陸偉崗，周 偉，沈錦儒

(江蘇省電力設(shè)計院有限公司，江蘇 南京 211102)

旋挖灌注樁的補強

陸偉崗，周 偉，沈錦儒

(江蘇省電力設(shè)計院有限公司，江蘇 南京 211102)

某工程采用旋挖灌注樁處理軟弱地基，出現(xiàn)了許多Ⅲ類缺陷樁。經(jīng)采用多種手段檢查與檢測，認(rèn)定是樁頂下5～6 m處的樁身斷裂所致。經(jīng)多方案比較后決定采用加筋壓力注漿法補強，并再次進(jìn)行多種方法的檢測，證明補強后的樁身強度能滿足設(shè)計的要求。

旋挖灌注樁；樁身裂縫；加筋壓力注漿 。

1 工程概況

1.1 工程地質(zhì)條件

建設(shè)場地位于長江岸邊的江漫灘地段，自然地面高程為3.50 m左右。地基土50 m深度范圍內(nèi)自上而下的基本層序為：層①素填土(局部分布)；層②粉質(zhì)黏土；層③淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土；層④粉土夾粉質(zhì)黏土(大部缺失)；層⑤粉砂夾粉土；層⑥粉、細(xì)砂；層⑦粉、細(xì)砂夾粉質(zhì)黏土(大部缺失)；層⑧粉、細(xì)砂；層⑨板巖。勘測期間地下水位埋深為0.1 m左右。該區(qū)地震動峰值加速度為0.10 g，反應(yīng)譜特征周期為0.45 s，場地地基土的層④和層⑦為可液化土層，液化等級為輕微～中等。

地質(zhì)柱狀圖、平均層厚及旋挖樁入土深度見表1。

表1 地質(zhì)柱狀圖及旋挖樁入土深度

1.2 樁基設(shè)計

建筑平面軸線尺寸為70 m×75.2 m，朝向為南偏西40°。采用C35級混凝土旋挖鉆孔灌注樁。樁總數(shù)474根，樁長36.5～41.0 m，平均樁長38.75 m，以層⑨板巖為持力層，樁端進(jìn)入持力層深度不小于1.2 m。全樁長設(shè)置鋼筋籠，主筋12φ16，螺旋箍φ8＠100～200。有效樁頂相對高程為－4.500 m，相對于自然地面下3.5 m左右。單樁承載力特征值為2700 kN(已考慮負(fù)摩擦力的影響)。基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)形式以獨立承臺為主，部分采用聯(lián)合承臺。采用樁及承臺、聯(lián)系梁共同承擔(dān)上部結(jié)構(gòu)傳來的水平荷載。

1.3 旋挖樁施工

施工采用5臺南車220型旋挖樁機成孔，孔口設(shè)φ900的鋼護筒，筒底深過淤泥層底2 m，泥漿護壁。施工記錄表明泥漿比重1.1～1.2，含砂率1%～3%，黏度21～25 s，孔底沉渣2～4 cm，混凝土坍落度18～22 cm。

施工記錄的有效樁長36.5 m～41.4 m，平均有效樁長39.0 m，略長于設(shè)計樁長。

施工周期50天，混凝土試塊的試驗強度平均值為45 MPa。

施工記錄的充盈系數(shù)為1.021～1.607，平均1.239。

1.4 基坑開挖

(1)挖土機械：反向鏟挖機2～4臺，斗容量為1.1 m3，碴土車15輛，推土機1臺。

(2)降水措施：14口鋼筋混凝土井管的管井，沿四周均勻分布在基礎(chǔ)外側(cè)12口，基坑內(nèi)2口，井深15 m。于挖土前5天開始運行。

(3)挖土方式：一次性不分層整體大開挖，挖土深度3.5 m。橫向自西向東分3塊，第一塊寬約30 m，第二塊寬約25 m，第三塊寬約25 m，第一、二塊均自南向北推進(jìn)，第三塊自北向南推進(jìn)。始挖時僅投入挖機2臺，進(jìn)程較慢，并有間斷停歇，因雨而停工4天，復(fù)工后陸續(xù)投入4臺挖機，連續(xù)開挖，直至結(jié)束。挖土周期共計18天，有效工日為14天。挖土量約2.4萬 m3。

