高速公路樁基缺陷灌漿處治施工技術(shù)研究

黃 錦

（中鐵十六局集團(tuán)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(wǎng)主骨架的重要路段，全線路線走向基本為東西走向，總長(zhǎng)約為154km，設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為雙向四車道，設(shè)計(jì)時(shí)速為100km/h，根據(jù)設(shè)計(jì)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(jié)構(gòu)為14-30m 裝配式預(yù)應(yīng)力砼小箱梁，橋位中心樁號(hào)為K57+647，橋長(zhǎng)428m。橋址區(qū)地形起伏較大，上部為第四系粉質(zhì)黏土覆蓋層，下伏基巖為全風(fēng)化、強(qiáng)風(fēng)化千枚巖，局部分布中風(fēng)化千枚巖，地表未發(fā)現(xiàn)不良地質(zhì)現(xiàn)象，地層結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，區(qū)域穩(wěn)定性較好。大橋橋梁樁基設(shè)計(jì)為摩擦樁，樁長(zhǎng)38～40m左右，施工過程中受工期影響，采用旋挖鉆機(jī)進(jìn)行施工，部分樁基在成樁后檢測(cè)發(fā)現(xiàn)底部1～2m 處無信號(hào)，初步判斷樁底有沉渣，為了保證樁基的施工質(zhì)量和控制樁基后期的沉降，有必要針對(duì)該病害制定有效的技術(shù)方案進(jìn)行處治。本文通過對(duì)樁基缺陷處治技術(shù)系統(tǒng)深入的研究，得出大橋樁基缺陷處治方案，并成功應(yīng)用與工程實(shí)際之中。

2 樁基缺陷成因及灌漿技術(shù)原理

2.1 樁基缺陷成因

根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)的調(diào)研情況發(fā)現(xiàn)，導(dǎo)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(hù)壁及地層特點(diǎn)等原因，造成樁基樁底質(zhì)量差且清孔的難度較大，容易產(chǎn)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(dǎo)致樁身底部混凝土的強(qiáng)度無法達(dá)到樁基檢測(cè)的要求；（2）在雨天特殊氣候條件下，樁頂虛土掉入，造成未經(jīng)二次清孔或清孔不徹底；（3）施工場(chǎng)區(qū)大片成孔后，由于澆注間隔時(shí)間長(zhǎng)，未護(hù)壁或護(hù)壁質(zhì)量差將會(huì)造成塌孔。

2.2 灌漿技術(shù)原理

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

劈裂灌漿是通過利用灌注漿體的壓力對(duì)土體產(chǎn)生水力劈裂，有控制地將內(nèi)部充填物劈出裂縫，從而導(dǎo)致吃漿量突然增加，使?jié){體需要克服土體初始應(yīng)力和抗拉強(qiáng)度，在鉆孔附近形成網(wǎng)狀漿脈，通過漿脈擠壓土體和漿脈的骨架作用達(dá)到加固地基的目的。劈裂灌漿是一個(gè)先壓密后劈裂的過程。漿液在土體中流動(dòng)分為鼓泡壓密階段、劈裂流動(dòng)階段、被動(dòng)土壓力階段三個(gè)階段。

壓密灌漿（擠密灌漿）是通過鉆孔向土層中壓入濃漿，當(dāng)土體被壓密和漿液被擠入時(shí)，將在壓漿點(diǎn)的周圍形成燈泡型空間，漿液受到擠壓作用會(huì)而產(chǎn)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(huì)在土體中產(chǎn)生高孔隙水壓力時(shí)，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(shè)計(jì)方案

由于樁基出現(xiàn)缺陷時(shí)，對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)存在質(zhì)量、安全的影響巨大，因此對(duì)樁基缺陷處治方案設(shè)計(jì)和選取時(shí)，須充分考慮橋址區(qū)地形地質(zhì)條件及處治的安全性、經(jīng)濟(jì)性及環(huán)保性等因素的綜合影響[2]。

該高速公路針對(duì)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(duì)其樁底沉渣進(jìn)行處治。具體處治措施為：（1）根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)獲取的聲測(cè)及鉆孔檢測(cè)資料，在樁身對(duì)稱鉆3 個(gè)孔徑為150mm 的灌漿孔，鉆孔深度則根據(jù)實(shí)際深度確定，但必須貫穿沉渣底部1～2m，注漿前對(duì)沉渣部位采用高壓洗孔的方式，清除樁底泥土等低強(qiáng)度的雜物；（2）根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況配制漿液，通過對(duì)樁底沉渣部位采用雙液灌漿料進(jìn)行劈裂與壓密灌漿，從而提高樁基底部密實(shí)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(wěn)壓5～15min；（3）放鋼筋籠然后進(jìn)行壓漿，從而達(dá)到補(bǔ)強(qiáng)樁基的目的。（4）對(duì)灌漿孔實(shí)施封閉，以便快速提高樁基的強(qiáng)度[4]。

