桩基工程缺陷补桩施工技术研究

宓佳辰

摘 要： 某工程至於潜段改建工程桩基自检使用设备检测发现剖面多个测点声参量存在异常，径向或深度形成大区域，反馈波形畸形问题严重，无法检测首波，很多测点声速比低限值低，表明桩基工程有问题。开挖后发现项目x318分离桥A7-4桩底17 m处有缺陷。以桩基工程缺陷补桩施工技术研究为目的，结合实例分析桩基补强方法。在补桩后经过检测得知桩基承载力达标，符合设计规定。

关键词： 桩基工程 工程缺陷 补桩施工技术 设备检测

中图分类号： U41文献标识码： A文章编号： 1679-3567（2024）01-0036-03

1 项目介绍

某工程至於潜段改建工程分为主线段和於潜互通连接线段，主线全长26.491 km，桩号范围（K0+030.942—K26+529.772）；起点位于杭徽高速公路玲珑互通附近顺接老329国道，由东向西沿杭徽高速北侧布设，途经玲珑街道、天目山镇、於潜镇，终点位于於潜镇北侧，与规划305省道与现状329国道交叉。工程使用钻孔灌注桩桩型，桩端持力层为4层圆砾岩，桩径800 mm，应用桩底后注浆技术，灌注桩的竖向承载力为4 000 kN。

挖掘基坑土方的过程中，技术人员发现在项目的主体桩身周围出现了钢筋笼上浮的情况，之后使用检测设备对缺陷工程检测，得到某深度范围存在多个剖面声参量严重异常问题，并且在深度或径向形成了很大的区域，严重畸变的波形导致无法检测首波，许多测点声速比低限值低，检测结果如图1所示。

之后使用小应变动测检测桩身，得出1 990 kN桩有缺陷。该桩标号为x318分离桥A7-4，桩底17 m处有缺陷问题。预计设计的该桩承载力应达到4 000 kN，实际承载力仅有50%，不足以支撑使用要求。因为项目基坑早已挖掘到设计标高部位，且已经完成部分基础垫层和钢筋混凝土支撑梁，所以无法直接在基坑内使用钻孔灌注桩机作业。结合项目地质情况，综合考虑桩基补强、工期、施工条件等因素，最终决定使用局部回土补桩方法施工。

2 地质条件

基于上文的基本情况介绍，可推测该工程地形结构比较复杂。结合钻探结果了解到，工程地质区共由11个工程地质亚层与4个工程地质层组成。

3 桩基缺陷原因分析

根据对周围地质环境以及缺陷桩基的检查，得出因为作业现场的地基土性质比较差，强度不足，所以影响了工程施工效果。桩基设计时壁厚130 mm，桩长17.5 m，Φ800。场地本身的底层分布并不均匀，打桩时十分困难，所以采取了截桩处理办法，使一些桩标高不达标。

岩溶地区的桩基问题通常表现为混凝土缺陷、承载力不足、夹泥、桩径改变、斜桩弯桩、桩底有过后沉渣。桩身质量缺陷处理中，常用重新成桩、补桩法、高压注浆法、接桩法等方式[1]。

本次作业中混凝土存在蜂窝面、桩身有局部夹泥，另外桩底还有过厚的沉渣。根据调查得知原因如下：在下放钢筋笼的过程中孔壁土体出现了垮塌现象，而且清孔作业不够彻底，混凝土灌注中没有灌注足够的混凝土量，无法冲起所有的沉降渣。此外，桩身的局部夹泥问题和周围环境有关[2]。桩基周围有着过厚的砂层，并且周围地层比较差。浇筑混凝土期间周围土体垮塌，导致很多土体进入混凝土浆液，出现沟槽与夹泥现象。

4 补桩难点分析

因为基坑早已开挖到设计标高，已经完成部分垫层作业，露出部分桩头，所以直接安排大型机械设备进入会破坏暴露桩头，且有可能会出现大量承压水涌入。故最终决定先回填部分土方，随后再进行补桩。补桩方案的确定需结合回土厚度条件[2]。回填土如果量较少，将会面临突然涌入承压水问题，回填土如果量过多，则会产生比较大的代价。