2 基樁缺陷調(diào)查

基樁缺陷產(chǎn)生的原因筆者已在參考文獻(xiàn)[1]中進(jìn)行了詳細(xì)的分析探討，讀者可查閱該文。現(xiàn)將幾種調(diào)查方法得到的結(jié)果敬告讀者。

2.1 低應(yīng)變動力檢測

圖1示出了331#樁低應(yīng)變動力檢測的曲線。

圖1 331#樁的低應(yīng)變檢測反射波曲線

曲線顯示了樁的上部有強烈的反射峰，且有多次重復(fù)，找不到樁底反射，這些特征顯示了在樁頂以下4 m左右處有較嚴(yán)重的缺陷存在，按樁身完整性類別分類屬Ⅲ類缺陷。

為摸清存在缺陷的基樁數(shù)量，擴大檢測面，對全部基樁進(jìn)行低應(yīng)變動力檢測。檢測結(jié)果表明有191根樁存在較嚴(yán)重的缺陷。缺陷位于有效樁頂以下1.8～7 m處，平均為4.4 m。其中3.5 m～5.5 m的有147根，占總數(shù)的78.0%。

2.2 開挖觀測

用大直徑的鋼護筒套在樁外，挖除護筒內(nèi)樁身四周的土，使樁身裸露出來，就可清晰地看到樁身上的橫向水平裂縫。裂縫大多數(shù)發(fā)生在層3淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土層中，裂縫貫穿深度達(dá)大半個樁徑，縫寬為2～10 mm。

將裂縫處的鋼筋割斷，將相連的剩余混凝土鑿除后即可將裂縫以上的樁身吊出，發(fā)現(xiàn)樁身中的鋼筋籠有變形和偏移的現(xiàn)象。對下段樁身進(jìn)行低應(yīng)變動力檢測的結(jié)果表明樁身完整，無任何缺陷。

2.3 靜載荷試驗

對存在Ⅲ類缺陷的109#、295#、301#樁進(jìn)行豎向靜載荷試驗，試驗的最終加載量仍采用正常樁的極限荷載值6300 kN。3樁的最終累計位移值ΣΔsi分別為24.31、21.44和25.14 mm。為節(jié)約篇幅只列出比較典型的295#樁的豎向抗壓靜載荷試驗的數(shù)據(jù)匯總表和荷載Q－沉降s曲線圖(表2、圖2)。

表2 295#樁的豎向抗壓試驗的數(shù)據(jù)匯總

圖2 295#樁的荷載Q－沉降s曲線圖

從表2中可見，第1～2級荷載所發(fā)生的本級位移Δsi值均大于第3～6級荷載所發(fā)生的本級位移Δsi值，這說明了樁身上部存在裂縫，在裂縫上下段的樁身尚未抵緊時，只有裂縫以上的樁側(cè)摩阻力發(fā)揮作用，所以樁頂位移偏大，一旦上下段樁身抵緊后，樁頂荷載會通過裂縫處樁身接觸面往下傳遞，調(diào)動了裂縫以下的樁側(cè)摩阻力發(fā)揮作用，因此各級荷載作用下的樁頂本級位移值Δsi明顯減小。從圖2中能看到Q－s曲線的線型是下凸?fàn)睢Ｔ囼炦M(jìn)行到施加第4級荷載后，Q－s曲線恢復(fù)成緩變形狀。隨后施加的荷載所產(chǎn)生的沉降與正常樁類似，荷載加到預(yù)計的最大加載量6300 kN時，累積位移值ΣΔsi都小于40 mm。

2.4 基樁缺陷調(diào)查小結(jié)

