水下混凝土灌注樁斷樁問題及處理技術

盧俊杰

（廣州市泰和混凝土有限公司，廣東 廣州 510450）

1 工程概況

該文以某高速鐵路橋梁建設項目作為研究對象，著重對橋梁灌注樁基礎施工技術進行研究。其中，5-P2號樁在進行水下混凝土澆筑的過程中，由于施工人員的操作不當，導致拔管的長度偏長，進而出現斷樁現象。5-P2號樁樁頂的設計標高為2.5m，灌注樁樁底的標高設計為-67.9m，樁孔的孔徑設計為1m，混凝土的強度標號設計為C35。在成孔以后使用超聲波對成孔質量進行檢測，檢測結果顯示，1-Pl0號樁局部存在離析現象，檢測結果不合格。后經過取芯檢測得出，6.0m~6.3m部分存在泥石夾層，該層的黏結力不是很理想，存在嚴重的離析現象。

2 水下混凝土灌注樁斷樁原因

2.1 灌注樁5-P2夾泥斷樁原因分析

根據GB51004—2015《建筑地基基礎工程施工規范》可知，在灌注混凝土時，導管必須要埋設在混凝土內部，埋設的深度控制在2m~6m比較合適。當灌注樁利用導管完成混凝土澆筑時，導管埋入混凝土內部的深度過大或過小都不合適，如果導管埋設深厚過大，就可能會產生導管堵塞現象，但是導管埋深厚如果過小，就可能會出現翻漿現象。在澆筑5-P2樁基礎部位的混凝土時，由于現場施工人員的操作不當，未有效地控制導管埋設深度，加之導管提升的速度比較快，促使導管埋設的深度比較小，大量的混凝土沖翻孔已經澆筑的混凝土，進而出現斷樁現象。

該項目內的橋梁樁基礎混凝土澆筑施工的導管是使用法蘭盤進行連接，在導管運輸至施工現場以后，現場管理人員嚴格按照現行規范對導管進行水密性、承壓、試拼以及抗拉試驗，在試驗合格的情況下，在項目內使用導管。在澆筑5-P2樁基礎部位的混凝土前，導管已經完成了15根灌注樁混凝土施工，在多次使用管道的過程中，由于頻繁作業，法蘭盤可能出現變形現象，使導管的嚴密性受到影響，同時在對5-P2樁基礎進行施工前，施工人員更換了少部分的導管且并未對更換部位的導管進行試驗，所以在實際澆筑混凝土時，可能導管接口部位出現漏漿現象，泥漿進入混凝土中，導致斷樁現象出現。

5-P2樁的樁徑比較大，這就意味著需要使用大量的水下混凝土，為確保5-P2樁基礎的質量，水下混凝土灌注需要較長的時間。結合項目施工的具體情況來看，5-P2樁基礎是在夜間10點時開始灌注水下混凝土，由于夜間施工缺少照明設備，加之施工人員連續作業，身心疲憊，使下水混凝土灌注的過程中，地表的泥塊混入混凝土中，從而出現斷樁現象出現。該文將斷樁原因的施工時間、控制難度以及發生概率的分值設置為1分、2分、3分。研究分析的結果可以參照表1中數據。

結合表1中信息來看，導致5-P2樁基礎出現斷樁的原因很可能是導管提升的速度過快，該原因發生的可能性為42.86%，其次是導管破損導致漏漿，該原因發生的可能性為33.33%，最后是導管內混入泥塊，該原因發生的可能性為23.81%。由此可以得出，在灌注水下混凝土時，須先提前檢查導管是否存在破損或是連接頭不牢固的現象，在灌注的過程中，應該嚴格控制導管提升的速度，最后避免泥塊進入導管中。

