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1、钻孔灌注桩超深度缺陷压注混凝土处理施工工法广东省长大公路工程有限公司陈儒发 毛志坚 钟建锋 荣国城 杨自军1. 前言随着国民经济的发展，交通运输的需求迅速增长，桥梁等级在不断提高，桥梁基础工程更加浩大，桩径更大、桩长更长，技术更加复杂，施工难度进一步提高。由于水文、地质条件的复杂以及其他不可预见的因素存在，桩基础施工过程中难免出现事故，在深水大直径超长钻孔灌注桩施工中，如何成功处理超深度桩身缺陷，达到施工顺利，保证工程质量，减少施工成本，越来越倍受关注。杭州湾跨海大桥北航道桥B13边墩1#桩直径250cm，桩长96m，在74m深度存在夹层，厚度达到12m，目前国内外钻孔灌注桩缺陷常规处理方法为
2、静压注浆，由于纯水泥浆易收缩，且强度无法达到原桩的标准，以至于超声波检测普遍不理想。为了达到成功处理缺陷的目的，确保大桥工程质量，开发了钻孔灌注桩超深度缺陷压注混凝土处理技术，并在此基础上最终形成工法，其技术达到世界先进水平，为今后类似工程桩基础处理提供经济、可靠、实用的施工技术。2. 工法特点本工法主要特点是通过压注混凝土充填钻孔灌注桩深层缺陷清洗后留下的空洞，使处理部位达到与原桩混凝土相同的品质，确保桩基础符合要求。3. 适用范围本工法适用于钻孔灌注桩，由于塌孔或沉渣致使桩身深层存在较厚夹层的缺陷处理。4. 工艺原理在缺陷外侧桩基础周围，利用高压旋喷桩形成围护结构，防止缺陷清洗时出现塌孔。
3、利用取芯钻机取孔到缺陷位置，对缺陷位置进行高压切割清洗，清除泥沙、松散离淅的混凝土，清除完毕，向缺陷部位注纯水泥浆，将缺陷部位的水、残留的少量泥沙置换出孔外，然后将混凝土泵送到孔内，置换出缺陷部位的纯水泥浆，将缺陷上下部分进行很好的结合，使处理部位达到与原桩混凝土相同的品质，确保桩基础符合要求。5. 施工工艺流程及操作要点5.1施工工艺流程图图5-1 桩基础缺陷处理施工流程图5.2 施工准备1、利用超声波检测桩基础缺陷位置，根据波速绘制混凝土“CT”图，确定缺陷位置混凝土强度分布情况；2、进行高压旋喷试验，确定旋喷水泥浆比重及旋喷桩有效直径，指导桩外旋喷桩帷幕设计；3、根据混凝土缺陷强度进行切
4、割试验，确定切割压力大小，选择切割清洗液体，确保切割清洗效果，又不会使液体中的介质残留在缺陷位置影响处理效果；4、进行置换切割清洗液体的纯水泥浆试验，确定纯水泥浆比重；5、进行混凝土置换纯水泥浆试验，确定混凝土配合比。5.3 施工工艺5.3.1高压旋喷桩帷幕施工1、施工方法简介本工法主要采用单管旋喷注浆法进行高压旋喷桩。即利用钻机成孔后，先将有特制的单个喷嘴喷头下入到处理段的设计底标高位置，然后利用高压脉冲泵，把水泥浆液形成高压喷射流从喷嘴喷出把土体切割搅动，同时将喷杆旋转和提升，使土体和水泥浆液混合，经凝固后成圆柱状固结体。2、施工工艺流程图5-2 施工工艺流程图 3、施工工序及步骤（1）旋
5、喷桩桩（孔）位放样；（2）移机就位，钻机引孔到设计深度；（3）移开引孔钻机；（4）旋喷钻机就位，下入喷头、喷杆至孔底，连接导流器；（5）受孔底沉渣、局部塌孔等因素影响喷头未能下至孔底时可先用水泥浆或清水喷射至孔底；（6）自下而上按有关设计参数进行旋喷注浆；（7）按设计压力、提升速度旋喷到设计顶标高（深度）；（8）终凝前孔口及时补浆，消除浆液收缩下沉；（9）完成单桩旋喷，移机到另一旋喷位置进行旋喷施工。4、施工参数（1）水泥浆水灰比为0.81；（2）泵压：2225MPa；（3）流量：70100 L/min；（4）提升速度：1015cm/min，转速：1520r/min；5、旋喷桩设计要求（1）旋
