灌漿加固在樁基修補工程中的應(yīng)用技術(shù)研究

張 恒，張悅?cè)?/p>

(中交港灣(上海)科技有限公司，上海 200032)

由于碼頭前沿水深不斷增大，樁基自由長度增大，靠泊船舶噸位和裝卸機械的大型化，樁基承受荷載增大，現(xiàn)役高樁碼頭基礎(chǔ)樁受損現(xiàn)象增多[1-3]。潮差區(qū)段樁基礎(chǔ)直接處于海水腐蝕最嚴重區(qū)域，是高樁碼頭最易遭受侵蝕破壞的部位，直接影響樁基基礎(chǔ)的承載性、耐久性[4-5]。

灌漿加固是一種施工方便、快速有效的加固方法，可保證后加固部分與原構(gòu)件連接可靠，共同工作，提高構(gòu)件的承載力，可廣泛的用于混凝土管樁等構(gòu)件的加固[6-9]。其中，鋼套筒灌漿修補技術(shù)是一種采用“夾克法”的樁基修補技術(shù)，該技術(shù)采用新型水下抗分散高性能水泥基灌漿料、鋼套筒水下止水和安裝工裝、小型灌漿施工專業(yè)設(shè)備以及水下灌漿工藝，現(xiàn)場操作簡單，施工效率高，修補加固效果明顯，具有較高的性價比優(yōu)勢[10-11]。

目前我國樁基基礎(chǔ)灌漿加固修補技術(shù)及其施工工藝還有待完善，亟需相關(guān)工程實踐為后續(xù)樁基灌漿加固施工技術(shù)提供寶貴的工程經(jīng)驗，進一步指導灌漿加固技術(shù)的工程實踐。

1 項目概況及要求

1.1 工程概況

遼寧省盤錦市某碼頭位于渤海遼東灣北部，距離最近海岸約17 km的淺海地區(qū)。該碼頭長度為120 m，碼寬度為12 m，原為板樁碼頭，后因板狀構(gòu)件出現(xiàn)明顯外傾，為達到使用功能，在原結(jié)構(gòu)前方增加高樁碼頭，樁身材料為PHC管樁，高樁碼頭面層部分與板樁碼頭胸墻用混凝土板搭接。

在使用過程中發(fā)現(xiàn)有19根PHC管樁多處出現(xiàn)豎向裂縫，另有3根PHC管樁與上部梁帽連接處出現(xiàn)脫離現(xiàn)象。基于此，為確保碼頭使用安全，需對受損PHC管樁進行修補，以提高樁基基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的承載力和耐久性。PHC管樁的受損典型圖如圖1所示。

圖1 PHC管樁的受損典型圖

1.2 灌漿加固修補施工情況

本項目主要針對以下三部分進行修補：①對19根存在豎向裂縫的PHC管樁進行環(huán)氧封閉、化學注漿處理；②對上述19根PHC管樁完成裂縫修補作業(yè)后，外包鋼套筒并灌注灌漿材料處理；③對3根上部帽梁與PHC管樁樁身脫離的樁，將脫離處原有混凝土掏空后，灌注灌漿材料處理。

1.3 灌漿材料技術(shù)要求

根據(jù)工程特點，本項目灌漿加固修補所用灌漿材料的技術(shù)指標應(yīng)滿足如下要求：

1)具有大流動特性，能夠滿足灌漿工藝要求；

2)具有微膨脹特性，灌漿材料硬化后，填充灌漿空間，不出現(xiàn)因收縮導致的裂縫；

3)與樁基本體和鋼套筒具有良好的粘結(jié)性；

4)28 d強度應(yīng)大于本體強度，使得灌漿加固后的樁基恢復其破壞前的承載能力。

基于上述性能要求，本項目對比了巴斯夫MasterFlow系列環(huán)氧樹脂灌漿材料和中交港灣(上海)科技有限公司自主研發(fā)的優(yōu)固特?SKG-3型灌漿材料，其性能指標如表1所示。

由表1可知，巴斯夫MasterFlow系列環(huán)氧樹脂灌漿材料雖然具備較好的初始流動度，但其流動度保持能力欠佳，若面對突發(fā)情況導致灌漿中斷時，該型灌漿材料容易因流動度損失而導致無法完成灌漿施工，而中交港灣(上海)科技有限公司自主研發(fā)的優(yōu)固特?SKG-3型灌漿材料具備更好的流動度保持能力，且其1、3 d和28 d強度均高于MasterFlow系列環(huán)氧樹脂灌漿材料，表明優(yōu)固特?SKG-3型灌漿材料具備更好的施工性和高強特性。綜上，優(yōu)固特?SKG-3型灌漿材料更加適用于本項目灌漿加固修補工程。

