大桥工程建设中的桩基缺陷加固处理技术探讨

马国辉

（核工业长沙中南建设集团有限公司,湖南 长沙 410001）

0 引言

20 世纪末至今，我国桥梁工程建设取得了可喜的成绩，其中在桥梁基础选择过程中，桩基以承载能力强、稳定性好以及施工便捷等优点得到了广泛的应用。但是，由于大桥工程建设桩基属于隐蔽工程，影响其质量、进度和效率的因素有很多，如果不加大对其的重视程度，轻则引起质量问题，重则诱发安全事故。为此，探究大桥工程建设中的桩基缺陷加固处理具有现实意义。

1 大桥工程建设桩基缺陷类型

1.1 顶部缺陷

桩基顶部缺陷主要是由于混凝土灌入不足或者拆拔钢护筒时用力不均匀而造成的，由于桥梁建设中的一部分桩基是需要深入水底的，在使用钢护筒灌注混凝土时，不可避免地会夹杂一定的泥浆，这些泥浆在经过沉淀之后，就会造成桩基顶部下沉，影响桩基质量。

1.2 中部缺陷

桩基中部缺陷主要是受工程项目所在区域内地质地形条件的影响而造成的，由于地形地质条件的不确定性，桩基内部的混凝土就会出现部分塌孔。

1.3 底部缺陷

在通常情况下，大桥桩基底部缺陷大部分是由于地质变动而引起的，由于地质发生的微妙变动，特别是桩基底部的地质，因其承受着巨大的荷载，或多或少的会使地质发生微妙的变动，影响桩基底部混凝土的强度和密度。加之如果桩基底部地层存在膨胀的软土、黏土或者泥岩等物质，就会出现缩孔的现象，也就是底部缺陷。

2 某大桥工程建设案例概况

2.1 工程概况

某大桥上下部结构分别为（50+80+50）m 变截面现浇连续箱梁和桩柱式结构，桩基、立柱直径分别为3 m和2.6 m。根据现场勘察得出，该桩基处地质为白云质灰岩，最高强度达到80 MPa，施工采用回旋钻机清水钻进，气举反循环排渣。

3#右桩基在浇筑14 天后，使用超声波检测方式对该桩基进行检测，检测结果为Ⅲ类桩。同时，在距离桩底约3～3.5 m 处出现波形异常，混凝土不密实，未能达到现行国家现行桥梁桩基施工标准。

2.2 原因分析

在混凝土浇筑的过程中，首灌采用3.5 m3的料斗加两台10 m3搅拌车直泄洪23.5 m3，在等待混凝土的过程中，发现导管有漏水的现象。将导管拔出，重新拆卸，更换橡胶圈抹黄油后重新拼接好后插入0.5 m 深混凝土内，在导管内用小型潜水泵抽水，抽出来的为水泥浆水，且水一直不能完全抽干，抽水约8 min 后停泵，整个处理过程52 min，后继续正常浇筑。因抽水的时候把胶材随水一起被抽走，导致在首灌混凝土面至插入的0.5 m 段混凝土缺少胶材不密实，在此段造成缺陷。

2.3 处理方案

2.3.1 原则

在保证桥梁安全的情况下，以最少的投入和最短的时间，对桩基进行处理，通过超声波检测，确认能达到Ⅱ类桩。

2.3.2 方案比选

（1）原位成桩。经过清理之后，在原来位置重新浇筑一根新的桩，这一方法虽然效果好，但施工难度大、建设周期长且费用高昂。

（2）局部处理。采用小型勘探钻机从桩顶处钻若干个DN91 mm 的孔直达缺陷部位以下30 cm，采用高压水枪清洗出松散的骨架材料，然后采用高压压浆泵压入水泥净浆，使水泥净浆充满缺陷部位的骨架空隙内，稳压直至水泥净浆凝固，达到一个密实的效果。此种方法相对（1）种方法难度小、周期短、费用低，但效果略差，能满足使用要求[1]。

