高樁碼頭混凝土灌注樁樁身及樁底缺陷處理技術(shù)

呂俊峰 劉曉慧 劉濤

摘要：高樁碼頭灌注樁施工中護(hù)壁不穩(wěn)定，工序控制不嚴(yán)格，樁基澆灌砼后樁身存在砼離析或樁底存在較厚的沉渣，極大影響了樁基承載力，造成樁基質(zhì)量不滿足設(shè)計要求，本文以一個工程實例介紹高樁碼頭樁基樁身及樁底檢測存在缺陷，加以特殊工藝處理補(bǔ)救后，最終樁承載力及樁身質(zhì)量達(dá)到了設(shè)計要求，消除了隱患。該處理措施可為類似樁基缺陷處理提供借鑒和參考。

關(guān)鍵詞：高樁碼頭;灌注樁;樁基檢測;樁身抽芯

中圖分類號：U65文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1006—7973（2022）05-0125-04

隨著外貿(mào)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，國內(nèi)沿海、沿江港口碼頭建造得越來越多，工藝越來越先進(jìn)。隨之而來港口碼頭的建造技術(shù)也隨之大幅度提升。高樁碼頭是港口建設(shè)的主要碼頭結(jié)構(gòu)型式，樁基是高樁碼頭的重要組成部分。在樁基施工過程中會遇到各種復(fù)雜地層，在施工中會遇到各種問題及因素的影響，會造成樁底沉渣或多或少超出規(guī)范要求，最終靜載抽樣檢測不合格，樁基質(zhì)量不滿足設(shè)計及規(guī)范要求;出現(xiàn)這類問題會滯礙碼頭上層結(jié)構(gòu)的施工。也給后期港口運(yùn)營帶來較大的安全隱患。為了規(guī)避這些危害的發(fā)生，需要在基礎(chǔ)施工期間詳細(xì)分析地層情況，合理選擇施工工藝，同時對出現(xiàn)的問題要采取補(bǔ)救措施，確保樁基礎(chǔ)滿足港口工程各項規(guī)范要求。

1工程概況

擬建工程位于東南沿海某港口，由3個泊位組成，每個泊位水工結(jié)構(gòu)按照10000DWT LPG船預(yù)留。碼頭3個泊位連片式布置方式，總長為560m，寬為20m。碼頭東側(cè)結(jié)構(gòu)段長100m，排架間距7.5m，樁基采用Φ1200mm嵌巖樁。每個排架布置4根直樁。碼頭第三到第九結(jié)構(gòu)段每個分段排架間距7.0m，樁基采用600×600mm預(yù)應(yīng)力實心方樁。根據(jù)勘察報告顯示，場地地層構(gòu)造比較簡單，場區(qū)主要土層為典型的沖、洪積地層。據(jù)其成因、物質(zhì)組成、物理力學(xué)性質(zhì)及工程特性不同，自上而下可劃分為4個巖土層：第1層雜填土（Qml）;第2層粉質(zhì)粘土（Q3al）;第3層粉土（Q3al）;第4層卵石（Q3pl）。

2樁基完工檢測情況

在基坑土方開挖后對1#泊位隨機(jī)選取了5根樁做靜載檢驗，結(jié)果150號樁承載力不能滿足設(shè)計要求，經(jīng)最初10%抽芯23根樁大部分樁樁底存在缺陷，后經(jīng)設(shè)計院加抽的23根樁中還有7根樁樁底存在離析或沉渣，最終1#泊位100%進(jìn)行抽芯檢測，檢測結(jié)果為有79根樁樁底離析或沉渣超過了規(guī)范要求。

3出現(xiàn)樁底及樁身缺陷的原因分析

根據(jù)本施工場地的地質(zhì)條件及施工中遇到的實際情況，質(zhì)量缺陷問題的發(fā)生是由各種原因造成，其中最主要為：場區(qū)地質(zhì)條件復(fù)雜，施工未采用優(yōu)質(zhì)泥漿，清孔及清孔后等待時間過長，造成泥漿中懸浮的渣粒沉淀;孔壁卵石在下籠時碰掉到孔底;初灌沖擊力不夠或混凝土初始方量不足導(dǎo)致孔底留有沉渣或灌注前導(dǎo)管離孔底過高，造成局部砼與泥漿混合，產(chǎn)生離析等;主要現(xiàn)象為樁底砼離析、蜂窩和少量存在夾泥，從而影響樁的承載力。

