軟巖地基灌注樁樁端質(zhì)量缺陷后注漿處理施工

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(中國(guó)水利水電第十工程局有限公司，成都，610072)

1　工程概況

某引水工程有一座輸水渡槽，輸水流量9.5m3/s，全長(zhǎng)390.4m，渡槽共計(jì)25跨，單跨15m，渡槽支座采用鋼筋混凝土排柱、柱頂冠梁簡(jiǎn)支座，排架柱基礎(chǔ)采用嵌巖灌注樁，鋼筋混凝土灌注樁直徑1200mm，樁端深入弱風(fēng)化巖層，單樁設(shè)計(jì)承載力特征值2300kN，單樁設(shè)計(jì)承載力標(biāo)準(zhǔn)值4600kN。

第21號(hào)右樁地處覆蓋層厚12m，系第四系全新統(tǒng)坡殘積堆積層(Q4dl+el)：由硬塑～可塑粉質(zhì)粘土、粘土組成，含少量風(fēng)化砂、泥巖巖塊；下部系侏羅系上統(tǒng)蓬萊鎮(zhèn)組下段(J3p1)：由粉砂質(zhì)泥巖、頁(yè)巖等組成。樁基施工采用旋挖成孔。樁基21#右樁旋挖成孔時(shí)因地下滲水量大，采用粘土自然造漿，鉆至8m時(shí)發(fā)生塌孔，后進(jìn)行分層回填后第二次鉆孔，鉆孔過(guò)程中采用原土造漿護(hù)壁，成孔后，進(jìn)行清孔，驗(yàn)收合格后下放鋼筋籠，導(dǎo)管安裝，后灌注混凝土，灌注混凝土過(guò)程符合灌注樁施工規(guī)范要求。

樁基質(zhì)量檢查時(shí)對(duì)21#右樁進(jìn)行鉆孔取芯，檢測(cè)樁底沉渣厚度，樁身混凝土質(zhì)量良好，孔底沉渣厚度約0.5m，超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)，不滿足設(shè)計(jì)要求，嚴(yán)重影響樁基承載力。

2　造成樁端質(zhì)量問(wèn)題的原因分析

(1)鉆孔過(guò)程中采用原土加水造泥漿護(hù)壁的方式，泥漿濃度偏小，在巖土分界面處滲透水量大，此處粘土呈流塑狀，不利于孔壁土層穩(wěn)定；

(2)旋挖鉆孔鉆頭提升速度過(guò)快，造成孔內(nèi)局部負(fù)壓，對(duì)孔壁撓動(dòng)大，不利于孔壁穩(wěn)定；

(3)施工時(shí)疏于澆筑前檢測(cè)孔底沉渣厚度，在鋼筋籠下至孔底后，孔內(nèi)發(fā)生流土塌孔。

3　樁端缺陷后注漿處理的驗(yàn)算

由于樁身混凝土完整，檢測(cè)樁身混凝土強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)要求，樁端沉渣過(guò)厚，樁端50cm混凝土夾泥，嚴(yán)重影響樁基極限狀態(tài)下承載力、樁基正常使用下的沉降量，不能正常使用，因樁已入巖深度超過(guò)7m，對(duì)樁端的沉渣進(jìn)行清除后，采用對(duì)樁端進(jìn)行后注漿處理，以提高樁的端阻力、側(cè)摩阻力，減小樁基沉降量。

3.1　未進(jìn)行處理時(shí)的樁基承載能力估算

未進(jìn)行處理時(shí)的樁基承載力標(biāo)準(zhǔn)值按摩擦樁計(jì)算，根據(jù)《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》(JGJ94-2008)，采用經(jīng)驗(yàn)參數(shù)法計(jì)算公式(5.3.6)、表5.3.5-1選取樁極限側(cè)阻力、端阻力標(biāo)準(zhǔn)值。