6、喷桩垂直度控制在5以内，缺陷部位旋喷桩直径控制在50cm左右，不宜过大，缺陷上下段旋喷桩直径不小于70cm；（2）旋喷桩底深度为缺陷底部以下45m，桩顶深度同样为缺陷顶部以上45m；（3）旋喷桩身强度达到5MPa以上，缺陷部位旋喷水泥浆要求不得进入钻孔桩内部，缺陷上下段与灌注桩粘结紧密；（4）水泥采用42.5R硅酸盐水泥，每米旋喷桩实桩水泥用量：缺陷部位约250300kg，缺陷上下段约400450kg。6、旋喷孔位布置要点：（1）旋喷桩中心距灌注桩桩边31.5cm，围绕桩周等距离布置。（2）根据布孔位置作出旋喷孔位分布图并编制旋喷桩号，旋喷桩布置如下图。图5-3 旋喷桩布置图7、成孔要点（1）
7、在孔位上先下入127导向管，导向管底部入土5m左右，固定在钢护筒侧壁。然后在导向管内在下一108套管，管底入土约15m，套管要求垂直止沉牢固。在套管内下钻杆钻孔，钻孔直径为91mm，采用优质泥浆护孔钻进，钻孔深度要达到旋喷桩设计要求，使用的钻具长度应大于2.5m，严禁使用三翼钻头扫孔钻进；（2）钻孔时要轻压、慢钻、多提，保证成孔垂直度，偏差不得超过0.5%；（3）钻进过程中注意桩侧有无出现严重扩径现象，出现时要留意孔有无偏斜现象。8、高压旋喷施工要点（1）旋喷时压力未达设计压力控制范围不得开始上提及旋喷。（2）压力达不到设计要求值，要求查明原因，检查喷咀、钻杆接头、导流器、高压管接头、水泵密封
8、系统、水泵吸水管、吸水龙头及水泥浆浓度等。（3）旋喷时每次拆杆要求搭接长度不少于0.20m。（4）为保证工程质量，应严格按配比进行制浆，经常检查水泥浆比重，确保水泥浆的质量。（5）不得使用过期或结块的水泥。（6）缺陷部位采取一次旋喷，缺陷上下段采取二次旋喷以便扩大桩径，使旋喷桩紧贴钻孔桩侧壁。5.3.2桩身混凝土抽芯钻孔施工钻孔桩外侧高压旋喷桩帷幕完成后，开始桩身混凝土抽芯，其目的是作为对缺陷进行切割清洗及纯水泥浆、混凝土灌注的导管，抽芯钻孔要点如下：1、在桩内布置9个芯孔，桩中心布置一个孔，周边等间距布置8个孔，孔中心距钢筋笼主筋中心5060cm呈圆形布置，可根据桩基础实际情况灵活设计。图5
9、-4 补强孔布置图2、钻孔深度要求穿过缺陷段进入完整混凝土不小于1m。3、取芯孔开口采用127mm金钢石钻进，入完整砼0.81.0m后变径采用101mm双管金钢石钻头钻至孔深。4、钻孔垂直度要求不大于0.5%，完整砼采取率不小于95%，现场要及时作好钻孔抽芯记录，准确进行芯样描述以及划分缺陷段的深度位置及分布范围。取芯完毕，在孔口安装127mm钢管，钢管顶部与施工平台高程一致，选取中间及周围任意两至三个管接泵管，由于钢管与泵管直径的差异，故在钢管顶部焊接锥形泵管接头，以便与泵管连接泵送混凝土。其余各管顶部留有连接丝扣，钢管与取芯孔壁环状空间用高强度水泥砂浆进行密封处理，待达到一定强度（4MPa
10、以上）后可转入下一步清洗施工。5.3.3缺陷部位切割清洗1、施工方法简介通过试验确定切割清洗液体，利用导孔对桩身砼缺陷段反复进行高压旋喷切割，将桩身砼夹泥质物及混凝土离析骨料尽可能切割成松散颗粒物，再联合采用气举循环的方法进行清洗，使松散沉淀物大部分或全部清出桩外（孔口），使之形成空腔。2、施工工艺流程图图5-5 切割清洗流程图3、施工工艺及步骤（1）高压旋喷切割9个钻孔抽芯完成后，根据钻孔抽芯情况确定桩身砼缺陷段，在该段上、下2.001.00m范围内逐孔用清洗液体高压反复旋喷切割，有关施工参数如下：旋喷压力：2528MPa；转动速度：1015r/min；提升速度：510cm/min；对顶板及
