大橋工程建設(shè)中的樁基缺陷加固處理技術(shù)探討

馬國輝

（核工業(yè)長沙中南建設(shè)集團(tuán)有限公司,湖南 長沙 410001）

0 引言

20 世紀(jì)末至今，我國橋梁工程建設(shè)取得了可喜的成績，其中在橋梁基礎(chǔ)選擇過程中，樁基以承載能力強(qiáng)、穩(wěn)定性好以及施工便捷等優(yōu)點(diǎn)得到了廣泛的應(yīng)用。但是，由于大橋工程建設(shè)樁基屬于隱蔽工程，影響其質(zhì)量、進(jìn)度和效率的因素有很多，如果不加大對其的重視程度，輕則引起質(zhì)量問題，重則誘發(fā)安全事故。為此，探究大橋工程建設(shè)中的樁基缺陷加固處理具有現(xiàn)實(shí)意義。

1 大橋工程建設(shè)樁基缺陷類型

1.1 頂部缺陷

樁基頂部缺陷主要是由于混凝土灌入不足或者拆拔鋼護(hù)筒時用力不均勻而造成的，由于橋梁建設(shè)中的一部分樁基是需要深入水底的，在使用鋼護(hù)筒灌注混凝土?xí)r，不可避免地會夾雜一定的泥漿，這些泥漿在經(jīng)過沉淀之后，就會造成樁基頂部下沉，影響樁基質(zhì)量。

1.2 中部缺陷

樁基中部缺陷主要是受工程項(xiàng)目所在區(qū)域內(nèi)地質(zhì)地形條件的影響而造成的，由于地形地質(zhì)條件的不確定性，樁基內(nèi)部的混凝土就會出現(xiàn)部分塌孔。

1.3 底部缺陷

在通常情況下，大橋樁基底部缺陷大部分是由于地質(zhì)變動而引起的，由于地質(zhì)發(fā)生的微妙變動，特別是樁基底部的地質(zhì)，因其承受著巨大的荷載，或多或少的會使地質(zhì)發(fā)生微妙的變動，影響樁基底部混凝土的強(qiáng)度和密度。加之如果樁基底部地層存在膨脹的軟土、黏土或者泥巖等物質(zhì)，就會出現(xiàn)縮孔的現(xiàn)象，也就是底部缺陷。

2 某大橋工程建設(shè)案例概況

2.1 工程概況

某大橋上下部結(jié)構(gòu)分別為（50+80+50）m 變截面現(xiàn)澆連續(xù)箱梁和樁柱式結(jié)構(gòu)，樁基、立柱直徑分別為3 m和2.6 m。根據(jù)現(xiàn)場勘察得出，該樁基處地質(zhì)為白云質(zhì)灰?guī)r，最高強(qiáng)度達(dá)到80 MPa，施工采用回旋鉆機(jī)清水鉆進(jìn)，氣舉反循環(huán)排渣。

3#右樁基在澆筑14 天后，使用超聲波檢測方式對該樁基進(jìn)行檢測，檢測結(jié)果為Ⅲ類樁。同時，在距離樁底約3～3.5 m 處出現(xiàn)波形異常，混凝土不密實(shí)，未能達(dá)到現(xiàn)行國家現(xiàn)行橋梁樁基施工標(biāo)準(zhǔn)。

2.2 原因分析

在混凝土澆筑的過程中，首灌采用3.5 m3的料斗加兩臺10 m3攪拌車直泄洪23.5 m3，在等待混凝土的過程中，發(fā)現(xiàn)導(dǎo)管有漏水的現(xiàn)象。將導(dǎo)管拔出，重新拆卸，更換橡膠圈抹黃油后重新拼接好后插入0.5 m 深混凝土內(nèi)，在導(dǎo)管內(nèi)用小型潛水泵抽水，抽出來的為水泥漿水，且水一直不能完全抽干，抽水約8 min 后停泵，整個處理過程52 min，后繼續(xù)正常澆筑。因抽水的時候把膠材隨水一起被抽走，導(dǎo)致在首灌混凝土面至插入的0.5 m 段混凝土缺少膠材不密實(shí)，在此段造成缺陷。

