不合格灌注桩补强施工工艺

第二工程有限公司 钟卫华

摘要：本文以海瑞大桥的不合格灌注桩压浆补强方法为例，系统介绍了灌注桩的压浆补强施工工艺，主要包括：钻芯取样、芯样综合柱状图描述、桩基压浆、试桩试验。

关键词：钻芯 综合柱状图 检测报告 压浆 试桩试验

海瑞大桥桩基础为Φ1500mm与Φ1200mm两种形式的摩擦灌注桩，其中1995年～1996年间完成的桩基约占四分之三。2004年该桥续建开工后，既有桩基经过低应变动测法检测质量时，发现大部分灌注桩的长度不够或桩身混凝土质量不合格。因而海瑞大桥开工续建时，为明确海瑞大桥既有灌注桩的质量情况，在保证质量、安全的前提下节约建设资金，将补桩的盲目性降至最低，决定对不合格灌注桩采取先钻芯取样分析，在明确灌注桩的整体质量后，正确、合理地选用桩基压浆或补桩的补强措施，使不合格灌注桩满足设计受力要求，保证海瑞大桥的工程质量。本文以海瑞大桥不合格桩基的补强施工为例，系统地介绍灌注桩的压浆补强施工工艺，以期相互交流经验、共同提高施工水平。

1 水文、土质条件

海瑞大桥位于海南省海口市南渡江下游河段，江水向北流入琼洲海峡，台风暴雨是主要径流形式。桥址处的土质情况，从表层往下依次为：砂层、淤泥质亚粘土、粘土、砾砂、生物碎屑亚粘土。

2 钻芯取样检测

通过对灌注桩进行钻芯取样检测，达到评价桩长、桩身混凝土质量及桩身混凝土强度三项指标是否符合设计要求的目的，以决定下一步补强措施。

2.1 钻芯取样

利用岩心钻机，将一定长度的岩芯管旋转钻至预定标高后将芯样扭断并提取至地面按顺序排放，对芯样特征进行描述、标号并按不同深度留取芯样，然后对所留芯样做抗压强度试验并形成芯样强度报告资料。

海瑞大桥选用钻头直径为Φ91mm的岩心钻机。首先由测量工程师放出孔位，由于考虑存在双孔压浆的可能性，孔位距桩基中心300mm，然后把钻机对准孔位立好并调平，其位置偏差不得大于10mm。在钻孔过程中需经常检查转杆的垂直度，如有倾斜或位移，应及时纠正。钻孔深度为超出桩底500mm～1000mm之间，并把钻完后的芯孔用塑料袋临时封堵，避免杂物进入孔内。

钻孔过程中保持完整的施工记录，内容有每次开钻时间、提钻时间、钻杆余长、钻杆总长与钻进情况描述。准确测量孔口高程、每钻次的孔底高程、每钻次进尺及每钻次取样长度，并随时复核钻杆长度。

当钻进速度突然加快时，记录当时的孔深，再继续钻进500mm～1000mm，然后提出钻杆、取出芯样观察，确定加快时的孔深是否为桩基混凝土与土层的分界面（芯样破碎、断桩及到桩底均会出现钻进加快现象），以便决定钻芯工序是否继续。终孔后用钢尺测量钻具总长、芯样长度和用测绳复核孔深，以明确既有桩的长度与钻孔深度。

2.2 形成《桩基检测报告》

钻芯取出的芯样由专人负责管理，清楚地在芯样表面标上记号，并将每钻次取出的芯样依次摆放在预先备好的盒子里，以便记录芯样在桩基中的实际位置。对每个芯样都作出详细的桩状图综合描述，特别是孔隙、分层、蜂窝、离析及夹层等现象。对每根桩按每5000mm深留取一组芯样做抗压强度试验，形成强度报告资料。然后对有缺陷的部位以及整根桩的芯样进行分别拍照，打印成图片资料，与该桩的芯样综合柱状图描述、芯样强度报告资料放在一块，装订成册形成《桩基检测报告》，作为桩基工程质量综合分析的依据。