表1 樁基礎5-P2斷樁原因可能性大小評分表

2.2 灌注樁1-P10砂漿夾層斷樁原因分析

1-Pl0樁基礎的樁徑設計為D1.2m，該樁基礎是小直徑樁，實際施工時，1-Pl0樁基礎的長度為30.12m，由此可以計算出水下混凝土的用量大概為34m，水下混凝土灌注所需時間不會太長。該樁基礎斷層中存在砂漿夾層且斷層的厚度比較大，最大厚度達到10cm，斷樁并未貫穿整根樁，屬于輕微型的斷樁事故。1）混凝土供應不及時導致施工時間延長。施工員在灌注水下混凝土之前，已經對需要灌注的放量進行計算，并將計算后的混凝土方量報送給攪拌站。混凝土澆筑必須要一次成型，這意味著需要多輛混凝土攪拌車完成運輸。但是混凝土攪拌站內的運輸車輛有限，加之混凝土攪拌站距離施工現場比較遠等很多原因，導致施工現場無法施工水下混凝土連續灌注，因混凝土灌注間隔的時間過長且已經灌注部分的混凝土存在了離析現象，在這種情況下出現了斷樁事故。2）施工時正處于雨水時節，降雨量過大，雨水進入混凝土中，使混凝土出現離析現象。結合實際情況來看，由于施工時剛好下起了大雨，為了保證混凝土灌注的連續性，施工班組并未暫停施工，導致雨水進入混凝土內部且并未采取任何遮雨措施，在這種情況下，混凝土內的水含量增大，混凝土在導管中下落時出現離析現象，并出現砂漿斷層。

結合以上分析可以發現，導致1-Pl0樁基礎出現端樁事故的原因可能是混凝土供應不及時，也可能是受自然降雨影響。

3 斷樁處理方法比選

3.1 樁基礎內部置換法

這種方法是指使用機械設備或是人工鑿除的方式進行施工，沿著灌注樁重心位置鑿除混凝土，但是需要預留樁基礎四周20cm~30cm厚的混凝土作為保護壁，確保樁基礎附近的泥土進入灌注樁內部。

3.2 扁擔樁法

這種施工方法是指在樁基礎兩側重新灌注2根樁，將新灌注的2根樁與承臺進行連接，保證三者形成一個整體，均勻受力。這種施工方法的效果比較顯著。但是施工成本比較高且施工持續的時間比較長。

3.3 高壓注漿法

這種處理方法是結合樁基礎的直徑以及斷層的具體部位，使用鉆機在斷層鉆孔，然后向孔內注漿，鉆孔的深度至少深入斷層以下1m，向鉆孔內埋設注漿管，將高壓水注入注漿管內，將斷層部位的泥漿清理干凈，注入水泥砂漿。

3.4 豎井置換法

這種處理方法是指在樁基礎兩側設置鋼護筒，鋼護筒的中心點與樁基礎的中心點應該在同一個垂線上，將扁擔梁架設在鋼護筒上，然后利用扁擔梁將斷層上側的混凝土，在斷層方向開挖豎向井，豎向井應該深入至端側表面，人工將斷層處的泥漿清理干凈，再按照要求安裝模板，澆筑混凝土，當混凝土的強度達到設計要求以后，才能夠拆除模板，并將前期設置的豎向井作回填處理，最后將扁擔梁拆除。

3.5 原位復樁法

這種處理方法是指利用沖擊設備將出現斷樁事故的樁基礎整根清除，然后沿著原樁的位置重新灌注混凝土。

與其他處理方法相比，原位復樁法處理最徹底且處理的效果最好，但是這種處理方法比較復雜，處理的成本相對較高，通常情況下，只有在以上四種方法都不適用時，才會選擇使用原位復樁法。

綜上所述，在建設橋梁工程時，為了確保工程主體結構的穩定性與安全性，確保施工項目順利如期竣工，降低建設成本，經過全面研究以后，施工單位決定使用高壓注漿法對5-P2、1-P10灌注樁進行處理。

