性及環保性等因素的綜合影響[2]。

該高速公路針對大橋樁基在施工過程中存在的缺陷問題[3]，采用劈裂灌漿與壓密灌漿法對其樁底沉渣進行處治。具體處治措施為：（1）根據施工現場獲取的聲測及鉆孔檢測資料，在樁身對稱鉆3 個孔徑為150mm 的灌漿孔，鉆孔深度則根據實際深度確定，但必須貫穿沉渣底部1～2m，注漿前對沉渣部位采用高壓洗孔的方式，清除樁底泥土等低強度的雜物；（2）根據施工現場的實際情況配制漿液，通過對樁底沉渣部位采用雙液灌漿料進行劈裂與壓密灌漿，從而提高樁基底部密實度，灌漿壓力為0.2～0.5MPa，要求終壓不小于0.5MPa，并在終壓條件下穩壓5～15min；（3）放鋼筋籠然后進行壓漿，從而達到補強樁基的目的。（4）對灌漿孔實施封閉，以便快速提高樁基的強度[4]。

3.2 灌漿材料優選

由于雙液灌漿料漿液的結石率和結石強度較高，粘度較低，但可灌性較好，在水中可以迅速凝固，凝膠時間可在幾秒到幾十分鐘內精準控制，且漿液無毒，對居民用水無污染。其采用擠密灌漿工藝，經過一系列水解和水化反應后，生成的凝膠體—水化硅酸鋁鈣凝固后能形成強度較高、水穩定性好的水泥結石體，從而使樁基基底擠密，固結強度增高。因此雙液灌漿料漿液為灌漿處治優先選擇的漿液材料[5]。

綜合考慮氣候、水文、地質等條件，該高速公路項目采用普通硅酸鹽水泥劈裂灌漿和雙液灌漿料壓密灌漿對存在的樁基缺陷進行處治，從而達到加固補強的目的。

3.3 樁基缺陷處治施工工藝

3.3.1 施工前準備

樁基缺陷處治前，須在灌漿前先對場地進行整平，清除樁位處地上、地下的一切障礙物，場地低洼處用粘性土料回填夯實，并做好排漿溝。同時為了便于加固后對樁基質量進行檢測，需在灌漿處治前對聲測管進行保護。則首先用混凝土將聲測管底部封住，然后將封底的PVC 管從上向下插入聲測孔，并灌水處治，而后根據實際灌漿處治的情況對聲測孔進行洗孔，以防漿液堵孔，為后續灌漿處治施工做好充分的準備工作。

3.3.2 灌漿施工工藝及相關施工要點

（1）灌漿施工工藝

該高速公路項目采用的灌漿施工工藝為單管高壓旋噴灌漿法，具體工藝流程為：施工前準備→測量精準定位→機具安裝就位→鉆孔至設計標高→開始旋噴→提升旋噴灌漿→旋噴結束→吊放鋼筋籠→填灌碎石→封孔等等步驟。

圖1 灌漿施工工藝

（2）施工要點

①鉆機和鉆頭選擇

根據施工要求、施工條件和鉆孔孔徑大小選擇適宜的鉆機型號及鉆頭，按照施工文件要求的鉆孔傾角范圍和指定方位，相應調整鉆機方向及立軸角度，調整后鉆機不能移位和隨意起降。

②樁機安裝就位

樁機使用前需用水平尺和定位測錘將其調整規定要求范圍內，其垂直度偏差應控制在1%～1.5%之間，導向架和鉆桿傾斜率應控制其小于1.5%，樁位對中誤差應控制其不大于5cm。樁機安裝就位后，需采用低壓射水試驗檢查其壓力是否在正常允許范圍內，噴嘴是否暢通。

③壓水試驗

根據施工過程中搜集各鉆孔資料確定的各孔缺陷段部位、缺陷段的深度，將灌漿頭朝下入孔內，用高壓清水對準缺陷底部自下而上反復清洗，待其孔口出現清水為止。逐孔進行清理，直至鉆孔內所有雜質排出后，清孔結束。清水的噴射壓力應控制于0.5～1.5MPa 之間。