表1 兩種灌漿材料技術(shù)指標

2 灌漿加固施工

本項目采用中交港灣(上海)科技有限公司自主開發(fā)的一體化、集成化的灌漿施工工藝和優(yōu)固特?SKG-3型灌漿材料，成功地完成了受損莊基的灌漿加固修補，根據(jù)工程經(jīng)驗，灌漿加固施工步驟可總結(jié)如下。

2.1 樁基表面清理

為保證灌漿加固連接質(zhì)量，本項目將原樁基表面松散的混凝土鑿除，至混凝土露出新鮮密實面，并及時清除原樁基表面的水生物附著物、防腐涂層和玻璃鋼包覆物等，并對原樁基的豎向裂縫進行環(huán)氧封閉、化學注漿處理。經(jīng)此工序后，灌漿材料和受損樁基間會粘結(jié)得更加牢固，進而保證工程質(zhì)量。

2.2 鋼套筒安裝

本項目受損的PHC管樁，直徑1 200 mm，根據(jù)設(shè)計要求，鋼套筒內(nèi)徑1 320 mm，環(huán)形空間60 mm。鋼套筒剖面圖如圖2所示。

圖2 鋼套筒剖面圖

本項目鋼套筒與混凝土表面原有玻璃鋼包覆層有約20 cm高度的搭接，同時為保證工程質(zhì)量，在鋼套筒安裝過程中，嚴格控制上下鋼抱箍、筒體的安裝方位，確保高強螺栓連接處在設(shè)計要求的軸線位置，具體安裝步驟如下：

1)由施工平臺將半片套筒筒體運送至已安裝完上部鋼抱箍的樁基處；

2)潛水人員配合施工平臺上的施工人員將半片套筒慢慢吊裝至指定標高；

3)施工平臺上的施工人員將半片套筒與上部鋼抱箍固定，潛水人員在水下配合，穩(wěn)固該半片套筒，直至套筒與上部鋼抱箍固定完成；

4)剩下的另半片套筒以同樣的方式運送至吊裝至指定位置，并與上部鋼抱箍固定；

5)當兩片套筒均與鋼抱箍固定完成后，由施工人員將兩片套筒的拼接螺母自上而下進行安裝緊固處理；

6)由施工平臺上的施工人員及潛水員共同完成套筒的水上部分、水下部分拼接安裝工作。

為保證施工質(zhì)量，鋼套筒安裝結(jié)束后，還應(yīng)檢查鋼套筒的垂直度、平整度和密封性。

2.3 灌漿加固施工工藝流程

灌漿工序是灌漿加固工程的關(guān)鍵步驟，能否將灌漿材料成功地灌入鋼套筒內(nèi)，是評判灌漿加固工程成敗的關(guān)鍵指標。本項目根據(jù)施工經(jīng)驗，優(yōu)化灌漿工藝，成功地將灌漿材料一次性灌入鋼套筒內(nèi)，順利完成了受損樁基的灌漿修補，顯著提高了灌漿加固施工效率。灌漿加固工程布置圖如圖3所示，主要步驟如下：

圖3 灌漿加固工程布置圖

1)根據(jù)設(shè)計要求，將灌漿管線從碼頭面層的泵送設(shè)備，引至碼頭下部鋼套筒的預制管線；管線應(yīng)順滑，布置清晰可見，不得被其他遮蓋物覆蓋；

2)在正式泵送灌漿料前，必須對灌漿軟管進行潤管處理，以防止在泵送灌漿料漿體時產(chǎn)生堵塞情況；

3)將攪拌好的灌漿料漿體經(jīng)灌漿管線，通過泵送的方式自下而上頂升，置換鋼套筒和受損樁基間形成的環(huán)形空間中的海水；

4)當環(huán)形空間頂部有溢漿發(fā)生時，靜置，使?jié){料中的氣泡充分溢出，隨后再次進行壓力屏漿，此時，單個鋼套筒灌漿結(jié)束；

5)停止泵送，拆除管線并將其移到下一個環(huán)形空間灌漿口，進行下一次灌漿作業(yè)；

6)全部灌漿結(jié)束后，拆除灌漿管線，清洗灌漿設(shè)備。

2.4 灌漿加固施工效果及檢測

圖4是PHC管樁灌漿修復施工照片。本項目采用自主研發(fā)的灌漿設(shè)備、材料順利完成了19根PHC管樁的灌漿修補，施工效果得到業(yè)主好評。

圖4 現(xiàn)場灌漿加固施工圖

同時模擬海上灌漿加固施工環(huán)境，在岸上進行灌漿材料和鋼套筒間的粘結(jié)性試驗，經(jīng)檢測，灌漿材料與表面鋼套筒28 d的粘結(jié)強度可達6 MPa以上，表明硬化后的灌漿料與鋼套筒實現(xiàn)了良好的結(jié)合，可有效提升灌漿加固后，樁基結(jié)構(gòu)的整體性。將硬化后的灌漿料，表面的鋼套筒剝開，結(jié)果見圖5。