4 斷樁處理措施

4.1 高壓注漿法處理流程

高壓注漿法的施工流程：鉆孔作業→清理斷層部位的泥漿→拌制水泥砂漿→注漿→處理效果檢測。

4.2 鉆孔并確定斷層深度、范圍及厚度

高壓注漿法使用鉆機完成鉆孔作業，鉆進由樁頂向下開鉆，鉆至斷層以下1m位置即可，當鉆進至指定部位以后，將斷層表面的雜物清理干凈。施工單位在使用高壓注漿法對斷樁進行處理時，必須要保證斷層部位清理干凈。

結合前期取芯檢測結果來看，夾泥最嚴重的取芯樣品時基準孔，鉆孔的角度為60°，鉆孔沿著灌注樁按照梅花狀進行布設，孔徑設計為80mm。鉆孔過程中應該避開鋼筋籠的位置，確保鋼筋籠的質量不會受到影響。

該建設項目中出現的2根斷樁的鉆孔中心距技術參數：①5-P2斷樁的鉆孔中心距確定為600mm；②1-P10斷樁的樁徑的鉆孔中心距確定為300mm。

鉆孔中心距的確定是參照以下標準：①借鑒其他類似工程項目的成功經驗。②當鉆孔的數量越多時，樁身的整體性就越強，相應的其對灌注樁的質量影響也就越大，所以應減少鉆孔的數量。③確認沖洗設備規格選擇，事先檢測沖洗設備清晰的有效半徑，根據檢測結果，沖洗設備選擇的原則以清洗有效半徑相互重疊作為依據。

此外，由于該斷樁的樁徑比較小，如果使用大孔距，就意味著鉆孔的數量減少，當鉆孔數量減少時，那么施工人員就無法精準地掌握斷層的具體范圍。

對鉆孔取出的芯樣進行檢測，如果芯樣含有泥土或是砂漿，那么應該繼續鉆孔；如果芯樣完好，那么可以終止鉆孔。

當鉆孔作業完成以后，對所有的芯樣進行全面分析，由此可以掌握斷層具體情況，從而全面掌握斷層的深度與覆蓋范圍，并在此基礎上將其作為后期處理斷樁的依據，以確保斷樁處理的效果，如圖1所示。

結合上文中所提到的布孔原則來看，5-P2總計需要設置11個鉆孔，鉆孔的具體情況可以參照圖1中信息所示。結合鉆孔取出來的芯樣分析得出，5-P2斷樁的斷層是以斜向分布的，斷層并未貫穿整根樁，斷樁部位位于灌注樁的中間部位，斷層的厚度不是很大，主要是分布于深度9.94m~10.18m處。

圖1 斷樁5-P2鉆孔情況示意圖（單位：mm）

結合斷樁1-P10的芯樣檢測結果來看，斷層是以斜向分布的，斷層并未貫穿整根樁，斷層有可能出現在灌注樁的邊緣部位，斷層的厚度比較小，大致分布在深度7.05m~7.58m處。

4.3 氣舉法清孔

通過高壓水泵向鉆孔中注入清水，將斷層內的泥塊或砂漿等雜物沖碎，然后再注入壓縮空氣，在孔內制造負壓，提高清孔效率，將沖碎的泥塊或砂漿等雜物完全清理干凈，使后續注入的水泥漿液與斷層上下樁身表面能完全結合，保證注漿的飽滿度，確保處理效果。該橋梁工程斷樁處理氣舉法清孔工序具體操作如下:1）鉆機的鉆頭部位裝置高壓噴頭，將鉆桿逐一連接以后，插入斷層的中間部位，鉆桿連接點應該纏繞麻絮，以保證鉆桿連接密實，不會出現漏漿現象。2）噴頭插入至基準孔內，結合鉆孔芯樣的結果確定斷層的深度以后，則可以暫停鉆孔。而后將空壓機管深入至孔底。3）將鉆桿頂部與高壓水泵進行連接，連接點必須足夠牢固。4）開啟地質鉆機，鉆機會帶動鉆管運行，鉆桿運行的速度保持在8r/min~10r/min，然后啟動水泵、空壓機，開始向鉆桿內部注入清水與空氣，以保證鉆桿內部的水壓控制在24MPa~30MPa，從而確保噴頭就可以實現高壓噴射流，高強度的壓力斷層內的雜物清理干凈；同時，高壓空氣會將擊碎的碎塊沖出鉆孔外部。5）施工人員嚴格的控制鉆機，緩慢將鉆桿下放至孔內，鉆桿移動的速度控制在8cm/min~10cm/min，移動的極限范圍控制在斷層上下0.5m以內，在特殊情況下可以適當擴大鉆桿移動的范圍。6）現場管理人員實時監測鉆孔部位的出水情況，并做好詳細的監測記錄，將流水的鉆孔進行標記。7）當所有的鉆孔流出水的達到合格標準以后，繼續沖洗2h，以確保斷層部位的雜物沖洗干凈。8）在斷層清理干凈以后，鉆機設備移動至下一個鉆孔進行清孔作業。