(1)低應(yīng)變動力檢測發(fā)現(xiàn)樁身上部存在較嚴(yán)重的缺陷，屬Ⅲ類缺陷。但缺陷斷面上下段的樁身都是完整的。

(2)缺陷形式為樁身未貫通的橫向水平裂縫，裂縫深度達(dá)大半個樁身，縫寬2～10 mm。

(3)水平裂縫的存在，不降低基樁的豎向抗壓極限承載力，所增加的位移值也在允許范圍內(nèi)。

(4)由于樁身上存在橫向水平裂縫，對基樁的水平承載力(抗剪能力)產(chǎn)生不良影響。樁身補強的重點即在于此。

3 樁身補強

3.1 樁身補強方案

基樁豎向承載力依靠樁身混凝土的強度和連續(xù)的樁身來保證，若樁身上存在使樁身不連續(xù)的裂縫，只要將裂縫彌補后確保樁身連續(xù)就可傳遞豎向壓力，鉆孔壓力注漿法無疑是可行的。只要在樁身上鉆幾個孔，再將水泥漿注入裂縫內(nèi)，使斷裂的樁身彌合就可。

為保證基樁水平承載力，必須對裂縫截面處的抗剪強度予以補強，采用鉆孔加筋注漿補強法是可行而有效的。

綜合上述決定采用鉆孔加筋壓力注漿補強法。

3.2 樁身補強施工程序

(1)鉆孔

根據(jù)低應(yīng)變動力檢測的結(jié)果，預(yù)先計算出樁身裂縫的大概深度，通過鉆孔取芯和清孔注水來確定裂縫的準(zhǔn)確位置。

在有裂縫的樁頂布置2個鉆孔，鉆孔布置在與樁同圓心、直徑為400 mm的圓周上。鉆孔直徑108 mm，鉆孔邊與樁身中的主筋間的凈距約88 mm。

(2)清孔

鉆孔后向孔內(nèi)壓注高壓清水，將鉆孔清洗干凈，直到出水中無渾濁和碎屑出現(xiàn)為止。特別注意清洗裂縫內(nèi)的鉆碴。

清孔采用BW160型注漿泵和專用的清孔管，專用清孔管采用6分焊管，管的底口封閉，底口以上50 mm處管壁上均勻地鉆4個3 mm的小孔，以保證清孔水壓力。清孔時的水壓力為2 MPa。

每樁清孔時先將清孔管放到1個孔的孔底進(jìn)行沖洗，此時另一個孔不冒水，則逐漸將清孔管上提，當(dāng)提至某個深度時，另一個孔開始冒水，說明該深度處兩孔串通，即為裂縫準(zhǔn)確位置。也可采用下述方法來確定裂縫位置：當(dāng)2個孔都清洗完成后，用自吸泵將1個孔中的水抽出，另一個孔(不抽水)的水位跟隨下降。當(dāng)抽水孔中的水位到底時，不抽水孔的水位保持在某個水平，此位置即為裂縫位置。

(3)置入注漿管、通氣管和加筋鋼管

加筋鋼管采用Dg80×4的鋼管，長度為3 m，加筋鋼管底端焊接100 mm長的鋼筋，以便水泥漿液能夠順利進(jìn)入加筋鋼管的內(nèi)外。注漿管應(yīng)置于加筋鋼管中間。將注漿管、通氣管、封孔段的堵板和加筋用的鋼管焊接到一起。將焊接好的組合件置入鉆孔內(nèi)，使3 m長的加筋鋼管在裂縫面的上下各為1.5 m。

注漿管采用6分鋼管，壁厚3 mm，每個鉆孔布置1根注漿管、1根通氣管。注漿管長度比鉆孔深度長300 mm，通氣管長度為1 m。注漿管和通氣管頂端均需套絲，連接閥門，以便封孔時加壓和注漿后的穩(wěn)壓。