圖5 鋼套筒剝開后灌漿料的表面外觀圖

由圖5可知，硬化后的灌漿料表面光滑平整，無氣泡、夾渣。表明灌漿料已完全填充于鋼套筒和受損樁基間的環(huán)形空間，隨著其硬化后強度的逐步提升，極大程度上提高了整體結(jié)構(gòu)的承載力和耐久性。

為了確保灌漿質(zhì)量得到有效控制，在灌漿施工過程中，需密切關(guān)注灌漿料漿體的溫度、流動度、含氣量、表觀密度的變化情況，同時觀察灌漿泵出口處灌漿施工壓力，并在施工過程中留樣制作抗壓強度試塊，進行三方送檢。本項目灌漿加固工程具體檢測項目和檢測頻次見表2。

表2 灌漿加固施工現(xiàn)場檢測項目及檢測頻率表

灌漿現(xiàn)場測試及強度測試結(jié)果分別見表3、表4。試驗結(jié)果表明，中交港灣(上海)科技有限公司自主研發(fā)的優(yōu)固特?SKG-3型灌漿料材料綜合性能優(yōu)異，28 d抗壓強度可達90 MPa以上，各項性能指標均符合設(shè)計要求。

表3 灌漿現(xiàn)場測試結(jié)果

表4 優(yōu)固特?SKG-3灌漿料28 d抗壓強度測試結(jié)果 MPa

2.5 灌漿加固關(guān)鍵技術(shù)控制

1)灌漿加固前，應(yīng)綜合考慮樁基結(jié)構(gòu)缺陷的成因，及其對樁基承載力和耐久性的影響程度，綜合確定灌漿加固工程量、灌漿工藝、設(shè)備和灌漿材料。單個加固的實際灌漿用量不應(yīng)小于理論灌漿用量，本項目19根樁PHC管樁灌漿加固的實際灌漿用量均高于理論用量。

2)灌漿設(shè)備應(yīng)選用一體化、集成化的灌漿作業(yè)系統(tǒng)。灌漿應(yīng)根據(jù)灌漿方案，對灌漿設(shè)備進行系統(tǒng)的檢查與調(diào)試，確認設(shè)備空間清洗干凈、灌漿線路連接完整、灌漿、壓力屏漿程序成熟可靠。其中，壓力屏漿工序可有效保證鋼套筒內(nèi)灌漿填充的充盈度，是保證灌漿連接質(zhì)量的重要工序。

3)灌漿材料的性能是決定灌漿加固工程質(zhì)量好壞的關(guān)鍵因素。應(yīng)根據(jù)工程特點，選擇與該工程相匹配的灌漿材料，重點考慮灌漿材料的工作性、強度和微膨脹性等性能。為應(yīng)對現(xiàn)場突發(fā)情況導致的灌漿中斷情況，灌漿材料還應(yīng)有良好的流動性保持能力。本項目選取的優(yōu)固特?SKG-3灌漿材料，兼具大流動性和良好的流動性保持能力，初始流動度可達300 mm以上，30 min流動度可達280 mm以上。

4)灌漿檢測是確保灌漿工程質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)。在灌漿的全過程都應(yīng)進行質(zhì)量檢測，包括灌漿材料漿體的溫度、流動度和表觀密度等。每根樁基的灌漿加固，都應(yīng)將溢漿口處灌漿材料留樣，制作抗壓強度試塊，進行三方送檢，試件強度應(yīng)滿足設(shè)計要求。

3 結(jié) 語

本文根據(jù)遼寧省盤錦市某碼頭灌漿加固工程實例，總結(jié)了灌漿加固在樁基修補工程中的關(guān)鍵應(yīng)用技術(shù)，總結(jié)如下。

1)灌漿加固在樁基修補工程中的應(yīng)用，主要包括：樁基表面清理、鋼套筒安裝、灌漿、壓力屏漿、灌漿質(zhì)量檢測等步驟，每一個步驟都應(yīng)有完整的施工方案。

2)中交港灣(上海)科技有限公司自主研發(fā)的優(yōu)固特?SKG-3灌漿料和集成化的灌漿作業(yè)系統(tǒng)，能夠確保灌漿加固工程的連續(xù)進行，使得工程質(zhì)量得以保證。

3)為確保灌漿料漿體與原樁基的有效結(jié)合，原樁基的表面清理、豎向裂縫修補是灌漿施工前的重要工序。

4)灌漿材料的性能是決定灌漿加固工程質(zhì)量好壞的關(guān)鍵因素。應(yīng)要選擇與工程特性相匹配的灌漿材料，重點考慮灌漿材料的工作性、強度和微膨脹性等指標。