Quk=μ∑Ψsiqsikli+u∑Ψsiqsjklj+ΨpqpkAp

式中：Quk——單樁承載力標(biāo)準(zhǔn)值(kN)；

u——樁橫斷面周長(zhǎng)(m)，d=1.2m；

Ψsi、Ψp——大直徑樁的側(cè)阻力、端阻力尺寸效應(yīng)系數(shù)，查表5.3.6-2黏性土Ψsi=(0.8/1.2)0.25=0.903、Ψp=(0.8/1.2)0.2=0.922；

qsik——土層段樁側(cè)摩阻力標(biāo)準(zhǔn)值(kPa)，紅黏土層查表(取小值)qsik=30kPa，巖層段為強(qiáng)風(fēng)化軟質(zhì)巖，查表(取小值)qsik=140kPa；

li——第i層土厚度(m)，li=12m；

lj——第j層巖層厚度(m)，lj=5.5m；

qpk——樁端土端阻力標(biāo)準(zhǔn)值(kPa)，樁端沉渣過(guò)厚，按軟塑性黏性土取值，qpk=300kPa；

Ap——樁端面積(m2)。

則：Quk=3.14×1.2×0.903×(30×12+140×5.5)+0.922×3.14×0.62×300=4157kN<4600kN。

單樁的極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值不能滿足設(shè)計(jì)承載力要求，需要對(duì)樁端進(jìn)行注漿加固。

3.2　經(jīng)注漿處理后的樁基承載力計(jì)算

注漿處理后按嵌巖樁后注漿公式計(jì)算：

Quk=Qsk+Qsjk+Qrk=u∑Ψsiqsikli+u∑Ψsiβsiqsjklgi+

ζrfrkAp

式中：Qsk——后注漿豎向非增強(qiáng)段的總側(cè)阻力標(biāo)準(zhǔn)值；

Qsjk——后注漿豎向增強(qiáng)段的總側(cè)阻力標(biāo)準(zhǔn)值；

Qrk——后注漿總極限端阻力標(biāo)準(zhǔn)值；

βsj——后注漿側(cè)阻力增大系數(shù)，查規(guī)范JGJ94-2008表5.3.10，黏性土βsj=1.4，強(qiáng)風(fēng)化巖βsj=1.6；

βp——后注漿端阻力增大系數(shù)，強(qiáng)風(fēng)化巖βp=2.0；

lj——后注漿非豎向增強(qiáng)段第j層土厚，lj=7.6m；

lgi——后注漿豎向增強(qiáng)段內(nèi)土層厚度，當(dāng)樁端復(fù)注漿時(shí)取樁端以上12m內(nèi)，lgi=4.4m；

frk——巖石單軸飽和抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值，泥質(zhì)頁(yè)巖frk=3000kPa；

ζr——樁嵌巖段側(cè)阻和端阻綜合系數(shù)，極軟巖hr=7m，d=1.2m，hr/d=7/1.2=5.8，查規(guī)范JGJ94-2008表5.3.9用內(nèi)插法求得ζr=1.618，泥漿護(hù)壁后注漿ζr增大1.2倍，ζr=1.63；

其它符號(hào)同上。

則：Quk=Qsk+Qsjk+Qrk=3.14×1.2×0.903×30×7.6+3.14×1.2×0.903×1.4×30×4.4+1.63×0.922×3.14×0.62×3000=6015kN>4600kN。

經(jīng)后注漿處理后，單樁的極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值滿足設(shè)計(jì)承載力要求。

3.3　經(jīng)注漿處理后的樁基沉降量計(jì)算

單樁沉降量=樁端巖層分層總和法計(jì)算的土層沉降+樁身壓縮量Se。

樁基在荷載效應(yīng)準(zhǔn)永久組合作用下沉降量Q=2300kN。

經(jīng)后注漿處理后樁基在準(zhǔn)永久荷載作用下計(jì)算的理論沉降量為1.3mm，滿足規(guī)范要求。經(jīng)以上分析，對(duì)樁端存在質(zhì)量缺陷的灌注樁經(jīng)后注漿加固處理后，能滿足設(shè)計(jì)技術(shù)要求。

4　樁端后注漿方案

樁端后注漿應(yīng)注重以下技術(shù)指標(biāo)：①漿液水灰比；②樁端壓漿終止壓力；③持續(xù)壓力時(shí)間；④壓漿流量；⑤壓漿量。

4.1　清理樁端沉渣

利用樁身的φ91mm取芯孔處理孔底沉渣的措施，向孔底下兩根φ25的鋼編管，一根管向孔底送水，另一根向孔內(nèi)送1MPa的壓縮空氣，采用壓力風(fēng)、水混合清渣，將樁端沉渣采用氣舉法清出孔外，然后采用壓力灌漿法對(duì)樁端的空腔灌注濃水泥漿，對(duì)未清除的沉渣用水泥漿固結(jié)補(bǔ)強(qiáng)。樁基為摩擦端承樁，樁端地基受壓，注漿補(bǔ)強(qiáng)加固樁端土，在高壓水泥漿灌注下，樁端空腔用水泥漿填充，樁底殘留沉渣在水泥漿高壓下排水固結(jié)。在反復(fù)用氣舉法清除樁端沉渣時(shí)，因樁端以上樁壁處泥皮被擊穿，在地表樁側(cè)有氣泡冒出，對(duì)后注漿增強(qiáng)樁側(cè)阻力效果有利。