④漿液配置

第一階段為樁基土體劈裂過程，需采用水灰比相對較大的稀漿，水灰比為1∶1；第二階段為樁基土體的壓密過程，需采用水灰比相對較小的濃漿，水灰比為1:0.5～1:0.3，并根據實際情況添加高效減水劑。攪拌制作灰漿時，須先將水加入桶中，再倒入水泥。注意漿液在灰漿拌和機中須不斷進行攪拌，開機攪拌時間需控制在10～20 分鐘之間。

⑤吊放鋼筋籠

為了提高樁基抗剪和抗彎強度，在灌漿結束之后，需在開孔部位從上到下吊放整根鋼筋籠，分節吊放時鋼筋搭接必須錯開。

⑥填灌級配碎石

在將鋼筋籠和灌漿管置入鉆孔之后，須立即投入清洗干凈后的粒徑5～15mm 的碎石，如若鉆孔的深度超過20m 時，則需將適宜粒徑的碎石分兩次投入。碎石應投入孔口填料漏斗內，并輕搖鋼筋籠使石子下沉和密實，直至填滿樁孔。填入量應不小于計算體積的0.8～0.9 倍，須埋入水泥漿中2～3m 左右，以確保漿體質量。在注入水泥漿時，碎石孔隙中的泥漿將會被比重大的水泥漿置換，直至水泥漿從鉆孔口溢出為止。

⑦沖洗

為了防止水泥漿凝固堵塞，在噴射施工完成之后，向漿液罐中注入清水，清洗管路中殘留的水泥漿，將注漿管等相關機具設備均清潔干凈，管內、設備內均不得殘存水泥漿，以免對設備造成損壞。

⑧補漿

在灌漿施工作業完成后，由于漿液的析水作用，均會出現不同程度的收縮，從而使固結體頂部出現凹穴。因此需要及時用水灰比為1.0 的水泥漿進行補漿[6]。

3.4 樁基缺陷處治施工質量控制

（1）正式開工前需確定合理的施工技術參數和漿液配比，并認真作好工藝性試樁工作。

（2）施工前，須按相關要求檢查旋噴管高壓水及空氣噴射情況，并確認各部位密封圈是否封閉、能否正常使用。

（3）制作漿液的水灰比必須嚴格按照相關設計要求進行控制，在施工過程中不能隨意改變。在旋噴施工過程中，為了防止泥漿沉淀，須降低濃度進行調配，且漿液攪拌完畢送至吸漿桶時，須使用篩網進行過濾，其過濾篩孔則必須要小于其噴嘴直徑的1/2。

（4）噴射施工前，須調整噴射壓力、噴漿量至規范要求范圍后再逐漸提升注漿管，若施工過程中突然發生故障，應立即停止提升和旋噴、檢查排除故障，防止出現斷樁；若因機械故障而中斷旋噴施工，則須重新鉆至樁底設計標高后，再重新進行旋噴施工。

（5）旋噴施工過程中，若冒漿量超過注漿量的20%或完全不冒漿，則必須查明原因，調整施工方案后再進行施工，若其冒漿量小于注漿量的20%，則為正常現象，無須進行處理。

（6）在施工過程中，鉆桿旋轉和提升必須連續不中斷，如若需要拆卸接長鉆桿或繼續旋噴，則須保持鉆桿有10～20cm 的搭接長度，從而避免出現斷樁。

4 結束語

本文以某高速公路建設項目大橋樁基缺陷處治方案為實例，針對該高速公路的地質條件，采取單管高壓旋噴劈裂與壓密灌漿法對其樁底沉渣進行處治，并詳細闡述了相關施工工藝及具體施工要點，有效解決樁基缺陷存在的安全隱患問題，能為類似高速公路工程建設施工提供經驗參考和施工借鑒。