3 浆液

浆液由水、水泥、缓凝剂、微膨剂、减水剂等组成，通过试验室配制确定浆液的配合比。海瑞大桥桩基压浆使用的浆液配合比为：水:水泥:铝粉:外加剂=0.49:1.0:0.00015:0.005(重量比)，水泥为P.O42.5R普通硅酸盐水泥,外加剂为红墙CSP-7高效减水剂（同时具有凝剂作用）。浆液在拌制好后需静置5min、经过滤后使用。浆液的各项技术标准指标如下表：

名 称 比重 水灰比 初凝时间 强度 水泥型号 指 标 值 17kN/m～18kN/m 0.45～0.6 4小时～5小时 不低于5MPa（7天） P.O 42.5R 33

4 压浆补强施工

不合格灌注桩绝大多数都是由于导管进水、卡管、坍孔、埋管、灌短桩头等各种事故引起的次生结果。此外，由于清孔不彻底，或灌注时间过长，首批砼已初凝，流动性降低，而续灌的砼冲破顶层而上升，因而也会在两层砼中夹有泥浆渣土，甚至全桩夹有泥浆渣土形成断桩。

4.1 桩身压浆施工

根据《桩基检测报告》作深入分析，判明情况，有下述情况之一时，应采用桩身压浆补强方法处理。 ①桩身砼有夹泥断桩或局部混凝土松散。

②取芯率小于95%并有蜂窝、松散、裹浆等情况。

由于灌注桩为配筋率较小的钢筋混凝土结构，为防止桩身压浆施工时的压强将灌注桩压裂而造成桩基结构破坏，故压浆施工的压强均控制在0.8MPa。

4.1.1 桩身单孔压浆 （1）压浆准备

分析该桩基的《桩基检测报告》，若芯样局部出现的蜂窝、松散、裹浆、夹泥现象较轻,则采用桩身单孔压浆。拔出临时封堵芯孔的塑料袋，在压浆孔内安装压浆管路系统。该管路系统由三部分组成：①进浆管（Φ30mmδ=4mm无缝钢管，其上端旋有丝扣，便于与压浆管路连接），进浆管伸入距孔底200mm～300mm；②填封挡块；③出浆管（Φ30mmδ=4mm无缝钢管，其上端旋有丝扣，便于与压力表、阀门的管路连接），其下端伸出填封挡块以下50mm～100mm。

填封挡块为Φ90mm、厚5mm钢板，该钢板中间切割两个Φ31mm孔，套在进、出浆管上（填封挡块在压浆管路系统安好后距孔顶1000mm～1200mm）并焊在一起安装在芯孔里，然后把麻絮填塞在填封挡块上与进、出浆管的周围，高约200mm，再拌1：1的水泥砂浆把麻絮以上的芯孔填封密实（如下图一）。

（2）压浆施工

三天以后，在孔中的水泥砂浆已凝固并形成强度，对芯孔形成密封，即可进行桩身压浆施工。拌制好浆液后，把进浆管与压浆泵连接好，在出浆管上安装压力表、阀门管路（如下图二）。压浆开始时先从进浆管送高压水清洗芯孔，把夹泥和混凝土碎渣从出浆管排出。清洗完毕后由进浆管向孔内压浆，使浆液沿进浆管流入孔底。流入孔底的浆液随流入量的增加而上升，使孔里的水逐渐由出浆管排出孔外。压浆时应压一阵停一阵，使浆液得到充分扩散。当出浆管冒出浆液时，表明孔内的浆液已满，然后关闭出浆管阀门，继续压浆。当灌浆压力达到0.8Mpa时关闭进浆阀门，稳压闷浆20min～25min后，缓慢减压到零，即可结束压浆工作。

4.1.2 桩身双孔压浆 （1）压浆准备

分析该桩基的《桩基检测报告》，若芯样局部出现的蜂窝、松散、裹浆现象严重，或有夹泥断桩情况，则采用桩身双孔压浆处理。用钻机在距第一个孔600mm、距桩中心300mm的桩身中再钻一个孔，孔深要求达到补强部位以下500mm～1000mm。在第二个孔完成后，拔出第一个孔中临时封堵的塑料袋，然后在两个孔中分别安装压浆管路，形成1、2号压浆管系统。1、2号压浆管均由二部分组成：①填封挡块；②压浆管（Φ30mmδ=4mm无缝钢管，其上端旋有丝扣，便于与压浆管路连接），其下端伸入填封挡块以下0.2m～0.3m。