4樁底及樁身砼缺陷處理

針對該項目鉆孔灌注樁樁底出現(xiàn)離析或少量沉渣的問題，經(jīng)分析并結(jié)合以往成熟處理的案例擬定采用高壓旋噴結(jié)合高壓樁端封閉注漿措施來處理[1]。對這些存在樁底離析嚴(yán)重和夾泥或沉渣超過規(guī)范的樁采取用高壓旋噴置換法進(jìn)行處理，對樁端輕微缺陷的樁進(jìn)行封閉壓漿加強(qiáng)處理等措施，以提高樁端砼的完整性及其強(qiáng)度，從而達(dá)到設(shè)計要求。

4.1高噴法處理各項參數(shù)及要求

（1）高壓水切割壓力25～30MPa;注漿漿液水灰比0.6～0.65，42.5R普硅水泥，摻入0.3%的三乙醇胺早強(qiáng)劑;

（2）高壓噴漿壓力25～30MPa，高壓壓漿壓力3～5MPa;旋轉(zhuǎn)速度20～30r/min，提升速度7cm/ min;

（3）注漿體強(qiáng)度：不小于M35;清孔與噴漿在缺陷段重復(fù)次數(shù)不少于3次，依據(jù)樁底缺陷大小來調(diào)整。

4.2高噴法處理施工工藝

根據(jù)現(xiàn)場檢測資料及鉆芯資料，對樁底砼蜂窩離析夾泥及沉渣的樁，處理采用25～30MPa的高壓清水切割、二次成樁旋噴新工藝進(jìn)行施工。

4.2.1施工設(shè)備

該工程施工設(shè)備選用MGJ-30型鉆機(jī)，同時完成清孔和高壓噴漿兩個系統(tǒng)工作，結(jié)合天津聚能高壓泵進(jìn)行施工，主要設(shè)備見表1。

4.2.2施工工藝

對于孔底沉渣或離析缺陷區(qū)域在5～10cm的樁采取先進(jìn)行孔底來回高壓水切割洗孔，再對缺陷段進(jìn)行高壓噴漿處理，孔底噴漿次數(shù)不少于2次，最后對上部空孔進(jìn)行回填注漿（如圖1中的第1～2步）。對于孔底沉渣或離析超過10cm的樁在樁端進(jìn)行高壓洗孔、高壓旋噴注漿完畢后，將預(yù)埋并變徑后的鋼管接頭與高壓注漿管接頭連接牢靠，用3～5MPa的壓力進(jìn)行二次壓人水泥漿并持續(xù)10min（如圖1的第1～3步），達(dá)到滲透注漿的效果[2]。

4.2.2.1高噴工藝流程

高壓旋噴注漿的整個施工工藝流程為：孔位確定→鉆機(jī)成孔→預(yù)埋壓漿管→噴射切割沖洗水→泥漿制備→高壓噴漿作業(yè)→高壓壓漿→拔管→移機(jī)至下一孔位。→

4.2.2.2施工工藝

（1）孔位確定：利用基樁截面上抽芯的鉆孔，確保旋噴有效半徑到達(dá)基樁邊緣，離析嚴(yán)重的（缺陷區(qū)域超過0.2m）在離抽芯孔0.3m左右再增設(shè)一個鉆孔;

（2）鉆機(jī)成孔：鉆孔開孔前使鉆頭對準(zhǔn)孔位中心，調(diào)整鉆機(jī)水平及調(diào)校鉆桿垂直，務(wù)必使鉆孔垂直度不大于1%（砼離析段少于20cm的利用樁截面上已有的抽芯孔，該項工作不做，大于20cm離析地在樁截面上再增補(bǔ)1～2個鉆孔）;

（3）預(yù)埋壓漿管（只針對沉渣或離析超過10cm的樁才預(yù)埋）：鉆孔通道形成后，采用巾76鋼管，長90cm，孔內(nèi)60cm，高出孔口30cm，防止高壓水切割沖洗后的泥砂返回孔內(nèi)，鋼管預(yù)埋采用水泥砂漿或水泥凈漿均可，高出孔口一端加工變徑接頭以便與高壓注漿管相連;

