旋挖灌注桩的补强

陆伟岗，周 伟，沈锦儒

(江苏省电力设计院有限公司，江苏 南京 211102)

旋挖灌注桩的补强

陆伟岗，周 伟，沈锦儒

(江苏省电力设计院有限公司，江苏 南京 211102)

某工程采用旋挖灌注桩处理软弱地基，出现了许多Ⅲ类缺陷桩。经采用多种手段检查与检测，认定是桩顶下5～6 m处的桩身断裂所致。经多方案比较后决定采用加筋压力注浆法补强，并再次进行多种方法的检测，证明补强后的桩身强度能满足设计的要求。

旋挖灌注桩；桩身裂缝；加筋压力注浆 。

1 工程概况

1.1 工程地质条件

建设场地位于长江岸边的江漫滩地段，自然地面高程为3.50 m左右。地基土50 m深度范围内自上而下的基本层序为：层①素填土(局部分布)；层②粉质黏土；层③淤泥质粉质黏土；层④粉土夹粉质黏土(大部缺失)；层⑤粉砂夹粉土；层⑥粉、细砂；层⑦粉、细砂夹粉质黏土(大部缺失)；层⑧粉、细砂；层⑨板岩。勘测期间地下水位埋深为0.1 m左右。该区地震动峰值加速度为0.10 g，反应谱特征周期为0.45 s，场地地基土的层④和层⑦为可液化土层，液化等级为轻微～中等。

地质柱状图、平均层厚及旋挖桩入土深度见表1。

表1 地质柱状图及旋挖桩入土深度

1.2 桩基设计

建筑平面轴线尺寸为70 m×75.2 m，朝向为南偏西40°。采用C35级混凝土旋挖钻孔灌注桩。桩总数474根，桩长36.5～41.0 m，平均桩长38.75 m，以层⑨板岩为持力层，桩端进入持力层深度不小于1.2 m。全桩长设置钢筋笼，主筋12φ16，螺旋箍φ8＠100～200。有效桩顶相对高程为－4.500 m，相对于自然地面下3.5 m左右。单桩承载力特征值为2700 kN(已考虑负摩擦力的影响)。基础结构形式以独立承台为主，部分采用联合承台。采用桩及承台、联系梁共同承担上部结构传来的水平荷载。

1.3 旋挖桩施工

施工采用5台南车220型旋挖桩机成孔，孔口设φ900的钢护筒，筒底深过淤泥层底2 m，泥浆护壁。施工记录表明泥浆比重1.1～1.2，含砂率1%～3%，黏度21～25 s，孔底沉渣2～4 cm，混凝土坍落度18～22 cm。

施工记录的有效桩长36.5 m～41.4 m，平均有效桩长39.0 m，略长于设计桩长。

施工周期50天，混凝土试块的试验强度平均值为45 MPa。

施工记录的充盈系数为1.021～1.607，平均1.239。

1.4 基坑开挖

(1)挖土机械：反向铲挖机2～4台，斗容量为1.1 m3，碴土车15辆，推土机1台。

(2)降水措施：14口钢筋混凝土井管的管井，沿四周均匀分布在基础外侧12口，基坑内2口，井深15 m。于挖土前5天开始运行。

(3)挖土方式：一次性不分层整体大开挖，挖土深度3.5 m。横向自西向东分3块，第一块宽约30 m，第二块宽约25 m，第三块宽约25 m，第一、二块均自南向北推进，第三块自北向南推进。始挖时仅投入挖机2台，进程较慢，并有间断停歇，因雨而停工4天，复工后陆续投入4台挖机，连续开挖，直至结束。挖土周期共计18天，有效工日为14天。挖土量约2.4万 m3。

2 基桩缺陷调查

基桩缺陷产生的原因笔者已在参考文献[1]中进行了详细的分析探讨，读者可查阅该文。现将几种调查方法得到的结果敬告读者。

2.1 低应变动力检测

图1示出了331#桩低应变动力检测的曲线。

图1 331#桩的低应变检测反射波曲线

曲线显示了桩的上部有强烈的反射峰，且有多次重复，找不到桩底反射，这些特征显示了在桩顶以下4 m左右处有较严重的缺陷存在，按桩身完整性类别分类属Ⅲ类缺陷。

为摸清存在缺陷的基桩数量，扩大检测面，对全部基桩进行低应变动力检测。检测结果表明有191根桩存在较严重的缺陷。缺陷位于有效桩顶以下1.8～7 m处，平均为4.4 m。其中3.5 m～5.5 m的有147根，占总数的78.0%。

