二重管高压旋喷洗孔、注浆法在砼灌注桩缺陷处理中的应用

曾庆友

(福建建工集团有限责任公司 福建福州 350001)

1 工程案例

某工程桩基采用旋挖成孔灌注桩，桩身混凝土强度等级C40，桩端持力层为中风化砂岩，桩端进入持力层≥1m，采用后注浆工艺，桩长6m～18m，总桩数803根，设计要求实际孔深以持力层岩样为主要依据，终孔条件以设计桩长为主，以桩端支承土(岩)质要求为辅，可见该桩基为大直径嵌岩桩，以端承桩为主，各桩的有关参数见表1，典型地质剖面如图1所示。

表1 各桩的有关参数汇总表

根据钻孔揭露，将各岩土层自上而下分述如下：

(1)杂填土：杂色，灰褐色，松散-稍密状，稍湿，层厚为4.30 m～5.90 m。

图1 工程典型地质剖面图

(2)素填土：土黄色、灰褐色，松散状，稍湿，主该层厚度为0.50 m～3.40 m。

(3)粉质粘土：灰黄色，可塑状，稍湿，该层厚度为0.60 m～4.50 m。

(4)全风化砂岩：灰黄色、灰白色，含较多石英粗颗粒和云母，岩体基本质量等级为Ⅴ级。该层厚度为0.50m～10.70 m。

(6)碎块状强风化砂岩：灰黄色、灰白色，岩体基本质量等级为Ⅴ级。该层厚度为0.40m～10.90m。

(7)中风化砂岩：紫红色，层状结构，柱状构造，岩体基本质量指标为Ⅴ级，岩石质量指标RQD=40-60。该层厚度1.50m～16.25m，但均未揭穿。

各土层的物理力学指标和设计计算参数见表2。

表2 主要岩土层地基基础设计计算参数表

2 高压洗桩、注浆机理

2.1 升扬置换作用

利用高压、高速水射流切割土体，通入孔中的压缩气体把部分切下的土粒排出地面，以清除并排出加固段中的粘粒和粉粒甚至中细砂等，土粒排出后所留下的空隙由后来通过注浆的水泥浆液补充。

2.2 渗透充填固结作用

高压水泥浆能很好地充填冲开的沉渣部位和土粒的空隙，析水固结，还可渗透砂层、土层的一定厚度而形成固结体。

2.3 密实作用

高压水泥浆喷射流在破碎部位边缘产生一定的压密作用，使灌注桩体边缘部分的抗压强度高于中心部分。

3 工艺特点

施工机具设备简单，方便施工；噪声小、无污染。

研究表明，在砾石直径过大、含量过多及有地下水径流的地层和无填充物的岩溶地段，往往难以达到较好的处理效果，而不宜采用高压喷射注浆法处理桩基缺陷[1]。

4 桩基检测分析

该工程基桩施工完毕后，进行低应变法检测时，发现部分桩的桩端时域反射信号为单一反射波，且与锤击脉冲信号同向，与良好嵌岩桩的反射信号不符，占比达34.8%(首批桩总数141根)，考虑到该桩为短桩以端承桩为主，且单桩承载力较大，因而选取1根桩采用钻芯法，对同向反射明显的桩进行桩端性状核验。检验结果，桩端沉渣厚度30 cm，持力层为中风化砂岩，不满足规范及设计要求，如图2所示。

图2 67#桩低应变曲线及钻芯法核结果

随后进行全面普查，普查结果表明，桩端为同向明显反射信号桩占比30%。为准确判定桩端性状进而保证工程质量，扩大了核验数量，共选取40根桩端反射同向明显桩进行桩端性状核验，有以下3种情况：一是桩端沉渣过厚；二是桩端混凝土出现严重离析；三是桩端入土深度未达到设计持力层。

所选取的桩端同向明显的桩核验结果中，桩端均存在不同程度缺陷(表3)：62.5%桩存在沉渣过厚，12.5%桩存在桩端混凝土严重离析，25.0%桩存在未达持力层，且这些不同程度缺陷并不是单一呈现，有部分桩存在的缺陷是3种情况组合出现。根据桩基检测结果、地质报告和现场施工情况分析，主要是由于施工过程持力层的判定、清渣控制、混凝土浇灌质量控制和后注浆效果控制上存在一定问题造成。桩端的主要缺陷为沉渣过厚，厚度分布范围70 mm～2380 mm，平均厚度400 mm，其分布图如图3所示，这对于桩的承载力影响显而易见。