2.3 處理方案

2.3.1 原則

在保證橋梁安全的情況下，以最少的投入和最短的時間，對樁基進(jìn)行處理，通過超聲波檢測，確認(rèn)能達(dá)到Ⅱ類樁。

2.3.2 方案比選

（1）原位成樁。經(jīng)過清理之后，在原來位置重新澆筑一根新的樁，這一方法雖然效果好，但施工難度大、建設(shè)周期長且費(fèi)用高昂。

（2）局部處理。采用小型勘探鉆機(jī)從樁頂處鉆若干個DN91 mm 的孔直達(dá)缺陷部位以下30 cm，采用高壓水槍清洗出松散的骨架材料，然后采用高壓壓漿泵壓入水泥凈漿，使水泥凈漿充滿缺陷部位的骨架空隙內(nèi)，穩(wěn)壓直至水泥凈漿凝固，達(dá)到一個密實(shí)的效果。此種方法相對（1）種方法難度小、周期短、費(fèi)用低，但效果略差，能滿足使用要求[1]。

因?yàn)楣て谝螅c業(yè)主、設(shè)計(jì)、監(jiān)理一起經(jīng)過方案比選，決定采用（2）局部處理的方法進(jìn)行樁基缺陷處理。

2.4 處理方法

工藝流程：①造孔→②注漿管埋設(shè)→③高壓水洗孔→④制漿→⑤注漿→⑥達(dá)到設(shè)計(jì)予定注漿量和終壓→⑦封孔→⑧檢驗(yàn)。若檢驗(yàn)合格，結(jié)束該樁補(bǔ)強(qiáng)加固；若不合格，重復(fù)①→⑧步驟直至合格為止。

2.4.1 布置注漿孔

根據(jù)檢測結(jié)果，在樁中心（O）鉆一補(bǔ)強(qiáng)孔，其余4處（A、B、C、D）補(bǔ)強(qiáng)孔互為等間距布置在距中心半徑為1 m 圓周上（如圖1），鉆孔直徑為91 mm，傾斜度要求1%以內(nèi)，確保鉆到缺陷部位以下30 cm。根據(jù)芯樣結(jié)果，A、D 芯樣完整，B 孔缺陷高度50 cm，C 孔缺陷高度43 cm，E 孔缺陷高度20 cm。又在F、G 位置加了兩個補(bǔ)強(qiáng)壓漿孔，芯樣結(jié)果顯示：F 孔芯樣完整，G 孔缺陷部位高度50 cm，補(bǔ)強(qiáng)孔在樁基缺陷部位形成通路。

圖1 強(qiáng)孔布置示意圖

2.4.2 埋設(shè)壓漿管

在每一個補(bǔ)強(qiáng)鉆孔里埋設(shè)兩根可以帶開關(guān)的8 分管（如圖2 所示），一根長度為2 m 的作為排氣和排渣管，另一根直達(dá)缺陷部位的壓漿管，壓漿管在缺陷部位呈梅花形鉆10 mm 的孔，在距離樁頂大約50 cm 的地方使用砂漿封口，以保證壓漿時不泄不漏，在洗孔壓漿前井口管可防止清孔的渣回流，壓漿時增加密實(shí)度，待埋設(shè)孔口管的水泥砂漿有一定的強(qiáng)度并與樁身緊密膠結(jié)后，方可進(jìn)行下一道工序。

圖2 注漿管埋設(shè)示意圖

2.4.3 高壓泵入清水排渣

在注漿前，采用BW160 型泥漿泵通過壓漿管向孔內(nèi)缺陷處供給高壓清水，洗凈缺陷處包裹砂漿和碎渣，在各補(bǔ)強(qiáng)孔間形成通路，選中央補(bǔ)強(qiáng)孔O 作為高壓注水孔，B 孔為排污孔，其余孔開關(guān)關(guān)閉，用1.0～1.5 MPa 的壓力注水沖洗1 h 以上，至排污孔處出清水。然后，逆時針分別選取G、C、E 為排污孔，采用同樣的方法清理，直到四個孔都冒出清水為止。按照同樣方法對BG、BC、GC、BE、GE、CE 斷面進(jìn)行清洗[2]。