2.2 开挖观测

用大直径的钢护筒套在桩外，挖除护筒内桩身四周的土，使桩身裸露出来，就可清晰地看到桩身上的横向水平裂缝。裂缝大多数发生在层3淤泥质粉质黏土层中，裂缝贯穿深度达大半个桩径，缝宽为2～10 mm。

将裂缝处的钢筋割断，将相连的剩余混凝土凿除后即可将裂缝以上的桩身吊出，发现桩身中的钢筋笼有变形和偏移的现象。对下段桩身进行低应变动力检测的结果表明桩身完整，无任何缺陷。

2.3 静载荷试验

对存在Ⅲ类缺陷的109#、295#、301#桩进行竖向静载荷试验，试验的最终加载量仍采用正常桩的极限荷载值6300 kN。3桩的最终累计位移值ΣΔsi分别为24.31、21.44和25.14 mm。为节约篇幅只列出比较典型的295#桩的竖向抗压静载荷试验的数据汇总表和荷载Q－沉降s曲线图(表2、图2)。

表2 295#桩的竖向抗压试验的数据汇总

图2 295#桩的荷载Q－沉降s曲线图

从表2中可见，第1～2级荷载所发生的本级位移Δsi值均大于第3～6级荷载所发生的本级位移Δsi值，这说明了桩身上部存在裂缝，在裂缝上下段的桩身尚未抵紧时，只有裂缝以上的桩侧摩阻力发挥作用，所以桩顶位移偏大，一旦上下段桩身抵紧后，桩顶荷载会通过裂缝处桩身接触面往下传递，调动了裂缝以下的桩侧摩阻力发挥作用，因此各级荷载作用下的桩顶本级位移值Δsi明显减小。从图2中能看到Q－s曲线的线型是下凸状。试验进行到施加第4级荷载后，Q－s曲线恢复成缓变形状。随后施加的荷载所产生的沉降与正常桩类似，荷载加到预计的最大加载量6300 kN时，累积位移值ΣΔsi都小于40 mm。

2.4 基桩缺陷调查小结

(1)低应变动力检测发现桩身上部存在较严重的缺陷，属Ⅲ类缺陷。但缺陷断面上下段的桩身都是完整的。

(2)缺陷形式为桩身未贯通的横向水平裂缝，裂缝深度达大半个桩身，缝宽2～10 mm。

(3)水平裂缝的存在，不降低基桩的竖向抗压极限承载力，所增加的位移值也在允许范围内。

(4)由于桩身上存在横向水平裂缝，对基桩的水平承载力(抗剪能力)产生不良影响。桩身补强的重点即在于此。

3 桩身补强

3.1 桩身补强方案

基桩竖向承载力依靠桩身混凝土的强度和连续的桩身来保证，若桩身上存在使桩身不连续的裂缝，只要将裂缝弥补后确保桩身连续就可传递竖向压力，钻孔压力注浆法无疑是可行的。只要在桩身上钻几个孔，再将水泥浆注入裂缝内，使断裂的桩身弥合就可。

为保证基桩水平承载力，必须对裂缝截面处的抗剪强度予以补强，采用钻孔加筋注浆补强法是可行而有效的。

综合上述决定采用钻孔加筋压力注浆补强法。

3.2 桩身补强施工程序

(1)钻孔

根据低应变动力检测的结果，预先计算出桩身裂缝的大概深度，通过钻孔取芯和清孔注水来确定裂缝的准确位置。

在有裂缝的桩顶布置2个钻孔，钻孔布置在与桩同圆心、直径为400 mm的圆周上。钻孔直径108 mm，钻孔边与桩身中的主筋间的净距约88 mm。

(2)清孔

钻孔后向孔内压注高压清水，将钻孔清洗干净，直到出水中无浑浊和碎屑出现为止。特别注意清洗裂缝内的钻碴。

清孔采用BW160型注浆泵和专用的清孔管，专用清孔管采用6分焊管，管的底口封闭，底口以上50 mm处管壁上均匀地钻4个3 mm的小孔，以保证清孔水压力。清孔时的水压力为2 MPa。

每桩清孔时先将清孔管放到1个孔的孔底进行冲洗，此时另一个孔不冒水，则逐渐将清孔管上提，当提至某个深度时，另一个孔开始冒水，说明该深度处两孔串通，即为裂缝准确位置。也可采用下述方法来确定裂缝位置：当2个孔都清洗完成后，用自吸泵将1个孔中的水抽出，另一个孔(不抽水)的水位跟随下降。当抽水孔中的水位到底时，不抽水孔的水位保持在某个水平，此位置即为裂缝位置。

