浅析围堰封底后水中桩基周边涌砂的成因及处理措施

1、浅析围堰封底后水中桩基周边涌砂的成因及处理措施陈勇张建飞居畅江苏省交通工程集团有限公司江苏镇江212003摘要：本文以扬州文昌大桥5#主墩左幅为例，对围堰封底后水 中桩基周边涌砂成因及处理措施作了简要的概述与分析。关键词：水中桩基涌砂 成因 处理措施1工程概况扬州文昌大桥桥梁全长431.08米。主桥上部结构为( 78+126+78 ) 米三跨变高度预应力混凝土连续刚构跨越京杭大运河主航道，引桥上 部为4 x35m等高度预应力连续箱梁，主桥东侧直接与路基相连。主 桥主墩采用双薄壁墩，横桥向宽度1526cm,顺桥向宽度为1m。两薄 壁墩间距3.2m,承台尺寸为400 x 1340 x 1990cm

2、,单幅桥每个桥墩基 础由11根2000mm钻孔灌注桩组成。桥位处京杭大运河河底高程约为-0.5-0.5m，勘察期间运河水深 约为5.0m,常水位标高+5.0m。承台封底底标高-6.5m,抽水后水压差 达到11.5m河床向下30m内以亚砂土为主，出现涌砂的几率较高，地 质情况具体如下；序号地质情况范围(m)备注1亚砂土-0.32m-12.42m2亚砂土夹亚粘土-12.42m-29.52m3亚粘土-29.52m-32.52m4粉细砂-32.52m-42.52m5砂砾-42.52m -59.12m6强风化泥岩-59.12m-59.32m7中风化泥岩-59.32m-68.72m8强风化泥质粉砂岩-68

3、.72m-86.22m9中风化泥岩-86.22m-99.32m表1地质情况2、涌砂原因分析2.1地质原因5#墩承台底标高-4.5m,封底底标高-6.5m,钻桩用钢护筒底标 高-7.0m,由表1可见，整个施工范围均被亚砂土覆盖，为涌砂创造了 地质条件；2.2施工原因2.2.1由于饱和砂土的结构疏松和渗透性相对较低，水中桩基 及桩基平台施工时，采用振拔锤打设钢管桩、钢护筒时，导致砂土发 生振动液化，为涌砂创造了有利条件；2.2.2钻孔桩施工结束后未能拔除钢护筒，以及封底前未能使用 水下割枪割除钢护筒，导致桩与封底混凝土之间不能有效的粘结成整 体，成为抵抗涌砂的薄弱点；2.2.3钢护筒直径2.3m,

4、桩直径2.0m,钢护筒与桩之间形成 0.3m亚砂土松散夹层，钻孔时经过钻头扰动后，仅靠泥浆护壁连接， 形成不规则的相互独立的条状夹层，成为涌砂的突破口；2.2.4围堰抽水后，堰内外水位高差达到11.5m，导致水压力过 大；桩（直径2.0m）与护筒（直径2.3m）之间的夹层，在钢护筒上 部割除后，土压力变小承受不住堰底顶升压力，从而导致涌砂；2.2.5钢护筒入土深度相对较浅，渗水流程较短，围堰抽水后， 由于压力过大，导致水垂直向上的渗透力超过土的自重，导致涌砂；3、处理方案及设计针对涌砂情况的出现，经研讨后决定采用先在护筒与桩之间进行 水下堵漏再进行深水注浆固砂封底，待形成强度后抽水进行承台、墩

5、 身施工；3.1回水止砂调用水泵以最短的时间向围堰内进行回水，以消除围堰内外压力 差，阻止钢护筒处继续涌砂，对周围封底形成空洞，带来更为严重的 后果；3.2固砂封底前的准备3.2.1用吸砂泵将围堰和钢护筒内的泥沙吸除。3.2.2利用专用水下割枪，平封底砼顶割除钢护筒；3.3.3潜水员下水摸清具体情况，判断桩周与护筒之间是夹层（夹层宽度及深度）还是烂桩头;根据潜水员叙述与施工资料的查对， 判定桩周与护筒之间是夹层，夹层宽度平均30cm，深度2m;3.3.4高压水枪将钢护筒与桩身之间的松散夹砂冲出并清洗干 净；3.3水下砼堵漏3.3.1砼设计桩周夹层面积小，且四周分散，无法采用常规的水下混凝土导管

6、 施工工艺进行施工，决定采用新型的水下不分散混凝土；3.3.1.1掺水下不分散剂水下混凝土的技术特点：3.3.1.1. 1能有效减小水下混凝土的强度损失。水下混凝土强 度为陆上80%以上，28天水下混凝土比普通混凝土提高30%.3.3.1.1.2提高与水下基础的粘结强度。比普通混凝土提高50%；3.3.1.1.3混凝土在水下水泥散失量比普通混凝土降低50%。3.3.1.1.4与钢筋的握裹强度及抗冲磨能力均比普通混凝土提高 30%.3.3.1.1.5有效改善混凝土的粘聚性和可泵性，泌水率几乎为 零，塌落度损失小，扩散半径大，能自流平，自密实。结合水下不分散混凝土以上特点，并且不需振捣，强度高，抗