因为工期要求，与业主、设计、监理一起经过方案比选，决定采用（2）局部处理的方法进行桩基缺陷处理。

2.4 处理方法

工艺流程：①造孔→②注浆管埋设→③高压水洗孔→④制浆→⑤注浆→⑥达到设计予定注浆量和终压→⑦封孔→⑧检验。若检验合格，结束该桩补强加固；若不合格，重复①→⑧步骤直至合格为止。

2.4.1 布置注浆孔

根据检测结果，在桩中心（O）钻一补强孔，其余4处（A、B、C、D）补强孔互为等间距布置在距中心半径为1 m 圆周上（如图1），钻孔直径为91 mm，倾斜度要求1%以内，确保钻到缺陷部位以下30 cm。根据芯样结果，A、D 芯样完整，B 孔缺陷高度50 cm，C 孔缺陷高度43 cm，E 孔缺陷高度20 cm。又在F、G 位置加了两个补强压浆孔，芯样结果显示：F 孔芯样完整，G 孔缺陷部位高度50 cm，补强孔在桩基缺陷部位形成通路。

图1 强孔布置示意图

2.4.2 埋设压浆管

在每一个补强钻孔里埋设两根可以带开关的8 分管（如图2 所示），一根长度为2 m 的作为排气和排渣管，另一根直达缺陷部位的压浆管，压浆管在缺陷部位呈梅花形钻10 mm 的孔，在距离桩顶大约50 cm 的地方使用砂浆封口，以保证压浆时不泄不漏，在洗孔压浆前井口管可防止清孔的渣回流，压浆时增加密实度，待埋设孔口管的水泥砂浆有一定的强度并与桩身紧密胶结后，方可进行下一道工序。

图2 注浆管埋设示意图

2.4.3 高压泵入清水排渣

在注浆前，采用BW160 型泥浆泵通过压浆管向孔内缺陷处供给高压清水，洗净缺陷处包裹砂浆和碎渣，在各补强孔间形成通路，选中央补强孔O 作为高压注水孔，B 孔为排污孔，其余孔开关关闭，用1.0～1.5 MPa 的压力注水冲洗1 h 以上，至排污孔处出清水。然后，逆时针分别选取G、C、E 为排污孔，采用同样的方法清理，直到四个孔都冒出清水为止。按照同样方法对BG、BC、GC、BE、GE、CE 断面进行清洗[2]。

2.4.4 配置注浆液

根据施工经验及实验数据，采用高强度水泥（42.5R）配制40#水泥浆，首次注浆使用造浆桶制造水灰比为1 ∶0.6 的水泥浆，对各缺陷桩基进行高压注浆，再制造水灰比为1 ∶0.5 的水泥浆进行高压注浆，这一方法具有以下两个方面优势：第一，机械设备可操作性强，二是稀浆流动性好，可先将边角缝隙渗透充填，增加补强效果。在配浆过程中可加入0.5%的早强减水剂，以增加水泥浆的流动性及强度。不用加膨胀剂，因膨胀剂会降低水泥浆的强度。考虑到24 m 水泥浆的液柱压力，在下部水泥浆自然收缩时，上部水泥浆会下降补充，可保证缺陷部位充填饱满。

2.4.5 高压注浆

不同钻孔通过使用高压水枪清洗干净后，再对各个缺陷桩基使用高压水泥浆液替换未经过高压水枪冲洗干净的松散物质进行置换，为保证置换效果，各孔都应当进行置换注浆，注浆过程中各个出浆孔开关应全部呈开启状态，待出浆孔与注入浆液比例相同时，直至孔内不再排出浆块、碎石时，方可移至下一孔进行注浆。