3.2 灌漿材料優(yōu)選

由于雙液灌漿料漿液的結(jié)石率和結(jié)石強(qiáng)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(shí)間可在幾秒到幾十分鐘內(nèi)精準(zhǔn)控制，且漿液無毒，對(duì)居民用水無污染。其采用擠密灌漿工藝，經(jīng)過一系列水解和水化反應(yīng)后，生成的凝膠體—水化硅酸鋁鈣凝固后能形成強(qiáng)度較高、水穩(wěn)定性好的水泥結(jié)石體，從而使樁基基底擠密，固結(jié)強(qiáng)度增高。因此雙液灌漿料漿液為灌漿處治優(yōu)先選擇的漿液材料[5]。

綜合考慮氣候、水文、地質(zhì)等條件，該高速公路項(xiàng)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(duì)存在的樁基缺陷進(jìn)行處治，從而達(dá)到加固補(bǔ)強(qiáng)的目的。

3.3 樁基缺陷處治施工工藝

3.3.1 施工前準(zhǔn)備

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

3.3.2 灌漿施工工藝及相關(guān)施工要點(diǎn)

（1）灌漿施工工藝

該高速公路項(xiàng)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(zhǔn)備→測(cè)量精準(zhǔn)定位→機(jī)具安裝就位→鉆孔至設(shè)計(jì)標(biāo)高→開始旋噴→提升旋噴灌漿→旋噴結(jié)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(diǎn)

①鉆機(jī)和鉆頭選擇

根據(jù)施工要求、施工條件和鉆孔孔徑大小選擇適宜的鉆機(jī)型號(hào)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(yīng)調(diào)整鉆機(jī)方向及立軸角度，調(diào)整后鉆機(jī)不能移位和隨意起降。

②樁機(jī)安裝就位

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

③壓水試驗(yàn)

根據(jù)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(nèi)，用高壓清水對(duì)準(zhǔn)缺陷底部自下而上反復(fù)清洗，待其孔口出現(xiàn)清水為止。逐孔進(jìn)行清理，直至鉆孔內(nèi)所有雜質(zhì)排出后，清孔結(jié)束。清水的噴射壓力應(yīng)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(duì)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(duì)較小的濃漿，水灰比為1:0.5～1:0.3，并根據(jù)實(shí)際情況添加高效減水劑。攪拌制作灰漿時(shí)，須先將水加入桶中，再倒入水泥。注意漿液在灰漿拌和機(jī)中須不斷進(jìn)行攪拌，開機(jī)攪拌時(shí)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(qiáng)度，在灌漿結(jié)束之后，需在開孔部位從上到下吊放整根鋼筋籠，分節(jié)吊放時(shí)鋼筋搭接必須錯(cuò)開。

⑥填灌級(jí)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(shí)，則需將適宜粒徑的碎石分兩次投入。碎石應(yīng)投入孔口填料漏斗內(nèi)，并輕搖鋼筋籠使石子下沉和密實(shí)，直至填滿樁孔。填入量應(yīng)不小于計(jì)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(zhì)量。在注入水泥漿時(shí)，碎石孔隙中的泥漿將會(huì)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(guān)機(jī)具設(shè)備均清潔干凈，管內(nèi)、設(shè)備內(nèi)均不得殘存水泥漿，以免對(duì)設(shè)備造成損壞。

⑧補(bǔ)漿

在灌漿施工作業(yè)完成后，由于漿液的析水作用，均會(huì)出現(xiàn)不同程度的收縮，從而使固結(jié)體頂部出現(xiàn)凹穴。因此需要及時(shí)用水灰比為1.0 的水泥漿進(jìn)行補(bǔ)漿[6]。

3.4 樁基缺陷處治施工質(zhì)量控制

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

（2）施工前，須按相關(guān)要求檢查旋噴管高壓水及空氣噴射情況，并確認(rèn)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(yán)格按照相關(guān)設(shè)計(jì)要求進(jìn)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(jìn)行調(diào)配，且漿液攪拌完畢送至吸漿桶時(shí)，須使用篩網(wǎng)進(jìn)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(diào)整噴射壓力、噴漿量至規(guī)范要求范圍后再逐漸提升注漿管，若施工過程中突然發(fā)生故障，應(yīng)立即停止提升和旋噴、檢查排除故障，防止出現(xiàn)斷樁；若因機(jī)械故障而中斷旋噴施工，則須重新鉆至樁底設(shè)計(jì)標(biāo)高后，再重新進(jìn)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(diào)整施工方案后再進(jìn)行施工，若其冒漿量小于注漿量的20%，則為正常現(xiàn)象，無須進(jìn)行處理。

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

4 結(jié)束語

本文以某高速公路建設(shè)項(xiàng)目大橋樁基缺陷處治方案為實(shí)例，針對(duì)該高速公路的地質(zhì)條件，采取單管高壓旋噴劈裂與壓密灌漿法對(duì)其樁底沉渣進(jìn)行處治，并詳細(xì)闡述了相關(guān)施工工藝及具體施工要點(diǎn)，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(shè)施工提供經(jīng)驗(yàn)參考和施工借鑒。