注浆加固法在桩基缺陷处理中的工程应用实例

张 伟 （安徽省水利水电勘测设计研究总院有限公司，安徽 合肥 230088）

1 工程概况

低垄圩桥为巢湖环湖防洪治理工程中一座交通桥，采用装配式后张法预应力混凝土简支空心板桥，桥梁正交，共三跨，跨径组合为3×16m，桥宽6m。设计汽车荷载为公路-Ⅱ级。上部结构为16m预应力混凝土空心板，采用后张法，横向每跨4片梁板布置，板高80cm，边、中板底宽1.24m，边板悬臂0.505m。结构体系为简支结构，桥面连续。下部结构采用桩柱式墩及柱式台。柱径1.3m，桥墩桩径1.4m，桥台桩径1.2m，桩基均采用钻孔灌注桩，每个桥台、桥墩均设置两根桩基。

2 地质概况

勘探深度内揭露的土层为填土、重粉质壤土、全～强风化砂质泥岩。钻孔揭露的地层：填土，以中～轻粉质壤土为主，湿，灰黄色，软可塑。层厚1.5～5.5m，层底高程8.8～7.69m。5层重粉质壤土（Q），黄、灰黄、褐灰等色，湿，可塑～硬塑，夹含铁锰结核及灰白色。层厚8.3～10.5m，层底高程0.17～-11.70m。7-1层全～强风化砂质泥岩（J），棕红等色，芯样呈短柱状，结构较致密，本层未揭穿，揭露最大厚度5.0m,最低层底高程-6.41m。根据《中国地震动参数区划图》（GB18306-2015），本区基本地震动峰值加速度为0.10g，相应的地震基本烈度为Ⅶ度。

3 桩基检测情况

低垄桥桩基由第三方检测单位进行检测，共检测了4个桥台桩基和4个桥墩桩基，其中桥台1-1和桥墩1-2、2-1、2-2的桩基完整性检测不能满足规范要求，根据《公路工程基桩检测技术规程》判定为Ⅲ类桩。

4 桩基缺陷原因分析

根据检测报告，桩基的缺陷均集中在桩基底端，分析原因可能有如下：

①在桩基灌注混凝土开始之前由于清孔不满足规范要求导致桩底沉渣较厚，从而引起桩基的质量缺陷；

②首次灌注混凝土量不够，施工时桩基封底不好，造成桩底混凝土夹泥、桩底混凝土离析不密实等缺陷；

③孔内泥浆没有充分置换，或者施工过程较长、施工工序之间的衔接不紧密，清孔结束到桩基混凝土灌注的时间间隔偏长，施工方忽略二次清孔的重要性，也是可能造成孔底沉渣厚度过大的主要原因。

5 桩基承载力复核

本桥桩基按照摩擦桩设计，根据《公路桥涵地基与基础设计规范》计算。复核现状缺陷桩基的承载力时，不考虑规范计算公式中桩端承载力的贡献，计算桩基侧阻力不考虑缺陷长度部分。

对支承在土层中的钻（挖）孔灌注桩，其单桩轴向受压承载力特征值Ra可按下列公式计算：

其中桩端承载力不考虑，缺陷位置桩长侧阻力不计入。经复核缺陷桩单桩轴向受压基承载力均不能满足设计要求。

6 缺陷桩基加固方案

对于桩端缺陷，通常可采取注浆加固及补桩的方案。

补桩方案要求弃用缺陷桩，在原桩基附近重新补桩，并加长加大桩顶盖梁。该方案可以较为精确地计算出桩基、盖梁受力情况，根据计算确定补桩长度、盖梁尺寸及配筋等，安全可靠，加固效果可控。但此方案存在着造价高经济性差、施工周期长、加长的盖梁外漏影响美观等问题。

注浆加固方案具有施工快速便捷、造价低、不影响桥梁外观等优势，但也存在着加固效果不可控，受地质条件、施工方案等影响较大的缺点。结合本桥梁具体情况，经过论证分析，最终采用注浆加固方案。本项目经检测及分析，造成桩底缺陷的原因主要是桩底沉渣过厚及桩底灌注混凝土质量差，因此拟采用水泥浆液注浆加固桩底土体，改善桩端土体与桩体质量，使桩端土体与桩体共同作用以提高桩基承载能力。

6.1 钻孔注浆法加固方案

从桩顶开始竖向打孔，直至桩底，成孔后放置注浆管，清孔，注入水泥浆，加固桩底沉渣和桩侧泥皮。

①主要流水作业施工过程：施工准备→定位孔位、钻孔→埋置孔口注浆管→高压清水清洗（旋转喷射）→废渣清理→缺陷桩基段高压注浆→孔口补浆→孔口压浆→施工现场清理。

②主要施工机具设备：高压泵（压力35MPa）1台套、钻机（钻芯、旋喷两用）1台套、空气压缩机1台、配浆箱2个、钻杆及高压胶管喷射器等一批。

③主要注浆施工参数：注浆加固需以合理的注浆加固设计为基础。为确保缺陷桩基注浆加固施工有效、合理，需仔细地分析桩基缺陷情况与缺陷产生原因、详尽的调查桩基所在位置水文地质条件、周围环境、施工条件等，设计注浆浆液的种类，通过试注浆确定注浆压力、配比等参数。拟采用水泥浆液注浆加固桩底土体，使水泥为P.O 42.5，水灰比为1比1-1.2，水灰比在注浆开始时采用较大值，逐渐减小水灰比，采取先稀后浓配制浆液的原则。为提高水泥浆的流动性及和易性，需加入防水剂，掺入量取水泥用量的1%。水泥浆配制时需留下试件取样。

