高壓旋噴注漿在樁底溶洞處理中的應(yīng)用

夏同才 駱舟

（中交四航局第六工程有限公司）

0 引言

某高速公路橋梁項(xiàng)目位于清遠(yuǎn)市連州市境內(nèi)，沿線地層巖性復(fù)雜多變，巖相變化大，巖性種類較多。主要通過地層有第四系、白堊系、三疊系、二疊系、石炭系、地層等，巖性主要為灰?guī)r、泥質(zhì)灰?guī)r、砂巖、泥質(zhì)砂巖、礫巖等。橋位區(qū)內(nèi)地層夾有多處土洞、溶洞，溶（土）洞分布空間及深度具有一定的隨機(jī)性，巖面埋深不一，強(qiáng)度不均勻，地質(zhì)情況變化大。部分樁基在鉆孔施工過程中及澆筑完成后，樁底出現(xiàn)溶洞。通過高壓旋噴注漿技術(shù)，解決樁基澆筑完成后出現(xiàn)溶洞的情況，保證了樁身完整性。

1 工程概況

溶洞樁基所處橋梁路線跨越山谷，全橋共6 聯(lián)，上部結(jié)構(gòu)第3 聯(lián)采用預(yù)應(yīng)力混凝土（后張）T 梁，先簡支后連續(xù)，其余5 聯(lián)采用預(yù)應(yīng)力混凝土（后張）小箱梁，先簡支后連續(xù)；下部結(jié)構(gòu)采用柱式墩，墩臺采用樁基礎(chǔ)。根據(jù)地勘結(jié)果，結(jié)合地面調(diào)查資料及物探成果分析，橋址區(qū)不良地質(zhì)現(xiàn)象主要為巖溶，鉆孔溶洞率為50%，場地巖溶發(fā)育程度為強(qiáng)烈發(fā)育區(qū)。

2 樁基施工情況

圖1 橋位地質(zhì)縱斷面圖

溶洞樁基設(shè)計(jì)為端承樁，樁徑1.6m，樁長23m，樁頂標(biāo)高343.8m，樁底標(biāo)高320.8m，設(shè)計(jì)嵌巖深度為1D(1.6m)，樁身混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度為30MPa，單樁荷載7000KN。經(jīng)設(shè)計(jì)變更樁頂標(biāo)高為338.9m，樁底標(biāo)高為315.4m，樁長23.5m。為確保巖溶發(fā)育區(qū)樁基施工質(zhì)量，施工前委托第三方勘察單位對該樁進(jìn)行了補(bǔ)充勘察，經(jīng)勘察發(fā)現(xiàn)317.86～320.96m 處有1 處3.1m 全充填溶洞，充填物為軟塑粘性土及灰?guī)r碎屑，沖孔過程中未出現(xiàn)漏漿等異常情況。

清孔后，泥漿比重1.08，含沙率1.5%，11：30 開始澆筑混凝土，15：00 澆筑完畢，澆筑C30 水下混凝土設(shè)計(jì)方量47.2m3，實(shí)際澆筑63.5m3，灌注過程中未出現(xiàn)漿面突然下降等異常情況。

3 樁基試驗(yàn)檢測情況

圖2 樁基溶洞及空洞分布示意圖

該樁基試件達(dá)到28d 養(yǎng)護(hù)齡期，經(jīng)工地試驗(yàn)室及中心試驗(yàn)室試驗(yàn)檢測，10-2#樁基硬化混凝土28 天抗壓強(qiáng)度為45.9MPa、46.5MPa、45.8MPa，滿足設(shè)計(jì)要求。

經(jīng)第三方樁檢單位對樁基進(jìn)行超聲波檢測、抽芯檢測以及可視電視檢測，超聲波檢測結(jié)果判定10#-2 樁基為Ⅰ類樁，抽芯檢測綜合判定，樁身完整性類別為Ⅱ類。

根據(jù)檢測結(jié)果，初步判斷應(yīng)為樁底以上40cm 范圍內(nèi)沿樁側(cè)有勘察及施工階段未發(fā)現(xiàn)的小溶洞，混凝土灌注完成后樁身混凝土對巖壁側(cè)壓力擊穿樁側(cè)小溶洞壁坍塌，導(dǎo)致樁底部分混凝土坍塌形成空洞?，F(xiàn)擬采用高壓、高強(qiáng)旋噴注漿技術(shù)對坍塌的空洞進(jìn)行補(bǔ)填處理。