7、渗 性能好，粘结力强，对施工水域污染极微的优点，可以看出对封口堵 漏十分有利。3.3.2水下不分散混凝土配合比组成3.3.2.1水下不分散混凝土配合比由水泥、砂、碎石、水、水下不 分散剂、膨胀剂、减水剂组成3.3.2.2组成材料的要求及配比水泥：不低于PO42.5级80m方孔筛筛余量10%;水泥 .材料胶砂抗压强度22Mpa/3d、42.5Mpa/28d，其余技术指标满足规范 要求;砂：中粗砂细度模数（3.02.3 ）含泥量小于1%,无粘土 块，云母、轻物质、硫酸盐和硫化物以及有机质均满足规范要求；碎石：5-16cm级配碎石，压碎值不大于10%;针片状颗粒 含量不大于15%，含泥量1%，无泥块

8、，有害杂质含量1%。水：自来水，PH值不小于4,不溶物、可容物、氯化物、 硫酸盐、硫化物含量均满足规范规定素混凝土要求。水下不分散剂：HLC-IV-A水下不分散剂，细度0.315mm筛 筛余量10%,含水率3.0%，比重2.2g/cm3.掺量为水泥用量的8%;膨胀剂：TY-3复合型膨胀剂，限制膨胀率水中7d 0.025% 掺量为水泥用量的6%;减水剂：NF- H b高效减水剂，减水率15-25%，掺量为水泥用量的1.6%;水泥：砂：碎石：水：水下不分散剂：膨胀剂：减水剂=500：623: 1209： 100： 40： 30： 8其中用水量视外加剂的减水率大小进行调节；实际操作时混 合料可捏成团

9、就可以，不可太稀否则混凝土的粘聚性和保水性将变 差，严重的将产生离析；根据上述配比3天抗压强度达30Mpa，满足施工进度和技术 要求；3.3.3水下不分散剂注意事项由于水下不分散剂为袋装粉末状材料，储存时，切勿受潮，使用 时应紧随水泥加入搅拌机中，不得将其先溶于水中；3.3.4浇筑水下砼混凝土在岸上拌和完成后，将集料用料斗运送下水，由潜水员 完成水下混凝土施工，要求潜水员务必将混凝土尽量用脚踩实，整平， 做到桩壁与封底混凝土间无空隙；浇筑混凝土的同时，留置试块进行同条件养生，为下道工序施工 提供科学依据；3.4注浆3.4.1注浆前的准备注浆前视注浆深度在上述混凝土施工同时在桩四周预埋4根 20

10、mm注浆钢管，将钢管插入砂中，钢管下口向上1.5m位置的四周割 几个直径3mm的小洞，以利于喷浆，同时钢管的位置及下口均用纱布 裹住，防止管口及洞眼被堵；3.4.2注浆深度的确定当注浆砼的自重与水的压力相等时，水才不会冲破注浆砼而涌入 围堰内。取封底砼顶为注浆顶标高，F浮为水压力，W砼为注浆砼重力。注 浆砼厚为pm，S砼为注浆砼底部面积（即钢护筒面积扣除钻孔桩面积）F浮二r水乂$砼XhW砼=、XV注F S=W 砼r 水X 11.5XS = r 砼XpXS 砼p= r 水X 11.5 / r 砼=11.5/2.4=4.8m（水泥浆比重一般是水的2.4倍）考虑到注浆形成强度后，将与整个2.5m厚的

11、封底混凝土形成整 体，共同承担堰底顶升压力，故注浆深度取封底砼底向下50cm，总 计 3.0m；注浆的平面范围周边以超过护筒外围0.5m为标准，即直径为 3.3m的平面面积范围。注浆采用水灰比为0.39的配比，等级强度C40，为提高压浆密实 度与流动性，掺加外加剂为TY-3复合型膨胀剂，用量为水泥用量的 11.1%,水泥为P.O42.5普硅水泥（见表2）。注浆砼体积：V=n (D2 d2)p/ 4=3.14 x (3.32 - 2.02) x 3 / 4=16.226 m(d为钻孔桩直径)表2水泥浆配比强度等级水(Kg/m3)水泥 (Kg/m3)TY-3复合型减水剂(Kg/m3)水:水泥:膨胀

12、剂稠度(s)3h泌 水率 (%)3h膨 胀率 (%)24h泌 水率 (%)24h膨 胀率 (%)C4052013381490.389： 1:0.11116.6911.900.953.4.3压注水泥浆3.4.3.1水泥浆搅拌浆的搅拌是整个压浆过程的关键，特别要注意水灰比的控制， 这将直接影响水泥浆强度，在搅拌过程中注意搅拌顺序，一般减水剂 不要在最后放以免造成难以搅拌，搅拌时间一般控制使浆体无气泡， 有光泽为宜。对浆体的控制一般采用稠度仪标定，在浆使用前一定要 经过过滤，以免造成管道堵塞，过滤后要尽快压入，防止沉淀，影响 浆体强度。3.4.3.2 压浆待堵漏砼强度达到30MPa时(3天)，开始注浆，注浆采用压力 为1MPa的压浆机，依次进行激振点压，压浆时压力控制在0.50.7 之间；直至出将口冒出等水灰比水泥浆为止；当关闭出浆口后要继续 保持压力使其控制压力在0.4MP-0.7MP之间，而且关闭压浆机也要保 持在这范围内，可以有效控制管道内是否留有气体以及提高管内密实 性增加管内浆体强度，注意持压时压力表读数要小于1MP以出现免暴 管现象；在压浆的同时做同条件和标养试块，以判定水泥浆强