(3)置入注浆管、通气管和加筋钢管

加筋钢管采用Dg80×4的钢管，长度为3 m，加筋钢管底端焊接100 mm长的钢筋，以便水泥浆液能够顺利进入加筋钢管的内外。注浆管应置于加筋钢管中间。将注浆管、通气管、封孔段的堵板和加筋用的钢管焊接到一起。将焊接好的组合件置入钻孔内，使3 m长的加筋钢管在裂缝面的上下各为1.5 m。

注浆管采用6分钢管，壁厚3 mm，每个钻孔布置1根注浆管、1根通气管。注浆管长度比钻孔深度长300 mm，通气管长度为1 m。注浆管和通气管顶端均需套丝，连接阀门，以便封孔时加压和注浆后的稳压。

注浆管和通气管下入钻孔后采用水泥浆和水玻璃浆封孔，封孔段长度为300～500 mm，封孔段底部设一堵板，封孔12 h后方可进行压力注浆。

(4)注浆

注浆采用的浆液为高强度水泥浆并掺入膨胀剂，以减少水泥浆凝固体的收缩。其配合比为：水泥∶水∶减水剂∶膨胀剂＝1∶0.42∶0.1∶0.1(重量比)。

注浆前先压入清水，将注浆通道打开。压注清水的压力控制在2～6 MPa。压注清水时若另一管冒水，则关闭此管阀门，并继续注水，直至冒水孔的出水全部为清水后进行稳压5 min，一般不超过10 min。实施稳压后即可进行注浆作业。

注浆通道打开后，打开全部阀门，进行压力注浆。当其他阀门孔内返出水泥浆后关闭该孔阀门，直至全部管口冒浆为止，立即关闭非注浆管上的阀门，实施注浆。当注浆量达到设计量的一半时，换至另一根注浆管实施注浆。注浆压力控制在2～6 MPa，稳压时间不少于10 min。

注浆时若出现桩周或其他部位冒浆现象，应停止注浆作业，2～4 h后继续作业。

3.3 桩身补强施工实例

3.3.1 193#桩

(1)钻孔

2个钻孔布置为南北向，1#孔在南，2#孔在北，孔径均为108 mm。1#孔孔深8.0 m，2#孔孔深7.82 m。钻孔取出的芯样均完整。

(2)清孔

清洗1#孔时先将清孔管放到孔底进行冲洗，此时2#孔不冒水，从孔底逐渐将清水管上提至7 m深时2#孔开始冒水，说明此处两孔串通，该桩的裂缝位置就在7 m深处。

(3)注浆

先对1#孔进行注浆，将1#孔的排水管和2#孔注浆管全部打开，用水泥浆把钻孔内的水全部置换出来，水泥浆的用量在0.25 m3左右时1#排水孔开始冒水泥浆，用丝堵将其堵死，继续压浆。0.32 m3的浆液用完后，2#孔还在排水，此时的注浆压力为2 MPa。重新搅浆间隔12 min，继续注浆，2#孔开始冒出水泥浆，此时将1#孔的2根管子全部闷死，换2#孔注浆，此过程的注浆压力为2 MPa。当水泥浆用完时，暂停注浆。2.5 h后重新搅浆11 min后开始对1#孔注浆，注浆压力为2.8～3.2 MPa，10 min后桩四周开始冒浆，即停止注浆，稳压10 min。消耗水泥浆液3罐共计0.96 m3。

3.3.2 332#桩

(1)钻孔

2个钻孔布置为东西向，1#孔在东，2#孔在西，孔径均为108 mm。1#孔孔深7.22 m，2#孔孔深7.26 m。钻孔取出的芯样均完整。

(2)清孔

清洗1#孔时先将清孔管放到孔底进行冲洗，此时2#孔不冒水，从孔底逐渐将清水管上提至6.5 m深时2#孔开始冒水。在2个孔都冲洗好后，用自吸泵将1#孔中的水抽出，2#孔水面同时下降。1#孔抽水到底后，2#孔的水位保持在6.5 m处，说明桩顶下6.5 m处两孔串通，该桩的裂缝位置就在6.5 m深处。

