楊恒陽(yáng)

(新疆水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，烏魯木齊 830000)

1 工程概況

新疆某輸水工程渡槽位于村鎮(zhèn)居民區(qū)附近，設(shè)計(jì)輸水流量68 m3/s，槽身段長(zhǎng)460 m，下有縣鄉(xiāng)道路交叉穿行。渡槽槽身采用后張法現(xiàn)澆預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，單跨跨徑20 m，共計(jì)23跨；下部結(jié)構(gòu)采用雙柱式蓋梁柱式墩，基礎(chǔ)均采用C30混凝土灌注樁基礎(chǔ)，樁徑1.50 m，共計(jì)24排、48根灌注樁，樁長(zhǎng)在22～25 m不等。

施工過(guò)程中經(jīng)聲波檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，9-1號(hào)灌注樁在距離樁頂12～14 m范圍內(nèi)存在缺陷。隨后施工方在該灌注樁側(cè)對(duì)稱(chēng)開(kāi)挖2個(gè)直徑為0.8 m的豎直導(dǎo)洞至缺陷部位進(jìn)一步探明情況，發(fā)現(xiàn)該缺陷部位處混凝土呈蜂窩狀、鋼筋籠裸露，缺陷部分高度0.75 m，深度0.25～0.4 m，見(jiàn)圖1。

圖1 9-1號(hào)灌注樁缺陷部位圖

2 缺陷修復(fù)措施及原理

2.1 缺陷修復(fù)措施

針對(duì)上述缺陷，結(jié)合工程實(shí)際，經(jīng)工程參建各方研究后決定采用擴(kuò)徑法進(jìn)行灌注樁缺陷修復(fù)，即利用現(xiàn)有導(dǎo)洞(導(dǎo)洞底位于缺陷部位底部以下0.5 m處)沿灌注樁混凝土周邊進(jìn)行環(huán)洞開(kāi)挖，環(huán)洞內(nèi)采用與樁體同標(biāo)號(hào)的混凝土灌注密實(shí)，隨后將豎直導(dǎo)洞采用制備土料進(jìn)行分層回填壓實(shí)。

圖2 9-1號(hào)灌注樁缺陷修復(fù)示意圖 單位：mm

灌注混凝土施工前，須進(jìn)行裸露樁體部分(含缺陷部位)清理工作，即清除干凈外部附著的泥土及松散混凝土塊，并對(duì)混凝土表面進(jìn)行鑿毛處理，對(duì)于缺陷深度大于30 cm部位預(yù)埋回填灌漿管。豎直導(dǎo)洞的土料回填工作須在灌注混凝土及灌漿施工完畢并對(duì)灌注樁檢測(cè)合格之后進(jìn)行。

2.2 缺陷修復(fù)原理

灌注樁主要工作原理是依靠樁側(cè)阻力來(lái)承受傳遞至其頂部的外荷載和自身重力荷載，同時(shí)考慮樁端阻力[1-2]。灌注樁一旦出現(xiàn)質(zhì)量缺陷，缺陷部位的樁側(cè)阻力則不能發(fā)揮作用；同時(shí)，由于樁身不完整致使荷載不能夠通過(guò)缺陷部位樁體向下部傳遞，使得缺陷部位以下的樁體無(wú)法發(fā)揮作用，有效樁長(zhǎng)變小，從而使其承載能力下降，嚴(yán)重時(shí)將影響建筑物的整體穩(wěn)定。

擴(kuò)徑法修復(fù)樁基缺陷是利用上述原理，一方面通過(guò)對(duì)缺陷部位的樁體進(jìn)行二次灌注修復(fù)，恢復(fù)缺陷部分樁體的完整性，保證有效樁長(zhǎng)；另一方面利用環(huán)洞底部的土體承載力替代缺陷部分樁體所損失的側(cè)阻力并承受環(huán)洞部分混凝土的自重，其原理詳見(jiàn)下列公式。

R≥S

(1)

(2)

(3)