（4）高壓旋噴與注漿工藝：高壓清水切割沖洗與成樁工藝分開進(jìn)行，使用高壓清水由上而下，即鉆機(jī)立好后噴嘴即噴出壓力為25～30 MPa的高壓清水，用高壓清水沖切擬處理部位，旋轉(zhuǎn)鉆桿，并按每分鐘20cm 的速度往下鉆進(jìn)，使噴射流成扁平的螺旋形沖切擬處理部位，形成圓柱形的空孔或使擬處理部位連通性加強(qiáng)，鉆桿不斷往下加，由高壓清水沖切出的泥漿不斷上冒，鉆孔不斷加深，直至擬處理部位底部。待鉆桿下至預(yù)定深度后，將噴射高壓水轉(zhuǎn)換成噴射高壓水泥漿進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，并按7cm/min的速度緩緩提升鉆桿，借噴射旋轉(zhuǎn)提升的協(xié)調(diào)作用，使水泥漿灌滿碎石縫隙，從而固結(jié)成樁[3]。

（5）旋噴注漿過程中，有一定數(shù)量的顆粒料隨著一部分漿液沿著注漿管壁冒出地面。通過冒漿的觀察可以及時準(zhǔn)確了解沉渣情況、旋噴注漿的效果和旋噴技術(shù)參數(shù)的合理性等。實踐檢驗證明，冒漿內(nèi)應(yīng)含有土粒、水及水泥漿，其量小于注漿量的20%者為正常現(xiàn)象，超過或完全不冒漿均屬不正常。此時，應(yīng)及時查明原因，并采取相應(yīng)的技術(shù)措施處理，以確保注漿成樁的質(zhì)量。

4.3封閉注漿處理施工工藝

4.3.1工序施工方法

（1）清洗樁端用注漿泵向樁孔內(nèi)壓入清水，從底部往上進(jìn)行清洗，將孔內(nèi)殘余鉆渣及泥漿清洗，讓其返出孔外，直至孔口返出清水為止。

（2）預(yù)埋壓漿管（對于樁底無沉渣的不進(jìn)行預(yù)埋，只進(jìn)行封孔處理）壓漿管采用外徑25 mm的普通焊管，管底1米范圍內(nèi)按照0.15m的間距梅花狀鉆直徑6mm左右的出漿孔，管底端進(jìn)行封閉，壓漿管露出地面段安裝閘閥一，漿管下放孔底。在孔口段與壓漿管并排安裝1.0米長的排氣返漿管，管口安裝閘閥二。最后用快硬水泥將孔口以下1米段進(jìn)行封堵。

（3）漿液制作。采用42.5R普硅水泥按0.6：1～1：1的水灰比進(jìn)行漿液攪拌，根據(jù)攪拌桶的體積計算出水泥摻量和水的加量，對漿液進(jìn)行充分?jǐn)嚢?，在攪漿桶出口出安裝過濾網(wǎng)，以確保壓漿管出漿孔不被賭塞。

（4）壓漿作業(yè)。啟動壓漿泵，向孔內(nèi)壓入水泥漿，待返漿管口返出水泥漿后關(guān)閉其閘閥，然后用高壓向孔內(nèi)壓入水泥漿，采取持續(xù)加壓和穩(wěn)壓相結(jié)合，壓漿采取先用稀漿壓人，最后壓人濃漿，注漿初始階段用1：1的稀漿灌注而后逐步提高濃度，終止注漿前濃度最高為0.6：1，相對應(yīng)此時的注漿壓力亦最高，以達(dá)到“擠密”的效果，以確保結(jié)石率達(dá)到100%。在壓力達(dá)到3～5 MPa以上便可停止壓漿，并觀察約幾分鐘，若壓力不下降便可關(guān)閉壓漿管閘閥，完成壓漿作業(yè)，對送漿管及壓漿泵進(jìn)行清洗。