填封挡块为Φ90 mm 、厚5mm钢板，该钢板中间切割一个Φ31mm孔，套在压浆管上（填封挡块在压浆管路系统安好后距孔顶1000mm～1200mm）并焊在一起安装在芯孔里，然后把麻絮填塞在填封挡块上、压浆管的周围，高约200mm，再拌1：1的水泥砂浆把麻絮以上的钻芯填封密实（如下图三）。

压力表阀门出浆管进浆管压浆泵砂浆填封砂浆填封麻絮填塞填堵挡块麻絮填塞填堵挡块灌注桩灌注桩图一图二

压力表阀门2号压浆管1号压浆管进浆管

压浆泵出浆管2号压浆管砂浆填封1号压浆管砂浆填封麻絮填塞填堵挡块麻絮填塞填堵挡块灌注桩灌注桩图三图四（2）压浆施工

三天以后，在孔中的水泥砂浆已凝固并形成强度，对芯孔形成密封，即可进行桩身压浆施工。拌制好浆液后，把进浆管与压浆泵连接好，在出浆管上安装压力表、阀门管路（如上图四）。开始时先从1号压浆管送高压水清洗芯孔，清洗到夹泥和混凝土碎渣从2号压浆管排出为止；然后从2号压浆管以同样的方法清洗芯孔，直到1号压浆管冒清水时结束。清洗完毕后从1号压浆管向芯孔里压浆，压浆时应压一阵停一阵，使浆液得到充分扩散。当浆液从2号压浆管冒出，表明孔内水泥浆已满，关闭2号压浆管阀门，继续压浆。当浆液压力达到0.8Mpa时关闭进浆阀门，稳压闷浆20min～25min后，缓慢减压到零，压浆工作即可结束。

4.2 桩底压浆施工

桩底压浆能在一定程度上提高灌注桩的单桩坚向承载力，避免补桩造成的巨大经济损失。但桩底压浆对弥补桩长不足、提高单桩坚向承载力来达到设计要求能力是有一定的局限制性，若桩长与设计桩长相差悬殊，就必须采用补桩处理。因而不合格灌注桩补强施工前，必须明确桩长短多少是能够通过桩底压浆补强施工来满足设计要求的标准。 这就需要在工地对桩底压浆工艺做试桩试验，取得桩底压浆后提高单桩承载力的实际数据，并计算在桥址处的地质情况下提高单桩承载力的百分率，再考虑1.5～2.0的安全系数，作为决定桩长不足的灌注桩采用桩底压浆的主要依据。

4.2.1 试桩试验

试桩可以在施工现场重新浇筑条件相同的两根新桩，也可以利用施工现场既有的桩径相同、地质相似、桩长相差较小的两根需补桩处理的废桩。海瑞大桥是利用05-1号桩(桩径1.2m，桩长28.0m)与05-4号桩(桩径1.2m，桩长30.6m)两根既有的废桩作试桩试验，根据其实际桩长计算两根废桩的竖向单桩极限承载力分别为6000kN、6490kN。2004年11月29日对05-1号桩进行桩底压浆施工，一个月后（2004年12月28日）对海瑞大桥的05-1号桩（压浆后）和05-4号桩（不压浆）进行了静载荷破坏试验，检验压浆前后荷载变化情况。具体试验结果汇总如下表：

试 验 编 号 工程编号 05-4(不压浆) 试验荷载（t） 05-1(压浆后) 1 2 680 790 试验时间 2004.12.19 总沉降量（mm） 34.97 45.65 2004.12.21 竖向极限承载力计算值（kN） 6490 6000 竖向极限承载力试验值Qu（kN） 6400≤Qu≤6800 7600≤Qu≤7900

