高压注浆置换技术在桩基缺陷处理中的应用

高压注浆置换技术在桩基缺陷处理中的应用

1桩基施工前控制要点桥梁基础是桥梁结构的重要组成部分。孔灌注桩基础是桥梁常见的基础。在钻孔灌注桩施工中,由于所处环境不同,地质情况千差万别,特别是在滨海地区,软泥层、砂砾层、土洞、溶洞、松散土层等层出不穷,给成孔和水下混凝土灌注带来极大困难,甚至出现安全问题。尽管施工中采取各种方法和措施加强控制,但由于是隐蔽工程施工,不确定因素较多,成桩后质量检测中断桩、缩径、桩身局部混凝土松散、夹渣、夹泥等情况时有发生,致使桩基存在不同程度的质量缺陷。对于缺陷程度严重的桩基必须报废返工重建或通过加桩方案补救处理;但对于缺陷程度轻且缺陷问题对结构质量和使用功能不构成严重影响的,可进行补强加固处理满足其正常使用功能。本文结合滨海地区高速公路浅海涌某特大桥主墩7-7号水下钻孔灌注桩采用高压注浆置换技术的处理情况,阐述高压注浆置换技术在滨海地区桥梁桩基中的应用。2桩身及桩身厚度现有质量分析滨海地区高速公路浅海涌某特大桥为预应力混凝土连续箱梁桥,连续箱梁+小箱梁结构,全桥长2132m/2座(左、右幅桥长均为1066m)。左幅桥跨布置为6×32.7m+(41.9+70+49.5)m+18×32.7m+(4×25+20)m;右幅为6×32.7m+(49.5+70+41.9)m+18×32.7m+(20+4×25)m。7号主墩为固结墩,基础为8根ϕ1.8m的水下群桩基础,设计桩长42m。主墩7-7号为水下钻孔灌注桩,实际桩长42.15m,桩身混凝土设计强度C30,桩端持力层为微风化泥质粉砂岩。经检测单位超声波及抽芯检测,发现距离桩顶41.22~41.94m处桩身边缘约占桩截面1/5范围内存在质量缺陷,为暂不评定桩。所取芯样为半边凹槽状,凹面粘有泥质粉砂岩、碎石颗粒及泥土。经上报处理方案,通过监理、业主、设计单位论证同意,采用高压注浆置换技术对7-7号桩基的缺陷部位进行补强加固处理,以保证桩基的完整性和整体强度。3联合气举反循环清渣技术高压注浆置换技术是通过补强孔位布设技术在桩身缺陷范围内均匀布孔且孔道穿越缺陷范围,然后利用高压清水旋喷切割技术对桩基缺陷部位混凝土(低于设计强度部分)、夹杂物等进行切割、破碎,并通过大排量清水联合气举反循环清渣技术将切割剥落的破碎、离析混凝土块或其它沉渣清除出桩体外,形成清洗彻底、干净的空腔并与各补强孔道相互连通,采用高压旋喷注浆技术将掺外加剂高强度水泥浆进行孔底静压注浆,自下而上在主要缺陷段范围内进行高压旋喷注浆,最后逐一进行封闭式水泥压浆施工、补浆处理,达到通过高强度水泥浆置换、充填缺陷部位,直至充满整个腔体达到置换的目的,使桩身完整性和桩基承载力满足设计要求。一般用于桥梁工程混凝土结构质量缺陷补强加固及病害处治,对桥梁桩基,特别是滨海地区水中深、大桩基础深度部位缺陷处治更具实用、经济、快捷、安全可靠等优越性。高压注浆置换技术处理桩基施工工艺流程如图1所示。4关键施工技术4.1砂浆注射材料与配合比设计(1)材料的注入水泥:P·O42.5R普通硅酸盐水泥;外加剂:高效缓凝型减水剂(JB-2SC);水:普通自来水;膨胀剂:HEA(粉剂)。(2)注浆配合比设计该桥桩基处理的水泥浆配合比设计是采用高于原结构强度1级标准进行设计,水泥注浆配合比设计如表1所示。为确保桩基处理后的补强加固效果及质量要求,建议在处理类似桥梁桩基时采用高于原结构强度1级或2级标准进行设计。4.2注浆孔与孔口压浆(1)注浆孔位布设。该桥主墩7-7号桩基在距离桩顶41.22~41.94m处桩身边缘约占桩截面1/5范围内存在质量缺陷,经多方咨询及专项论证,结合桩基缺陷发生原因、属性界定缺陷性质,确定缺陷部位和处理范围,进行注浆孔位布设。