对各个出浆孔进行自上而下压浆，替换原缺陷桩基内的泥浆和碎渣，注入新的水泥砂浆，完成对缺陷桩基的处理。

注浆时将注浆管连接到注浆泵上，另一头连接O 孔注浆管，在B、G、C、E 四个孔中选取连通性最好的B孔作为排浆孔，其他孔开关全部关闭，首先压通该断面，然后按连通性好坏断面依次压浆。按照同样方法对OC断面、OG 断面、OE 断面、BG 断面、BC 断面、BE 断面、GC 断面、GE 断面排序压浆。压浆时，每次打开一个排浆孔开关，开始注浆时应匀速进行，待浆液从排浆孔中的注浆管内置出时，暂停注浆，用堵头堵住排气孔，剩下注浆管口采用同样方法进行封堵，持续加压注浆，直至注浆压力达到1.5 MPa 时，停止加压（一般为10 min）。压力降低时，停止注浆，随即拆下注浆泵管口连接到下一个注浆管泵口，将刚刚注浆完成的管口阀门封闭，加压注浆1.5 MPa，停止加压。对后续注浆孔进行注浆，使缺陷桩基的“空体”饱满，全部压降结束后，注浆管作为传力杆留置桩身混凝土内，与桩基一同受力。

2.4.6 效果检验

压浆7 天以后，委托原检测单位对桩基再次进行超声波透射检测，缺陷处充满压浆液，达到Ⅱ类桩基标准.

2.4.7 质量保证措施

（1）该工程项目所有施工节点应严格按照施工组织设计方案进行。

（2）项目在建设过程中所使用的各种材料、物资必须经过严格的检验，所有质量不合格与未经过检测的材料和物资坚决不得使用到项目建设过程中。

（3）注重和加强对施工现场的管理，加大对施工现场巡视力度，对于施工人员出现的违规行为予以及时制止，责令改正[3]。

（4）对已完成补强的桩身抽芯进行检测，补强的水泥土必须紧贴桩底，同时水泥固体与基岩胶结，水泥固体单轴抗压强度不小于35 MPa。

灌浆材料应保证满足以下要求：①用普通42.5 硅酸盐水泥，生产日期为出厂后的两个月内，受潮或者结块的水泥不得使用，水泥的各项参数和技术指标应当符合国家现行标准，需要附有出厂试验单。②制作而成的水泥浆体保证其可以在规定的时间内凝固。③水泥浆体在凝固之后，体积不出现收缩，保证其不在短时间内发生离析。

3 大桥工程建设桩基缺陷加固处理技术

3.1 钻孔施工技术

钻孔施工技术在大桥工程建设桩基缺陷加固处理中应用比较常见，钻孔施工技术的应用需要做好以下几个方面的工作：

（1）对影响钻孔施工的各项因素进行仔细分析，合理布置用水管道，避免与既有管道发生冲突。

（2）保证钻机底座的平衡及其在具体运行过程中的安全性。

（3）钻孔作业完成之后，及时在孔口部位安装钢筋，检查钢筋是否存在上浮现象，一旦发现问题立即采取针对性的措施予以解决。

（4）钻孔钻进作业中，使用辅助绳索将钻架固定。

（5）混凝土浇筑过程中确定搅拌机的正常运行。

（6）严格控制原材料的配比及质量。

3.2 体外预应力加固技术

体外预应力加固加速可以有效增强桩基结构截面应力，降低桩基内部应力，并起到加固的作用。尽管如此，体外预应力加固技术在大桥工程建设桩基缺陷中的应用依然存在两个方面的问题：

（1）体外预应力索无法控制局部裂缝问题产生，其与主体截面变形状态不一致。

（2）受转向装置和锚固点限制。

因此，体外预应力加固技术在该工程项目建设桩基缺陷中的应用，需要重点加大对以上两方面问题的重视程度，以此更好地促进其在大桥工程建设桩基础缺陷处理中的应用。

3.3 植筋加固技术

植筋加固技术在大桥工程建设桩基础缺陷中的应用需要使用专业的设备与合理的施工技术，需要对孔道进行彻底的清洁与烘干，然后根据桩基缺陷的类型在孔道内设置一定量的植筋胶。植筋加固技术应用流程如下：

（1）将钢筋固定于混凝土结构中，提升桩基整体的承载能力。

（2）钻孔过程一定要严格按照施工设计图纸进行，并准确标记钻孔位置，将偏差控制在合理的范围之内。

4 结语

根据第三方检测单位的静载试验检测，经过加固处理后的桩基其承载能力满足了国家现行标准和施工组织设计要求。在大桥工程建设中，桩基缺陷时有发生，需要施工人员根据工程项目的实际情况选择科学合理的加固技术，该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理论参考。