④钻孔：在缺陷桩桩身内钻3个注浆孔，孔径4.3cm，孔位避开声测管和主筋，中心距离桩基外缘20cm，均匀布置。在钻进过程中必须保证垂直度，确保钻孔与桩基轴线平行，防止钻孔偏斜，碰触桩基钢筋或者穿出桩基，其钻孔深度比桩长深0.5m。图中A、B、C为桩基声测管位置，1、2、3为注浆孔位置。

桩基注浆孔孔位示意图

⑤清孔：注浆孔完成钻孔后，分别从各个注浆孔中放入高压喷射注浆管，在桩基底端缺陷部分，进行上下往复的高压旋转喷射清洗，清洗的范围从缺陷部分往下0.5m。喷射清洗时需缓慢匀速进行，喷管提升速度控制在10cm/min，旋进速度控制在20转/min。桩基缺陷部位可认定已打通的标准为：其中一孔进行清洗的同时，另一孔中有水溢出。此时可更换另外二孔进行相同清洗操作，直到所有注浆孔全部贯通方可。钻孔之间相互贯通后，注入清水，在压力水循环的作用下将孔中废渣排出。当孔口出水由浑浊变清澈时，可换其他钻孔重复以上操作，直到所有的孔口出水都为清澈水流时，钻孔清洗工作方为结束。

⑥注浆：钻孔清理完毕后，根据初步设计的注浆配合比配制水泥浆液。浆液配制需严格控制各成分的参量，搅拌均匀，同时做好操作记录、留好试件。

浆液配置完成并且各项指标均满足要求，将水泥浆加压注入1#孔，与此同时，打开2#、3#孔，通过压力注浆置换出各管内的清水，直至浆液从管内往外翻，并排掉100L浆液为止。然后打开1#、3#孔，再将水泥浆液压注入2#孔内，待浆液从孔中均匀排出，配置的浆液与排出的浆液成分基本相同。最后再将水泥浆压注入3#孔，重复以上操作。

注浆过程中详细记录水泥用量、注浆量、持续的时间、压力泵泵压。停止送浆标准：若出现泵压自动增高、不进浆或浆液从桩周溢出的现象，则维持稳定20min后，可停止送浆。待注浆管内压力逐渐释放降低，方能卸开孔口连接管丝扣，提出注浆管。注浆管提出后须立即用清水冲洗干净，同时需在注浆孔内灌满水泥浆，并从孔口投入适量集配碎石，控制碎石最大粒径不大于1.5cm，同步使用钢筋进行上下搅动使碎石与水泥浆充分搅拌均匀。

⑦关注、分析注浆过程变化，确保注浆效果：随着注浆的进行，水泥浆的注入逐步改变桩端土体状态，注入速率、注浆压力、注浆量、浆液稠度在注浆过程中都是动态变化的，因此需要合理地控制其变化以提高注浆的效果。随着水泥浆的逐步注入，即注入浆液量逐步增加，而注浆压力亦随之逐渐增大。在注浆过程中如果出现注浆压力异常下降的现象，极大可能发生了局部漏浆或漏气，应及时检查注浆管道是否损坏，如有损坏应及时更换，如果管道正常，则可能是桩基周围出现了裂隙，则应及时向浆液中掺入防水剂，采取多次注浆、间歇注浆的注浆方式以保证注浆质量。

⑧施工注意事项

钻孔准备阶段：要精确定位钻孔位置，安装钻孔设备要保证平稳、牢靠，设备机座必须安装水平、立轴必须保证垂直，孔位、立轴、天车三点在一条直线上，以确保钻孔垂直不偏移。

钻孔阶段：钻进过程要控制稳定，将混凝土芯样取出后整齐地摆放在平整的地面上，按回次从上到下、从左到右顺序摆放，对缺陷段芯样尤其要注意芯样的取出与保存。在操作同时做好详细的施工记录，准确记录缺陷段的范围与深度。

清孔阶段：应严格地按照设计的旋转与提升速度进行，对桩基缺陷段进行较为彻底地喷射、清渣，以保证孔底的沉渣符合要求，并实测孔深。

浆液配制阶段：要保证外加剂与水泥的质量，对浆液的比重随时测定，严格按照设计要求配制浆液浓度。为避免浆液中混入水泥袋屑等其他杂物，应通过14×14～18×18目筛孔。应在初凝时间内将配制的浆液用完，不得隔日使用或掺水泥后再用。

桩基后注浆施工需满足《建筑桩基技术规范》相关要求。

6.2 注浆加固质量检查和验收

①后注浆施工完成后应提供水泥材质检验报告、压力表检定证书、试注浆记录、设计工艺参数、后注浆作业记录、特殊情况处理记录等资料；

②在桩身混凝土强度达到设计要求的条件下，承载力检验应在后注浆20d后进行，浆液中掺入早强剂时可于注浆15d后进行。

7 结语

经第三方检测单位通过静载试验检测，缺陷桩基经注浆加固后单桩承载力满足要求。

注浆加固法具有造价低、工期短、不影响外观等优势，在实际工程中，桩基出现缺陷的状况时有发生，应根据实际情况选用加固处理方案，本工程项目的成功案例为缺陷桩基的加固处理提供了较好的参考。