注漿管和通氣管下入鉆孔后采用水泥漿和水玻璃漿封孔，封孔段長度為300～500 mm，封孔段底部設(shè)一堵板，封孔12 h后方可進(jìn)行壓力注漿。

(4)注漿

注漿采用的漿液為高強度水泥漿并摻入膨脹劑，以減少水泥漿凝固體的收縮。其配合比為：水泥∶水∶減水劑∶膨脹劑＝1∶0.42∶0.1∶0.1(重量比)。

注漿前先壓入清水，將注漿通道打開。壓注清水的壓力控制在2～6 MPa。壓注清水時若另一管冒水，則關(guān)閉此管閥門，并繼續(xù)注水，直至冒水孔的出水全部為清水后進(jìn)行穩(wěn)壓5 min，一般不超過10 min。實施穩(wěn)壓后即可進(jìn)行注漿作業(yè)。

注漿通道打開后，打開全部閥門，進(jìn)行壓力注漿。當(dāng)其他閥門孔內(nèi)返出水泥漿后關(guān)閉該孔閥門，直至全部管口冒漿為止，立即關(guān)閉非注漿管上的閥門，實施注漿。當(dāng)注漿量達(dá)到設(shè)計量的一半時，換至另一根注漿管實施注漿。注漿壓力控制在2～6 MPa，穩(wěn)壓時間不少于10 min。

注漿時若出現(xiàn)樁周或其他部位冒漿現(xiàn)象，應(yīng)停止注漿作業(yè)，2～4 h后繼續(xù)作業(yè)。

3.3 樁身補強施工實例

3.3.1 193#樁

(1)鉆孔

2個鉆孔布置為南北向，1#孔在南，2#孔在北，孔徑均為108 mm。1#孔孔深8.0 m，2#孔孔深7.82 m。鉆孔取出的芯樣均完整。

(2)清孔

清洗1#孔時先將清孔管放到孔底進(jìn)行沖洗，此時2#孔不冒水，從孔底逐漸將清水管上提至7 m深時2#孔開始冒水，說明此處兩孔串通，該樁的裂縫位置就在7 m深處。

(3)注漿

先對1#孔進(jìn)行注漿，將1#孔的排水管和2#孔注漿管全部打開，用水泥漿把鉆孔內(nèi)的水全部置換出來，水泥漿的用量在0.25 m3左右時1#排水孔開始冒水泥漿，用絲堵將其堵死，繼續(xù)壓漿。0.32 m3的漿液用完后，2#孔還在排水，此時的注漿壓力為2 MPa。重新攪漿間隔12 min，繼續(xù)注漿，2#孔開始冒出水泥漿，此時將1#孔的2根管子全部悶死，換2#孔注漿，此過程的注漿壓力為2 MPa。當(dāng)水泥漿用完時，暫停注漿。2.5 h后重新攪漿11 min后開始對1#孔注漿，注漿壓力為2.8～3.2 MPa，10 min后樁四周開始冒漿，即停止注漿，穩(wěn)壓10 min。消耗水泥漿液3罐共計0.96 m3。

3.3.2 332#樁

(1)鉆孔

2個鉆孔布置為東西向，1#孔在東，2#孔在西，孔徑均為108 mm。1#孔孔深7.22 m，2#孔孔深7.26 m。鉆孔取出的芯樣均完整。

(2)清孔

清洗1#孔時先將清孔管放到孔底進(jìn)行沖洗，此時2#孔不冒水，從孔底逐漸將清水管上提至6.5 m深時2#孔開始冒水。在2個孔都沖洗好后，用自吸泵將1#孔中的水抽出，2#孔水面同時下降。1#孔抽水到底后，2#孔的水位保持在6.5 m處，說明樁頂下6.5 m處兩孔串通，該樁的裂縫位置就在6.5 m深處。

(3)注漿

先對1#孔進(jìn)行注漿，將1#孔的排水管和2#孔注漿管全部打開，用水泥漿置換鉆孔內(nèi)的水，當(dāng)冒出水泥漿后將3根管全部堵死，注漿壓力為2 MPa。注了大約0.25 m3左右的水泥漿時，樁邊開始冒漿。換2#孔開始注漿，此時注漿壓力2.8 MPa。重新攪漿11 min后，接著對2#孔注漿，10 min后周邊3根樁開始冒漿，換1#孔注漿，此時注漿壓力2.4 MPa。間隔17 min后開始對1#孔注第3罐漿，注漿壓力為2.0 MPa。當(dāng)水泥漿用量達(dá)0.2 m3時周邊4根樁開始冒漿，停止注漿，穩(wěn)壓10 min。消耗水泥漿液2罐又0.2 m3，共計0.84 m3。