注漿壓力不能采用高壓，因樁端側(cè)基巖為泥巖，抗剪切力小，大的灌漿壓力會(huì)造成樁端泥巖劈裂破壞，土層樁側(cè)土體破壞，影響樁的承載力。

4.2　后注漿灌漿施工

根據(jù)《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》(JGJ94-2008)，水泥漿液配比采用0.5∶1的水泥漿，在水泥漿中摻加3%的微膨脹劑，灌漿前采用壓縮空氣排出孔內(nèi)的積水，灌漿采用在混凝土樁身內(nèi)設(shè)灌漿塞，射漿管下至樁孔底0.3m，采用孔內(nèi)循環(huán)注漿法，設(shè)計(jì)灌漿壓力采用2MPa。在回漿管內(nèi)的漿液比重達(dá)到0.5∶1的水泥漿比重時(shí)，控制灌漿壓力達(dá)到2MPa，當(dāng)孔內(nèi)吸漿量小于1L/min時(shí)，連續(xù)灌注30min即可結(jié)束灌漿，后在孔口卡灌漿塞，全孔段灌注0.5∶1的水泥漿，孔內(nèi)不吸漿量后，連續(xù)灌注30min即可結(jié)束灌漿封孔。

對(duì)樁進(jìn)行后注漿加固處理后，在28d后采用基樁豎向靜載荷試驗(yàn)驗(yàn)證單樁極限承載力設(shè)計(jì)值及基樁的沉降量觀測(cè)值，后采用取芯法檢查后注漿對(duì)樁端處理的效果。

5　后注漿效果檢測(cè)

后注漿完成達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，施工單位委托檢測(cè)單位對(duì)采取后注漿補(bǔ)強(qiáng)的灌注樁采取鉆孔取芯和做靜載試驗(yàn)方式檢測(cè)，通過(guò)單樁靜載試驗(yàn)確定單樁豎向抗壓極限承載力，其荷載-沉降曲線及沉降-時(shí)間對(duì)數(shù)曲線見(jiàn)圖1；通過(guò)鉆孔取芯直觀觀察灌漿后孔底水泥結(jié)石充填情況，巖芯填充情況統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表1。

圖1　靜載荷試驗(yàn)荷載-沉降曲線及沉降-時(shí)間對(duì)數(shù)曲線

表1樁基鉆芯法檢測(cè)成果

根據(jù)21#右樁樁端后注漿處理后的鉆孔取芯情況，原樁端過(guò)后的沉渣已被凝固的水泥漿體置換，樁端水泥漿結(jié)體較好，樁底中風(fēng)化泥巖。通過(guò)單樁靜載荷試驗(yàn)，樁基承載力和變形滿足設(shè)計(jì)技術(shù)要求，樁端置于中風(fēng)化泥巖層，泥巖為不透水層，經(jīng)注漿加固后，樁端混凝土受地下水影響較小，滿足設(shè)計(jì)對(duì)樁身混凝土強(qiáng)度及耐久性要求。

6　結(jié)論

在復(fù)雜地層采用旋挖鉆孔灌注漿時(shí)，要采用符合規(guī)范要求的泥漿進(jìn)行護(hù)壁，在旋挖鉆孔時(shí)，要嚴(yán)格控制鉆具在泥漿中的提升速度，保證不能在孔內(nèi)產(chǎn)生負(fù)壓，而使孔壁土層向孔內(nèi)位移。鉆孔驗(yàn)收合格下鋼筋籠后，未能及時(shí)灌注混凝土?xí)r，在澆筑混凝土之前，應(yīng)再次檢查孔底沉渣情況，確定符合規(guī)范后，再灌注混凝土。

對(duì)于樁身混凝土完整，而樁端沉渣厚度超過(guò)規(guī)范要求的，影響樁基承載力及沉降量時(shí)，采用合理的樁端后注漿方式處理后，是可以提高樁基承載力和控制好樁基沉降量的。