表3 40根桩的核验结果

图3 同向明显桩中沉渣厚度分布图(单位:mm)

为进一步验证低应变法判定桩端嵌岩性状的有效性，以对比另选取的10根判定嵌岩良好桩(桩端反向明显)进行桩端性状核验。核验结果为桩端沉渣厚度均≤50mm，桩端持力层均为中风化砂岩与良好嵌岩桩的判定相符，典型曲线及钻芯法结果如图4所示。

通过对比，可见该项目桩基采用低应变法进行桩身质量、沉渣及桩端嵌岩性状地判定行之有效。

5 加固处理方案及效果

5.1 处理方案确定

由于现场单桩承载力较大，且场地较泥泞、工期短，各工种交叉作业和场地受限，无法采用全面补桩的处理方法；现场桩端情况较复杂。因此，从技术、经济角度综合分析，决定采用桩端高压注浆为主、原位补桩为辅的处理方法，分步分阶段处理，消除桩端缺陷、沉渣对承载力影响，并增强基岩的整体性，以提高桩抗压承载力[2-3]。

图4 良好嵌岩桩典型的低应变曲线及钻芯法结果

5.2 桩端高压注浆处理方案

5.2.1钻孔、洗孔

根据该工程所存在的桩端缺陷布置注浆加固孔，注浆孔利用已有的钻芯孔，不足设计要求时再增加钻孔，所成孔的孔径不应小于110 mm。对桩底沉渣过厚及桩底离析桩的孔深，应进入中风化砂岩不少于1000 mm，对桩端未达中风化持力层桩的孔深，应进入中风化砂岩不少于2000 mm。采用二重管高压注浆设备进行洗孔，对桩端缺陷段进行重复高压水、高压空气旋喷洗孔，清除并排出加固段的粘粒和粉粒，甚至中细砂，以提高注浆补强的加固效果，洗孔深度同钻孔深度，同一取芯孔中的洗孔次数不少于2次。洗孔参数水压不低于30 MPa，气压不低于0.7 MPa，流量为5～100 L/min，提升速度为5cm/min；必要时，还应定点高压冲洗；同一根桩的注浆孔，均应进行洗孔，洗孔间隔时间不少于12h，洗孔结束标准为孔口返回清水为止(允许含有砂粒)。

5.2.2注浆

在每个钻芯孔中埋设2根DN15注浆花管，最深的注浆花管采用底部开孔注浆，其他采用侧向开孔，封孔采用预埋短注浆管注浆及返浆管工艺[4]。待孔口封闭体达到设计强度后开始注浆加固，当注浆压力提高到2.5MPa，吸浆量下降并稳压3 min后即终止注浆，并采用间歇重复注浆，时间间隔为20 min，对桩底沉渣不满足要求的基桩压水灰比0.3的浆料，对桩底离析和桩端未达中风化持力层的基桩压的灰比0.6，浆水的泵压0.5～2.5 MPa，流量50 L/min，达到注浆设计压力(即2.5MPa)结束，如图5所示。

图5 桩端注浆图

5.2.3注浆效果验证

注浆处理后，桩采用静载法、高应变法、低应变法、钻芯法进行效果验证，原位补桩采用高应变法进行效果验证。经验证，处理后的桩端性状得到明显的大幅改善，说明处理效果明显[5]，处理后桩的验证结果参见表6，处理前后的对比参见图6～图9。

表6 桩端存在问题桩处理后验证结果

(a)处理前 (b)处理后

(a)处理前 (b)处理后

(a)处理前 (b)处理后

(a)处理前钻芯

(b)处理前高应变 (c)处理后高应变

6 结语

该工程施工完成后，由参建各方对所有工程桩抽取代表性的10根抗压桩、3根抗拨桩进行静载试验，检测结果均满足设计及规范要求；对803根桩全部进行动测试验，其一类桩达到94.8%，二类桩为5.2%，无三、四类桩。该结果表明，采用二重管高压旋喷洗孔、注浆技术处理砼灌注桩缺陷，全可靠，可有效提高桩基承载力。