根据国家有关规范和试验结果，本次检测的05-4号桩(不压浆)单桩竖向极限承载力为6400kN≤Qu≤6800kN， 05-1号桩(压浆后)单桩竖向极限承载力为7600kN≤Qu≤7900kN，计算压浆后单桩坚向极限承载力提高的百分率为26.7％～31.7％。海瑞大桥把桩底压浆后提高单桩坚向承载力的安全系数定为2.0，并取下限值即13.35％，凡是桩长不够的灌注桩的计算实际承载力大于其设计承载力的86.65％，就采用桩底压浆补强措施处理，否则采取补桩措施处理（补桩工艺本文不作讨论）。

4.2.2 桩底压浆

桩底压浆使用的压强为5.0Mpa，为桩身压浆所使用压强值（0.8Mpa）的6.25倍，故不能直接利用芯孔作为压浆通道，需在芯孔中埋设能承受5.0Mpa压强的钢管作为压浆通道，芯孔与钢管间用水泥浆封填，等水泥浆形成强度后再进行桩底压浆施工。

（1）压浆准备

需桩底压浆的灌注桩均应采用桩底双孔压浆。用钻机在距第一个孔600mm、桩中心300mm的桩身中再钻一个孔，两孔的孔深均需达到桩底以下500mm～1000mm。在两个芯孔内分别安装压浆管, 形成1、2号压浆管路系统，每个芯孔里的管路系统由三部分组成：①封填芯孔进浆管，②桩底压浆进浆管（Φ40 mmδ=4.0 mm的无缝钢管）,③挡块（Φ89 mmδ=5m的500mm长无缝钢管，上端焊一块留有Φ40 mm孔的钢板）。桩底压浆进浆管下端与挡块上端焊接连通，然后在挡块上端安装固定一个Φ92mm的橡胶片（如下图五）。安装时，挡块上端距桩底100mm～200mm，封填芯孔进浆管下端距挡块上端700mm～1000mm。安装完毕后在两个孔里分别倒入0.0033m的粗砂，该粗砂将堆积在挡块上端的橡胶片上约500mm高（如下图六）。

拌水灰比为0.49水泥浆，过滤后倒入储浆池中，储浆池比芯孔顶高1000mm～1500mm，然后把储浆池与封填芯孔进浆管连通，打开储浆池的出浆阀门，使水泥浆在无外界压力作用下流入孔里。因挡块、橡胶片及其上粗砂的阻挡作用，流入孔中的水泥浆会随流入量的增加而从挡块的粗砂位置上升，使孔里的水逐渐排出孔外，当孔口冒出水泥浆时，表明挡块以上的芯孔已灌满，然后关闭储浆池的出浆阀门，结束芯孔堵封工作。

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阀门压力表出浆管压浆泵进浆孔堵封桩身进浆管进浆孔堵封桩身进浆孔堵封桩身进浆管混凝土桩橡胶皮挡块挡块挡块图五图六

（2）压浆施工

三天以后，在孔中的水泥浆已凝固并形成强度，对芯孔形成密封，即可进行桩底压浆施工。压浆时，从1号压浆管向桩底压浆（若水泥浆从2号压浆管冒出，则关闭2号管回浆阀），压浆时应压一阵停一阵，使浆液得到充分扩散。当浆液压力达到5.0Mpa且稳压持续20min～25min或压浆量达到1000L，即完成1号管压浆，然后缓慢减压到零。用同样方法对2号压浆管进行压浆，完成后重复上述工序，且每一循环的压浆时间间隔不得起过1小时、所有循环过程必须在浆液初凝时间内完成。当桩底压浆达到以下三个条件之一：1）总压浆量达5000L；2）1、2号压浆压强都达到5 Mpa ，稳压持续20min～25min分钟；3）桩顶上浮13mm，即可结束该桩底压浆施工。

5 桩身与桩底压浆

若一根桩既要进行桩底压浆，又要进行桩身压浆，则先进行桩底压浆再进行桩身压浆，其压浆工艺与上相同。

6 结束语

在海瑞大桥不合格灌注桩的补强处理过程中，通过运用上述施工工艺和技术，使140根桩基避开补桩施工，在既有工程处理上节约大量资金，取得了可观的经济效益与社会效益。

参考文献

1、交通部第一公路工程总公司主编．公路桥涵施工手册．北京：人民交通出版社．2000 2、公路工程质量检验评定标准(JTJ071-1994)．北京：人民交通出版社．2000