4 樁身補強后的復(fù)測

4.1 低應(yīng)變動力檢測

331#樁于3月10日進(jìn)行了注漿前的低應(yīng)變動力檢測，見圖1。測出樁頂下4 m處存在嚴(yán)重缺陷。

于是在樁頂處鉆孔并清孔后于3月31日16時55分開始注漿補強作業(yè)，于17時53分注漿完畢。經(jīng)過18天的養(yǎng)護與休止，于4月18時9時36分進(jìn)行注漿后的低應(yīng)變動力檢測。注漿后的低應(yīng)變檢測曲線見圖3。

圖3 331#樁注漿后的低應(yīng)變反射波曲線圖

圖3中樁頂下4 m處已無高峰凸起，且整條低應(yīng)變反射波曲線上已看不到樁身上存在任何明顯的缺陷，可判為Ⅰ類樁。曲線的5 m處有一處擴徑信號，是注漿所留下的痕跡。可見所采用的補強方案是可靠而有效的。

4.2 樁身水平荷載試驗

4月12日至4月13日對193#、331#、332#三根樁進(jìn)行了單樁水平靜載荷試驗，3根樁分別施加水平荷載到270 kN、240 kN、240 kN時水平位移超過40 mm，終止試驗。3根樁水平靜載荷試驗的成果列于表3。3根樁的水平臨界荷載Hcr值分別為150 kN、120 kN、120 kN，均滿足設(shè)計要求。

表3 基樁水平靜載荷試驗成果匯總

5 結(jié)語

(1)對于樁身存在水平裂縫缺陷的旋挖灌注樁，采用鉆孔加筋壓力注漿補強法是可行而有效的。此法不僅可增強基樁抗橫向水平作用的能力，也可將裂縫彌合，使裂縫上下段的樁身連接成整體，減小負(fù)荷時的沉降量。

(2)補強后的基樁經(jīng)低應(yīng)變動力檢測和水平靜載荷試驗檢驗都能達(dá)到預(yù)期的效果。低應(yīng)變動力檢測表明，原判為Ⅲ類的基樁已達(dá)到完整樁的標(biāo)準(zhǔn)，可判為Ⅰ類樁。水平靜載荷試驗的結(jié)果表明，基樁水平臨界荷載Hcr值可達(dá)到為120 kN以上，滿足設(shè)計要求。

[1] 陸偉崗，周偉，沈錦儒．某工程Ⅲ類缺陷樁的調(diào)查、檢測與分析 [J]．電力勘測設(shè)計，2015，(s2)．

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[4] 馬少華，等，灌注樁的缺陷與補強[J]．中南公路工程，2000，(4)．

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[6] 馬冬波，馮迎春．輸電線路中混凝土灌注樁結(jié)構(gòu)裂縫產(chǎn)生及預(yù)防[J]．寧夏電力，2008，(5)．

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[8] 樁基工程手冊編寫委員會．樁基工程手冊[M]．北京： 中國建筑工程出版社，1995．

Reinforcement of Rotary Digging Pile Reinforcement

LU Wei-gang, ZHOU Wei, SHEN Jin-ru
(Jiangsu Province Electric Power Design Institute, Nanjing 211102, China)

Rotary digging piles had used for processing soft ground of one project. However, there were many Ⅲ class defective were found in these piles. After inspection and testing by a variety of means, it was found that the defects was caused by cracks of pile body. these cracks under pile top 5～6 m.Method of pressure grouting reinforcement was adopted after the comparison of many alternatives. It was proved that the modifed pile body strength can meet the design requirements.

rotary digging pile; pile cracks; reinforced pressure grouting.

TU4

：B

：1671-9913(2017)01-0001-05

2016-01-23

陸偉崗(1983- )，男，江蘇蘇州人，從事火電廠與變電站的巖土工程試驗研究和設(shè)計工作。