5 补桩作业操作方法

5.1 创建桩土模型计算桩基缺陷与形式对桩应力影响

使用有限元模型对同位置桩基缺陷进行模拟，分别从全断面缺陷、环形缺陷与扇形缺陷的角度出发，将缺陷位置看作控制变量，寻找各种类型缺陷对于桩基的不利影响。模拟缺陷中使用更换桩基局部参数资料的方式，即使用原桩基时，使用不同的材料替换方式。全断面缺陷模拟中直接更换断面缺陷半米范围内所有混凝土[3]。环形缺陷替换中，将桩体作为原点，加载半米替换高度。扇形缺陷模拟中，加载半米扇形区域缺陷。缺陷部位材料模拟数据为，泊松比0.23，弹性模量10 MPa。通过横向对比不同缺陷得出计算结果，如表1所示。

从结果可以了解到，有缺陷桩基面对外部荷载条件时，桩体内部将会承载极大压力，增加桩体变形问题，影响桩基的承载能力，导致桩基不再可靠与安全。通过对三种缺陷模拟，确定桩基底部缺陷最容易影响桩基，容易有桩基变形问题的出现。同一位置缺陷条件下，环境缺陷会产生非常大的影响力[4]。如果为桩基下部出现扇形缺陷，会对桩身造成不利影响。

5.2 模拟分析缺陷桩基

使用有限元软件创建缺陷桩加固模型，对各种加固补强方法受力性能变化状况进行计算。模拟加固中使用的方法包括增强补桩法、增大截面法、注浆法加固[5]。注浆加固中需要从注浆量与注浆位置两个角度考虑问题。随后，对比原设计与处理后桩基在同地质环境条件的受力性能，获得更加有效的加固方法。

5.2.1 增大截面

使用有限元软件增大桩基界面，增大补强中采用C30混凝土材料，钢筋选择的型号为HRB335 Φ25 mm钢筋。

5.2.2 增强补桩

即桩基托换，常用在有着比较深缺陷的桩身。通过计算以后，当桩身强度使用性能不符合规定，无法满足正常使用时就可以使用断桩处理办法。这种方法效果良好、成本高。模拟试验中使用PC管桩，每根管桩长20 m，直径40 cm，模拟缺陷桩的断裂现象，并计算增加增强补桩以后的桩承载力。

5.2.3 注浆加固

使用有限元模型对注浆体、桩侧土、桩基进行模拟，使用元计算模型替代加固模型。注浆的浆体为高标号硅酸盐水泥，结合试验数据最终确定加固后浆体强度30 MPa。设桩侧黏土的桩泊松比0.35，弹性模量18 MPa。

增大截面法、增强补桩法与注浆法在缺陷桩处理中属于常用技术，可以有效应对缺陷装应力问题。

5.3 设计补桩

结合前文实验结果，最终决定使用注浆加固的方式。正式操作前需要先对桩位进行测量，确定桩缺陷程度、范围与类型，提前做好预处理方案的制订，并准备好注浆用的材料和相关设备。完成工程实际桩位测定之后将数据交给设计单位，以防补桩作业中导致原有工程桩受损。在设计单位复核后，确认施工方案，并按照静载试验结果确定原桩承载力为3 650 kN。因为本次的补桩桩距比较近，所以不考虑后续桩侧阻力，最终决定补充适量的桩，总计补充3根竖向承载力为4 000 kN、材料为C35混凝土、桩径为800 mm的桩。

5.4 准备工序

5.4.1 控制承压水

考虑到承压水本身的特性，最终决定使用治、排、堵、防配合的方式，施工前在补桩点旁边设置深井降水，使用泥浆封堵钻孔，以防承压水大量涌入。因为承压水属于流体，故为实现承压水运动的完整描述，使用两个热力学参量与三个速度分量。其中流体热力学状态使用焓和熵，热力学参数为温度、压强与密度[5]。考虑到现场作业条件，操作中使用连通器模型表示桩孔泥浆和承压水关系。泥浆重力势能等同于承压水重力势能。因为二者在相同区域，所以有着相同的重力加速度。根据检测得知，项目地点补桩泥浆面标高为-13 m，承压水的水位处于-7.2 m，于是使用36 m试桩时，每平米需要使用1 150 kg泥浆。承压水除了拥有重力势能，还需要考虑泥浆护壁，故最终决定每平米泥浆密度需达到1 400 kg。配置泥浆时使用原土，严格监督钻孔期间的泥浆密度，每钻进10 m进行一次泥浆密度检测。补桩作业中使用降水井配合工作，钻孔位置确定之后设置挡水设施以防承压水涌入四周。