4.3.2抽芯樁缺陷分類及處理工藝的選擇

根據(jù)基樁抽芯實際情況劃分缺陷范圍，并做出相應(yīng)處理措施，并擬定出計劃完成處理時間，詳見下表2。

5高噴處理后的質(zhì)量驗證

5.1壓漿處理后的樁身及樁端砼質(zhì)量狀況檢測

對所有樁端沉渣或離析超過5cm的樁經(jīng)過處理后建議做100%的小應(yīng)變檢測，同時在其中隨機(jī)選取10% 的處理樁進(jìn)行再次抽芯驗證樁端處理效果，對處理樁有選擇性地按10%再次抽芯檢測，結(jié)果為樁底無沉渣，鉆進(jìn)進(jìn)尺正常，芯樣呈長柱狀、短柱狀及塊狀，斷口吻合，其中有2根樁樁底芯樣達(dá)到抗壓強(qiáng)度檢驗取樣長度的進(jìn)行了抗壓強(qiáng)度檢驗，強(qiáng)度均大于25 MPa，滿足處理后設(shè)計要求的樁端砼強(qiáng)度，其余樁取樣條件不滿足故未做抗壓強(qiáng)度檢驗，但鉆進(jìn)進(jìn)尺正常，芯樣基本完整，小處理完后小應(yīng)變檢測總樁數(shù)為237根，其中一類樁為221根，二類樁16根。

5.2承載力檢驗

工程完工后的處理承載力檢測采用隨機(jī)抽樣的形式對樁進(jìn)行靜載檢測，主要檢驗其承載力能否達(dá)到設(shè)計要求。根據(jù)處理前的靜載檢驗情況分析（113號樁樁端離析在17cm左右，承載力檢測為940噸，為合格;208 號樁樁端離析53cm承載力檢測為940噸，為合格）對于沉渣或離析在20cm以下的樁可不進(jìn)行靜載檢測，對于原靜載不合格的150號樁必須重新做靜載實驗，另外由甲方或監(jiān)理隨機(jī)選取一根離析或沉渣超過20cm的樁進(jìn)行靜載檢測。處理完后又進(jìn)行了2根樁靜載檢驗，承載力均不小于9400KN，沉降量均在規(guī)范允許范圍內(nèi)，滿足設(shè)計要求[4]。

6高壓旋噴工藝處理樁基缺陷成功與否的關(guān)鍵點研討

（1）抽芯檢測結(jié)果描述缺陷位置的準(zhǔn)確性，只有缺陷位置準(zhǔn)確，才能在缺陷位置重點使用高噴重復(fù)清洗缺陷位置的不良膠結(jié)物，從而確保處理后樁身砼能再次有效膠凝并達(dá)到砼設(shè)計強(qiáng)度，否則不但不能達(dá)到處理效果還會對較好的樁身砼產(chǎn)生破壞。

（2）注漿孔的個數(shù)，注漿孔的個數(shù)及位置布置直接影響到樁身或樁底缺陷砼的處理效果。

（3）注漿壓力、注漿清洗缺陷位置的循環(huán)次數(shù)，清洗提升速度這些參數(shù)也會影響到處理效果，注漿壓力太小不能有效清除砼缺陷處的殘渣，壓力太大會對樁身缺陷處根部良好砼的膠結(jié)產(chǎn)生破壞，旋噴清洗的循環(huán)次數(shù)應(yīng)依實際清洗孔內(nèi)返出的殘渣情況研判而定。清洗提升額速度應(yīng)系注漿孔施工的成孔速度變化而定。

（4）是否采用高噴洗孔噴漿處理與壓漿相結(jié)合處理需因缺陷位置的輻射面大小及缺陷在深度范圍的影響深度而定，缺陷嚴(yán)重必須二者工藝相結(jié)合處理，才能達(dá)到有效效果。

7結(jié)語

該項目樁基通過高噴法處理后最終各項檢測均能達(dá)到設(shè)計規(guī)范要求，上部結(jié)構(gòu)能順利延續(xù)施工，碼頭建設(shè)后進(jìn)行了沉降觀測，各項指標(biāo)均能滿足要求，整體建筑也順利通過了驗收，港口得以安全運(yùn)營。通過以上樁底及樁身砼缺陷處理工程實例及以往成功經(jīng)驗，驗證了可以通過高壓旋噴法處理嵌巖樁樁底成沉渣及樁身砼離析等缺陷。從而能作為樁基驗收過程中檢測出的一些影響樁基承載力，造成工程質(zhì)量隱患的補(bǔ)救手段，給樁基質(zhì)量作出了保障，確保碼頭整體沉降穩(wěn)定。

參考文獻(xiàn)：

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