2.4.4 配置注漿液

根據(jù)施工經(jīng)驗(yàn)及實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，采用高強(qiáng)度水泥（42.5R）配制40#水泥漿，首次注漿使用造漿桶制造水灰比為1 ∶0.6 的水泥漿，對各缺陷樁基進(jìn)行高壓注漿，再制造水灰比為1 ∶0.5 的水泥漿進(jìn)行高壓注漿，這一方法具有以下兩個方面優(yōu)勢：第一，機(jī)械設(shè)備可操作性強(qiáng)，二是稀漿流動性好，可先將邊角縫隙滲透充填，增加補(bǔ)強(qiáng)效果。在配漿過程中可加入0.5%的早強(qiáng)減水劑，以增加水泥漿的流動性及強(qiáng)度。不用加膨脹劑，因膨脹劑會降低水泥漿的強(qiáng)度?？紤]到24 m 水泥漿的液柱壓力，在下部水泥漿自然收縮時，上部水泥漿會下降補(bǔ)充，可保證缺陷部位充填飽滿。

2.4.5 高壓注漿

不同鉆孔通過使用高壓水槍清洗干凈后，再對各個缺陷樁基使用高壓水泥漿液替換未經(jīng)過高壓水槍沖洗干凈的松散物質(zhì)進(jìn)行置換，為保證置換效果，各孔都應(yīng)當(dāng)進(jìn)行置換注漿，注漿過程中各個出漿孔開關(guān)應(yīng)全部呈開啟狀態(tài)，待出漿孔與注入漿液比例相同時，直至孔內(nèi)不再排出漿塊、碎石時，方可移至下一孔進(jìn)行注漿。

對各個出漿孔進(jìn)行自上而下壓漿，替換原缺陷樁基內(nèi)的泥漿和碎渣，注入新的水泥砂漿，完成對缺陷樁基的處理。

注漿時將注漿管連接到注漿泵上，另一頭連接O 孔注漿管，在B、G、C、E 四個孔中選取連通性最好的B孔作為排漿孔，其他孔開關(guān)全部關(guān)閉，首先壓通該斷面，然后按連通性好壞斷面依次壓漿。按照同樣方法對OC斷面、OG 斷面、OE 斷面、BG 斷面、BC 斷面、BE 斷面、GC 斷面、GE 斷面排序壓漿。壓漿時，每次打開一個排漿孔開關(guān)，開始注漿時應(yīng)勻速進(jìn)行，待漿液從排漿孔中的注漿管內(nèi)置出時，暫停注漿，用堵頭堵住排氣孔，剩下注漿管口采用同樣方法進(jìn)行封堵，持續(xù)加壓注漿，直至注漿壓力達(dá)到1.5 MPa 時，停止加壓（一般為10 min）。壓力降低時，停止注漿，隨即拆下注漿泵管口連接到下一個注漿管泵口，將剛剛注漿完成的管口閥門封閉，加壓注漿1.5 MPa，停止加壓。對后續(xù)注漿孔進(jìn)行注漿，使缺陷樁基的“空體”飽滿，全部壓降結(jié)束后，注漿管作為傳力桿留置樁身混凝土內(nèi)，與樁基一同受力。

2.4.6 效果檢驗(yàn)

壓漿7 天以后，委托原檢測單位對樁基再次進(jìn)行超聲波透射檢測，缺陷處充滿壓漿液，達(dá)到Ⅱ類樁基標(biāo)準(zhǔn).

2.4.7 質(zhì)量保證措施

（1）該工程項(xiàng)目所有施工節(jié)點(diǎn)應(yīng)嚴(yán)格按照施工組織設(shè)計(jì)方案進(jìn)行。

（2）項(xiàng)目在建設(shè)過程中所使用的各種材料、物資必須經(jīng)過嚴(yán)格的檢驗(yàn)，所有質(zhì)量不合格與未經(jīng)過檢測的材料和物資堅(jiān)決不得使用到項(xiàng)目建設(shè)過程中。

（3）注重和加強(qiáng)對施工現(xiàn)場的管理，加大對施工現(xiàn)場巡視力度，對于施工人員出現(xiàn)的違規(guī)行為予以及時制止，責(zé)令改正[3]。

（4）對已完成補(bǔ)強(qiáng)的樁身抽芯進(jìn)行檢測，補(bǔ)強(qiáng)的水泥土必須緊貼樁底，同時水泥固體與基巖膠結(jié)，水泥固體單軸抗壓強(qiáng)度不小于35 MPa。