5.4.2 回填土方

作业前需要先保护暴露的工程桩桩头，通过砖砌的方式保护工程桩之后回填土。使用局部回土的方法，桩回填深度控制在3～6 m即可。

5.4.3 接桩

首先，顺着桩基孔壁设置取芯点，在内径基线中选择芯点中心，取芯直径170 mm，以垂直的角度向下取芯，桩芯取出500 mm。取完外周桩芯后，中间桩芯出现环形临空面。

其次是中间砼芯的钻取。顺着桩的半径进行钻取，为降低整体破除难度，采用划分桩芯混凝土的方式，便于起裂混凝土。

之后用风镐打孔，在岩体中使用风镐钻眼，将钢楔打进钻眼。使用锤子猛击钢楔，顺着桩基径将钢楔送入风镐钻的孔洞，靠大锤锤击冲击力，拉裂混凝土。随后人工配合电动卷扬机装渣、出渣。

最后是桩孔壁凿毛。因为水磨钻的钻筒半径比较小，所以钻心时为确保桩径大小合适，操作中使用风镐凿毛。应用锁口护桩方式，纠正钻孔偏差量，确保后期接桩质量与施工安全。

5.4.4 补桩

以现场条件使用小型桩机准备施工，选择在钢筋混凝土支撑梁的下方进行作业，其余部分使用旋挖桩机保障作业效率。完成工程桩作业之后立刻注浆，全过程旁站管理注浆，确保注浆效果达标。

作业前需要先将桩身预留注浆孔口清理干净。之后使用喷砂、打磨等方法将混凝土表面污垢和松散部分去掉，保障混凝土可以和注浆材料充分结合。注浆施工时，严格按照预期计划钻孔，之后设置注浆孔。根据使用需要选择注浆方式，包括全孔注浆与分层注浆。注浆期间严格控制流量和压力，随时调整，确保注浆材料可以顺利进入到缺陷桩的内部，将内部空洞与裂缝填满，让注浆材料能够和桩体紧密结合。在注浆材料彻底固化以后再对注浆孔口进行清理，将其表面修理平整，让桩表面同地面平齐。

6 结语

采取回土补桩方式可以有效保障工程整体施工效果，消除工程隐藏危险。试验结果证明：增补工程桩可以提高工程整体效果，满足预期设计要求，并且后期补桩并不会扰动周边桩基的土体，可以确保桩身的完整性。本次补桩工作虽然有着比较长的工期，但优点在于风险可控、质量好、结构安全整体十分可靠，可以消除质量隐患。现如今钻孔灌注桩有着广泛使用，不过施工质量控制比较难。本次案例可供业内人士面对桩基有缺陷时参考，尤其是在土方开挖与支撑梁已经完成的工程，面对承压水以及坑内外高差时，使用本项目的补桩经验，能够获得很好的施工效果。

参考文献

[1]冯文力，白江伟，王明涛，等.高水位卵石层中钻孔灌注桩施工技术与改进[J].建筑安全，2023，38（7）： 51-54.

[2]赵静.试析基于水钻法的桥梁人工挖孔灌注桩施工技术[J].低碳世界，2023，13（6）：148-150.

[3]吴俊峰.地铁车站深基坑高压旋喷桩施工技术研究[J].四川水泥，2023（6）：221-223.

[4]史恒飞.咬合桩施工技术研究[J].科技资讯，2023，21（11）：99-102.

[5]牛东兴，王延玲，张晓林，等.某地铁深基坑咬合桩止水技术研究[J].科技和产业，2023，23（13）：202-206.