11、底板的切割清洗，将喷嘴分别按向上和向下成45角焊接，依此对顶板及底板反复切割清洗。（2）气举正、反循环清渣将直径89mm清渣管下至任一孔孔底，并将风管置入清渣管内，风管底部下至全孔深的1/32/3，再向相邻的孔或串通的其他孔注入清洗液体，也可任选其他一孔，下入喷射管进行高压喷射扰动，并开动空气压缩机，同时不停地提动清渣管，利用气举正（反）循环法将孔底或缺陷段内的泥浆、砂砾或砼离析骨料等沉渣物或削落松散物等沿清渣管排出桩外。有关施工参数如下：空气压力：0.60.7MPa；空气排量：912m3/min。每孔均按上述工艺依次反复进行气举正、反循环清洗，为确保孔内清洗彻底，必要时可同时进行，直至孔口返
12、出清洗液体无沉渣物为止。（3）切割清洗效果判断：方法一：根据清洗后排渣管出浆颜色，可取适量浆液进行沉淀，观察沉淀情况；方法二：将清出孔外的泥沙在沉渣桶内沉淀，排除水后计算沉渣总体积，与清洗前超声波检测资料计算缺陷体积对比。5.3.4注纯水泥浆1、水泥浆液配制水泥浆液采用42.5R硅酸盐水泥配制。高压喷射注浆水灰比采用0.81，孔底静压注浆或井口压浆水灰比采用0.61，并掺入水泥用量12的高效引气剂减水剂（当漏浆严重时则采用间歇补浆的方法进行注浆，直到压力上升为止）。2、孔底静压注浆、高压旋喷注浆缺陷部位注浆的目的是为了将清洗液体置换出来。水泥浆由实验室配置，初凝时间24小时，现场拌制水泥浆根据
13、试配比重控制水泥用量，缓凝剂用量由实验室现场控制（0.61掺0.85%，0.81掺0.75%）。桩身砼缺陷段注浆工作必须在45小时内必须完成，以便后续压注混凝土时水泥浆不会凝固，因此各施工工序须连续并紧密配合一气呵成。根据取芯芯样，判断每孔孔底第一次灌注的混凝土面标高，选择最低的取芯孔安装注浆管，管口伸到孔底，向孔内注浓水泥浆，水灰比为0.61，浓水泥浆从孔底注入，目的是将清洗液体和可能残留的杂质逐步置换出来。另外准备至少三条旋喷钻杆，注浆的同时，在另外任选三孔下三条旋喷钻杆，在缺陷部位注满水泥浆后，开始逐孔高压旋喷，旋喷水泥浆水灰比为0.81，高压旋喷注浆的目的是将孔内可能残留的沙和碎石搅动
14、分散，使其与水泥浆混合在一起。孔内压浆以各孔口冒出浓水泥浆即停止注浆。5.3.5压注混凝土为了保证缺陷部位强度，注浆完毕用稍高于原桩等级的混凝土将孔内水泥浆置换出来。在注浆旋喷的同时，将泵机泵管接到事先设计的孔口钢管上，其余各管打开，向孔内泵送混凝土，将孔内缺陷部位纯水泥浆从其他管内置换出来。为保证置换充分，将泵管依次接到事先设计的其余几个泵管接口管上，泵送混凝土置换水泥浆，注意计算泵送混凝土方量，与注浆体积对比，确保水泥浆置换达到最佳状态。当纯水泥浆全部被置换出孔外后，每个管口均冒出新鲜混凝土，此时泵压增大，即停止混凝土置换工作。 5.3.6孔口压浆混凝土置换完毕，通过孔口压浆封闭装置，采用
15、低泵压向孔内进行挤压浆。挤压浆压力为12MPa，当压力超过2MPa并稳压达30分钟停止压浆，并关闭孔口开关。 5.3.7检测处理完毕，14天龄期进行超声波检测及抽芯检测桩基缺陷修复后的完整性，必要时进行28天龄期超声波检测。5.4劳动力组织施工人员配置表类别岗位名称人数职 责 范 围备 注管理人员施工技术员2负责施工管理人员安排可根据工期安排、现场情况做相应调整质量安全员1质量、安全检查、监督施工人员钻机工9成孔清孔、旋喷、压浆制浆工2水泥搅拌、旋喷注浆修理工1设备维修泵机操作员1泵机操作合 计166. 材料与设备本工法无特别需要说明的材料，采用的主要机具设备如下：主要机具设备表序号名 称型号数量备注1高压注浆泵XP-90型1台2地质钻机XY-1A3台3旋喷钻机XY-1A2台4压力注浆泵12台5空气压缩机912m31台6搅拌设备