圖3 可視化檢測溶洞圖

4 溶洞揭露情況分析

由于現(xiàn)有的物探技術(shù)只能半定量、定性地調(diào)查溶洞的一般范圍和大小，而且鉆孔只能在鉆孔局部范圍內(nèi)揭露溶洞的垂直高度，因此難以確定分布位置、溶洞的寬度和空間形狀。根據(jù)大量工程的鉆探資料，總結(jié)出溶洞、鉆孔和樁基的接觸關(guān)系如下：

⑴鉆孔揭示的洞穴垂直高度與實(shí)際洞穴相似，洞穴的大小可以通過樁基施工來估算。

⑵鉆孔揭露的溶洞垂直高度遠(yuǎn)小于溶洞實(shí)際垂直高度，或鉆孔僅揭露巖芯局部溶蝕。在前者設(shè)計(jì)中，樁基澆筑時(shí)會造成混凝土大量損失，在樁基施工中，容易造成鉆錘的卡死和脫落。在后一種設(shè)計(jì)中，如果樁長不通過溶洞位置，則很難在樁基礎(chǔ)施工中發(fā)現(xiàn)溶洞，這可能會導(dǎo)致分布在樁基承重層中的溶洞危及樁基的安全。

圖4 溶洞分布模擬圖

⑶樁基嵌巖段中，在鉆孔中沒有發(fā)現(xiàn)溶洞，但在樁基施工中容易發(fā)現(xiàn)溶洞的分布，溶洞的垂直高度與溶洞的實(shí)際高度相似，容易造成坍塌。

⑷在樁基嵌巖段中，在鉆孔中沒有發(fā)現(xiàn)溶洞，而在樁基施工中只露出部分溶洞，但不易找到。對工程的主要影響是混凝土的損失。若洞內(nèi)較大，易產(chǎn)生斜樁、卡鉆、脫落。

⑸在樁基持力層中，在鉆孔中沒有發(fā)現(xiàn)溶洞，只發(fā)現(xiàn)局部巖心的溶蝕或與溶洞相連的溶蝕間隙，忽視了大面積的溶洞或承壓地層的側(cè)向發(fā)育不厚，隱蔽性強(qiáng)，難以發(fā)現(xiàn)。鉆孔和樁基礎(chǔ)施工，對樁基危害最大，只有通過對多孔樁或樁基礎(chǔ)抽芯的進(jìn)一步勘探才能找到。

5 主要處理方法

根據(jù)抽芯資料分析及建議，樁身質(zhì)量已達(dá)到設(shè)計(jì)及規(guī)范要求，只須將樁底40cm 坍塌空洞進(jìn)行補(bǔ)填、補(bǔ)強(qiáng)處理。本次處理方法首先采用清水高壓切割、清洗空洞內(nèi)的松散充填物，壓力不低于10MPa，直至孔內(nèi)返出清水為止；采用高強(qiáng)度水泥（42.5R）配制水泥漿，水灰比1：1，采用高壓旋噴從一個(gè)鉆孔中壓入已清洗過的空洞內(nèi)，直至另一個(gè)鉆孔中反漿，反漿與配制的水泥漿一致時(shí)，即可停止壓漿。使空洞內(nèi)形成水泥固體，以達(dá)到水泥漿液充填空洞，水泥凝固與樁體混凝土形成一體的補(bǔ)強(qiáng)目的。

6 主要工藝流程

6.1 主要施工參數(shù)

⑴鉆孔：鉆孔機(jī)械設(shè)備采用高速旋挖鉆機(jī)，鉆孔直徑不小于Φ91，單管取心，取芯過程中要求傾角不大于1%。

⑵高壓水切割：壓力不小于10MPa，排量約80L/min，提升速度5～10cm/min，旋轉(zhuǎn)速度18r/min。必要時(shí)采用定段、定向切割，利用鉆孔的相互連通，由一個(gè)孔高壓沖洗，直至另一個(gè)孔返清水為止。