7-7号桩基沿桩身方向共布设3个注浆孔(见图2),成三角形对称设置,以在桩身缺陷范围内均匀布置且孔道必须穿越缺陷段范围,以控制缺陷范围和利于切割、清渣、注浆施工为原则。(2)钻孔。采用XY-1A高速液压回转地质钻机,ϕ101mm金刚石双管钻具进行抽芯孔施工(见图3),每孔抽芯完成后,采用ϕ110mm金刚石钻具在孔口段深度约0.5m处进行扩孔,终孔深度为穿过缺陷段以下不小于1.0m(孔道必须穿越缺陷段范围,否则重新调整布孔重钻)。钻孔时,其引孔孔口直径一般采用110~130mm,终孔直径不小于91mm。该桥桩基注浆孔直径为120mm。(3)埋设孔口压浆装置。全部注浆孔道完成后(各孔均与缺陷段连通),将桩顶表面杂物清洗干净,在孔口埋设ϕ110mm孔口管作为孔口封闭压浆管。4.3确定下限值通过各注浆孔道利用高压泵产生的高压水喷射流对缺陷段进行旋喷切割、破碎施工。高压水喷射流的压力参数指标控制应低于桩基混凝土设计强度2~5MPa,由于压力过高,保压困难,原则上采用下限值,以利于对缺陷段不符合设计强度部分混凝土、夹杂物进行充分切割的同时避免对桩身其它合格部分混凝土造成破坏为原则。如桩基混凝土设计强度为C30,旋喷切割采用水压参数:25~28MPa,流量:60~80L/min,提升速度:10~15cm/min,转速:10~15r/min。该桥7-7号桩基混凝土设计强度为C30,采用水压参数:25MPa,流量:60L/min,提升速度:10cm/min,转速:10r/min。在缺陷处理段内反复进行切割、清洗直至孔口返出清水为止。4.4清孔清渣清理大量高压高速水流在桩基缺陷段循环流动,并携带沉渣从孔口下进入风管的孔内气举喷出。气举反循环清渣时,孔内开始有相应数量的泥浆水、粗砂、碎石、杂物喷出,经过一段时间清洗后,孔内返水逐渐变清。为确保清孔干净、彻底,需再次逐渐提高泵压,孔内返水则又变黄,直至泵压升至25MPa左右。清孔一段时间后,孔内连续返出清水,直至无渣。对各孔缺陷段进行反复多次气举反循环清渣施工,对缺陷段内杂物、破碎混凝土残渣清理要彻底、干净。该桥桩基处理采用空气压力参数:0.7MPa,空气排量:20m3/min。高压水流切割、气举反循环清渣施工如图4所示。4.5高压注浆孔口压浆清渣完成后,首先从孔口下注浆管至孔底自下而上进行静压注浆,直至孔内的清水被水泥浆置换出孔外,孔口流出浓水泥浆,然后进行高压旋喷注浆。注浆泵压力参数为15~20MPa,流量为60L/min,提升速度为10cm/min,转速为8r/min。在3个注浆孔中的其中1个孔口接上高压注浆泵,用15~20MPa的压力把M40浓水泥浆连续注入孔内,使与之相通的其它2个孔口返出稀水泥浆,直至返出M40浓水泥浆时,暂时停止高压注浆并关压,接着关闭注浆孔口开关封闭压浆。当其它2个孔口再次返出M40浓水泥浆时,则关闭其孔口开关。抽出孔内注浆管,在注浆孔口接上挤压泵,继续向孔内挤浆,待泵压上升,最高达到25MPa,并稳定在15~20MPa,稳压时间20min后停止送浆,停止高压注浆泵并关闭孔口,使水泥浆凝固。依此类推,再向另外2个孔口分别直接挤浆。压浆结束后在水泥浆液终凝前再进行孔口补浆,消除浆液回缩,直至孔口满浆为止。注浆施工孔口压浆和补浆工序尽量安排在当天气温相对较低时段进行,以减少气温变化对水泥浆收缩造成的不利影响。5该桥桩基检测结果通过抗压强度试验,28d龄期水泥浆试件的平均抗压强度为47.7MPa,满足设计要求。经基桩声波透射法检测、重新钻孔抽芯取样试验和物探方法对该桥桩基进行检测,发现桩身缺陷范围内的混凝土强度