灌漿材料應(yīng)保證滿足以下要求：①用普通42.5 硅酸鹽水泥，生產(chǎn)日期為出廠后的兩個月內(nèi)，受潮或者結(jié)塊的水泥不得使用，水泥的各項(xiàng)參數(shù)和技術(shù)指標(biāo)應(yīng)當(dāng)符合國家現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)，需要附有出廠試驗(yàn)單。②制作而成的水泥漿體保證其可以在規(guī)定的時間內(nèi)凝固。③水泥漿體在凝固之后，體積不出現(xiàn)收縮，保證其不在短時間內(nèi)發(fā)生離析。

3 大橋工程建設(shè)樁基缺陷加固處理技術(shù)

3.1 鉆孔施工技術(shù)

鉆孔施工技術(shù)在大橋工程建設(shè)樁基缺陷加固處理中應(yīng)用比較常見，鉆孔施工技術(shù)的應(yīng)用需要做好以下幾個方面的工作：

（1）對影響鉆孔施工的各項(xiàng)因素進(jìn)行仔細(xì)分析，合理布置用水管道，避免與既有管道發(fā)生沖突。

（2）保證鉆機(jī)底座的平衡及其在具體運(yùn)行過程中的安全性。

（3）鉆孔作業(yè)完成之后，及時在孔口部位安裝鋼筋，檢查鋼筋是否存在上浮現(xiàn)象，一旦發(fā)現(xiàn)問題立即采取針對性的措施予以解決。

（4）鉆孔鉆進(jìn)作業(yè)中，使用輔助繩索將鉆架固定。

（5）混凝土澆筑過程中確定攪拌機(jī)的正常運(yùn)行。

（6）嚴(yán)格控制原材料的配比及質(zhì)量。

3.2 體外預(yù)應(yīng)力加固技術(shù)

體外預(yù)應(yīng)力加固加速可以有效增強(qiáng)樁基結(jié)構(gòu)截面應(yīng)力，降低樁基內(nèi)部應(yīng)力，并起到加固的作用。盡管如此，體外預(yù)應(yīng)力加固技術(shù)在大橋工程建設(shè)樁基缺陷中的應(yīng)用依然存在兩個方面的問題：

（1）體外預(yù)應(yīng)力索無法控制局部裂縫問題產(chǎn)生，其與主體截面變形狀態(tài)不一致。

（2）受轉(zhuǎn)向裝置和錨固點(diǎn)限制。

因此，體外預(yù)應(yīng)力加固技術(shù)在該工程項(xiàng)目建設(shè)樁基缺陷中的應(yīng)用，需要重點(diǎn)加大對以上兩方面問題的重視程度，以此更好地促進(jìn)其在大橋工程建設(shè)樁基礎(chǔ)缺陷處理中的應(yīng)用。

3.3 植筋加固技術(shù)

植筋加固技術(shù)在大橋工程建設(shè)樁基礎(chǔ)缺陷中的應(yīng)用需要使用專業(yè)的設(shè)備與合理的施工技術(shù)，需要對孔道進(jìn)行徹底的清潔與烘干，然后根據(jù)樁基缺陷的類型在孔道內(nèi)設(shè)置一定量的植筋膠。植筋加固技術(shù)應(yīng)用流程如下：

（1）將鋼筋固定于混凝土結(jié)構(gòu)中，提升樁基整體的承載能力。

（2）鉆孔過程一定要嚴(yán)格按照施工設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行，并準(zhǔn)確標(biāo)記鉆孔位置，將偏差控制在合理的范圍之內(nèi)。

4 結(jié)語

根據(jù)第三方檢測單位的靜載試驗(yàn)檢測，經(jīng)過加固處理后的樁基其承載能力滿足了國家現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)和施工組織設(shè)計(jì)要求。在大橋工程建設(shè)中，樁基缺陷時有發(fā)生，需要施工人員根據(jù)工程項(xiàng)目的實(shí)際情況選擇科學(xué)合理的加固技術(shù)，該工程項(xiàng)目的成功案例為缺陷樁基的加固處理提供了較好的理論參考。