(3)注浆

先对1#孔进行注浆，将1#孔的排水管和2#孔注浆管全部打开，用水泥浆置换钻孔内的水，当冒出水泥浆后将3根管全部堵死，注浆压力为2 MPa。注了大约0.25 m3左右的水泥浆时，桩边开始冒浆。换2#孔开始注浆，此时注浆压力2.8 MPa。重新搅浆11 min后，接着对2#孔注浆，10 min后周边3根桩开始冒浆，换1#孔注浆，此时注浆压力2.4 MPa。间隔17 min后开始对1#孔注第3罐浆，注浆压力为2.0 MPa。当水泥浆用量达0.2 m3时周边4根桩开始冒浆，停止注浆，稳压10 min。消耗水泥浆液2罐又0.2 m3，共计0.84 m3。

4 桩身补强后的复测

4.1 低应变动力检测

331#桩于3月10日进行了注浆前的低应变动力检测，见图1。测出桩顶下4 m处存在严重缺陷。

于是在桩顶处钻孔并清孔后于3月31日16时55分开始注浆补强作业，于17时53分注浆完毕。经过18天的养护与休止，于4月18时9时36分进行注浆后的低应变动力检测。注浆后的低应变检测曲线见图3。

图3 331#桩注浆后的低应变反射波曲线图

图3中桩顶下4 m处已无高峰凸起，且整条低应变反射波曲线上已看不到桩身上存在任何明显的缺陷，可判为Ⅰ类桩。曲线的5 m处有一处扩径信号，是注浆所留下的痕迹。可见所采用的补强方案是可靠而有效的。

4.2 桩身水平荷载试验

4月12日至4月13日对193#、331#、332#三根桩进行了单桩水平静载荷试验，3根桩分别施加水平荷载到270 kN、240 kN、240 kN时水平位移超过40 mm，终止试验。3根桩水平静载荷试验的成果列于表3。3根桩的水平临界荷载Hcr值分别为150 kN、120 kN、120 kN，均满足设计要求。

表3 基桩水平静载荷试验成果汇总

5 结语

(1)对于桩身存在水平裂缝缺陷的旋挖灌注桩，采用钻孔加筋压力注浆补强法是可行而有效的。此法不仅可增强基桩抗横向水平作用的能力，也可将裂缝弥合，使裂缝上下段的桩身连接成整体，减小负荷时的沉降量。

(2)补强后的基桩经低应变动力检测和水平静载荷试验检验都能达到预期的效果。低应变动力检测表明，原判为Ⅲ类的基桩已达到完整桩的标准，可判为Ⅰ类桩。水平静载荷试验的结果表明，基桩水平临界荷载Hcr值可达到为120 kN以上，满足设计要求。

[1] 陆伟岗，周伟，沈锦儒．某工程Ⅲ类缺陷桩的调查、检测与分析 [J]．电力勘测设计，2015，(s2)．

[2] 方征利．浅谈钻孔灌注桩桩身缺陷成因及处理方法[J]．现代企业文化，2009，(21)．

[3] 吴汉强，林树明．压力注浆在冲孔灌注桩持力层补强加固中的应用[J]．建筑安全，2006，(2)．

[4] 马少华，等，灌注桩的缺陷与补强[J]．中南公路工程，2000，(4)．

[5] 罗俊．关于检测灌注桩水平裂缝的探讨[J]．建筑监督检测与造价，2014，(3)．

[6] 马冬波，冯迎春．输电线路中混凝土灌注桩结构裂缝产生及预防[J]．宁夏电力，2008，(5)．

[7] 李全山，郑朝辉，王俊杰．低应变法及钻芯法联合检测大直径混凝土灌注桩探讨[J]．华东建工勘察，2008，(1)．

[8] 桩基工程手册编写委员会．桩基工程手册[M]．北京： 中国建筑工程出版社，1995．

Reinforcement of Rotary Digging Pile Reinforcement

LU Wei-gang, ZHOU Wei, SHEN Jin-ru
(Jiangsu Province Electric Power Design Institute, Nanjing 211102, China)

Rotary digging piles had used for processing soft ground of one project. However, there were many Ⅲ class defective were found in these piles. After inspection and testing by a variety of means, it was found that the defects was caused by cracks of pile body. these cracks under pile top 5～6 m.Method of pressure grouting reinforcement was adopted after the comparison of many alternatives. It was proved that the modifed pile body strength can meet the design requirements.

rotary digging pile; pile cracks; reinforced pressure grouting.

TU4

：B

：1671-9913(2017)01-0001-05

2016-01-23

陆伟岗(1983- )，男，江苏苏州人，从事火电厂与变电站的岩土工程试验研究和设计工作。