4.4 高壓注漿

高壓注漿是將配置的水泥漿注入斷層及鉆孔中，使水泥漿充滿整個斷層及鉆孔，置換斷層內的泥塊或砂漿等雜物，確保處理后的樁身承載力。1）將清孔作業過程中的連通的鉆孔排列在同一個處理組中，在連通口部位裝置φ80mm的三通管頭，三通管的管頭插入連通孔內部40cm，管壁與孔壁之間產生縫隙使用麻絮進行封堵。3）將鉆桿作為注漿管，鉆桿插入注漿孔以內，灌注的過程中不斷加設延長部位的管節。4）將鉆桿頂部的接頭與注漿泵連接。為提高注漿作業的效率，施工單位選擇使用BW250/10型高壓注漿泵，儲漿罐中裝置攪拌器，避免泥漿出現固結。5）注漿。啟動注漿泵，將1.6的水泥漿注入灌注孔內，將斷層內的積水排除，確保水泥漿滲透至斷層中的細小縫隙中。為保證水泥漿注入孔內以后充分擴散，施工人員應該協調操作，持續壓一段時間，然后適當暫停作業，避免水泥漿擴散不充分。當注漿孔開始向外溢出水泥漿時且水泥漿比重檢測達到1.6時，則可以換用2.0水泥漿。當向外溢出水泥漿比重檢測達到2.0時，則可以停止灌注水泥漿。6）使用螺旋蓋帽將三通管頭部的管口作密封處理，并關閉所有的出漿口部位的控制閥。7）悶漿。將注漿孔部位的三通管口與注漿泵進行連接，打開控制閥門，啟動注漿泵，并向泵水注入2.0比重的水泥漿，增加注漿泵的注漿壓力，當壓力提升至1.2MPa時，則可以暫停注漿，當注漿壓力降低以后，在此將注漿壓力提升至1.2MPa，多次反復操作至無法壓漿，當穩定5min以后，壓力保持在0.8MPa時，則可以停止注漿，并將注漿孔的控制閥門關閉。8）注漿完成后，移動注漿設備，開始對下一個鉆孔進行注漿作業。對兩個或是多個孔相連接的鉆孔都可以使用以上操作進行處理。對單一性鉆孔來說，注漿孔與出漿孔使用一個，具體的處理方法如上文所述。

4.5 復檢，驗證處理效果

當注漿處理完成以后，為了檢測斷樁處理的效果，應該在斷層范圍以內進行取芯，觀察取出來的芯樣的具體情況。結合水泥漿與原樁混凝土之間的黏接狀況，并對斷層部位處理以后的注漿體進行抗壓試驗，以判斷該部位是否能夠達到設計要求。

5 結語

綜上所述，斷樁現象是灌注樁施工過程中最常見的質量問題之一，同時斷樁現象也是一種比較嚴重的施工質量缺陷，斷樁處理的成效對整個項目有重大的影響。在處理大直徑灌注樁的斷樁事故時，應該結合施工現場的實際情況確定施工方案，基于此，編制科學合理的施工方案，以此來保證斷樁事故處理的效果。