⑶配水泥漿液：采用高強(qiáng)度水泥（42.5R）配漿，水灰比為1：1。

⑷高壓旋噴注漿：高壓旋噴注漿壓力由低至高進(jìn)行壓漿，終壓不少于20MPa，反復(fù)在空洞段上下噴射2～5遍，提升速度20㎝/min，旋轉(zhuǎn)速度20r/min。最后提高漿液的濃度至1：0.8～1.0，至各孔內(nèi)返出與注入漿液的濃度一致為止，結(jié)束壓漿。

⑸補(bǔ)漿：水泥漿面穩(wěn)定后，用砂漿補(bǔ)齊至樁頂面位置。

⑹檢測：混凝土強(qiáng)度至少達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的75%，且不小于20MPa 時(shí)，采用低應(yīng)變檢測。

6.2 施工工藝流程

高壓旋噴注漿工藝流程：對孔下入高壓鉆具→高壓清水切割→洗孔清渣→埋設(shè)井口管→配漿→旋噴注漿及壓漿→補(bǔ)漿。

⑴采用高壓旋噴方式由1#孔位噴射清水及壓縮空氣進(jìn)行沖洗擴(kuò)孔：首先利用高壓清水分別對1#、2#鉆孔的空洞位置進(jìn)行反復(fù)切割、沖洗，噴射清水時(shí)需按設(shè)計(jì)規(guī)定的工藝參數(shù)（噴射水壓力≥25MPa、空氣壓力0.7～1.0MPa）直至孔口返出清水為止。采用射流清水沖洗孔后，可增大射流直徑，提高固結(jié)體強(qiáng)度，清孔后進(jìn)行注漿。洗孔照片如圖5 所示。

圖5 高壓清孔施工圖

⑵配漿：使用高強(qiáng)度水泥（42.5R）。在第一次注漿前，用造漿筒生產(chǎn)水灰比約為1.3 的水泥漿。對1#、2#孔的缺陷段分別進(jìn)行旋噴注漿，然后制備水灰比為1.1的水泥漿（含補(bǔ)強(qiáng)或加砂）代替注漿漿。

⑶旋噴注漿：旋噴注漿壓力25MPa，提升速度20cm/min，旋轉(zhuǎn)速度20r/min。分別對各孔缺陷段反復(fù)上下噴射2～3 遍，然后用較濃（0.9～1.0 水灰比）孔底注漿，關(guān)井壓漿至各孔返注泥漿濃度一致。

⑷壓漿：以上程序完成后，關(guān)閉井口，用較稠（0.8～0.9 水灰比）水泥漿向孔內(nèi)靜壓注入，壓力為1～3MPa，穩(wěn)壓20min 即可。當(dāng)?shù)貙恿严稘{液不能加壓時(shí)，應(yīng)采用間隔注漿的方法，直至注漿量達(dá)到或超過理論切漿沖洗空間2～3 倍以上，注漿壓力保持穩(wěn)定10 分鐘以上。

圖6 注漿施工

⑸補(bǔ)漿：水泥漿面穩(wěn)定后，用砂漿補(bǔ)齊至樁頂面位置。

7 質(zhì)量保證措施

⑴所有施工工序必須按有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)計(jì)方案進(jìn)行，嚴(yán)禁違章作業(yè)。

⑵所有材料必須經(jīng)檢驗(yàn)合格后方可使用。

⑶施工過程中嚴(yán)格控制現(xiàn)場質(zhì)量，按照施工工序?qū)嵤?，做好資料收集、整理工作。

⑷注漿材料應(yīng)保證滿足以下要求：

①注漿用42.5R 普通硅酸鹽水泥一般不超過2 個(gè)月交貨期，并不得受潮。水泥各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)應(yīng)符合現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)；

②水泥漿應(yīng)能在適當(dāng)?shù)臅r(shí)間凝結(jié)，并具有一定的強(qiáng)度；

③漿體凝固后，其體積不應(yīng)收縮過大，保證漿體在短時(shí)間內(nèi)不離析。

⑸采用低應(yīng)變無損檢測對空洞的注漿效果進(jìn)行檢測。

8 結(jié)語

通過高壓旋噴注漿對溶洞處理，溶洞樁基經(jīng)低應(yīng)變無損檢測及抽芯檢測結(jié)果顯示，樁基完整性較好，滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求。實(shí)踐表明，高壓旋噴注漿施工技術(shù)，具有良好的加固效果，有效提高單樁承載力，成功解決了樁基灌注施工完成后出現(xiàn)溶洞這一技術(shù)難題。