式中：R為環(huán)洞底面豎向受壓承載力容許值，kN；S為灌注樁缺陷部分樁側(cè)阻力損失值與環(huán)洞混凝土自重之和，kN；r為灌注樁半徑，m；B為環(huán)洞底寬，m；fa為環(huán)洞底面處土層修正后的地基承載力特征值，kPa[2]；u為樁身周長(zhǎng)，m；n為灌注樁缺陷部分土的層數(shù)；li為灌注樁缺陷部分上下各0.5 m范圍內(nèi)各土層的厚度，m；qik為與li對(duì)應(yīng)的各土層與樁側(cè)的摩阻力標(biāo)準(zhǔn)值，kPa；Gk為環(huán)洞部分混凝土自重，kN。

3 施工過(guò)程

經(jīng)計(jì)算，本工程9-1號(hào)灌注樁缺陷修復(fù)導(dǎo)洞底寬1.0 m、高1.8 m；豎直導(dǎo)洞直徑0.8 m、洞深14.25 m；為保證缺陷部位新老混凝土結(jié)合緊密，在缺陷部位處預(yù)埋Φ16水平插筋，插筋伸入樁體混凝土0.2 m，超出樁體輪廓線(xiàn)0.3 m、間距0.2 m，梅花形布置。灌注樁缺陷修復(fù)示意圖見(jiàn)圖2。

3.1 豎直導(dǎo)洞施工

(1) 導(dǎo)洞采用人工開(kāi)挖完成，即由人工從上到下逐層用鎬、鍬進(jìn)行挖掘，遇堅(jiān)硬土層用錘、釬破碎，挖土次序?yàn)橄韧谥虚g部分后周邊，按設(shè)計(jì)導(dǎo)洞直徑加護(hù)壁厚度控制開(kāi)挖截面；出碴采用手動(dòng)吊葫蘆垂直提升至地面，吊至地面上后用手推車(chē)運(yùn)至棄碴處；導(dǎo)洞每掘進(jìn)1 m均用線(xiàn)錘吊中，校正中心位置后，方可繼續(xù)開(kāi)挖。

(2) 導(dǎo)洞護(hù)壁采用鋼筋箍圈加木板圍擋結(jié)構(gòu)，木板厚2 cm、寬20 cm，鋼筋箍圈采用Φ20鋼筋焊接而成，間距0.8 m。護(hù)壁施工采取分段開(kāi)挖、分段支護(hù)的方式交替循環(huán)完成，每循環(huán)掘進(jìn)2 m。即一節(jié)開(kāi)挖完成后，采用木板沿導(dǎo)洞周長(zhǎng)方向緊密順排，然后采用Φ20鋼筋箍圈固定木板，木板與箍圈采用鐵絲綁扎牢固，木板護(hù)壁完成后每隔50 cm在洞壁楔入50 cm長(zhǎng)Φ20鋼筋，以保證木板及箍圈在施工中不會(huì)下滑。

3.2 環(huán)洞施工

(1) 環(huán)洞采用人工開(kāi)挖完成。即在2個(gè)豎洞底部人工利用鎬、鍬等工具沿灌注樁周邊相向進(jìn)行開(kāi)挖，若遇堅(jiān)硬土層用沖擊鉆破碎。環(huán)洞開(kāi)挖形狀為三角形，三角形底寬100 cm，高度根據(jù)缺陷范圍而定，要求底部低于缺陷部位50 cm，頂部高于缺陷部位50 cm，開(kāi)挖的碴土利用兩邊的豎直導(dǎo)洞運(yùn)出至棄碴位置。

(2) 環(huán)洞支護(hù)施工：根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)洞實(shí)際開(kāi)挖尺寸，環(huán)洞支護(hù)采用Φ48鋼管加木板的方式邊開(kāi)挖邊支護(hù)，每次開(kāi)挖進(jìn)尺不大于50 cm。具體方法為：每開(kāi)挖進(jìn)尺60 cm后，即采用2 cm厚、20 cm寬的木板沿三角形斜邊方向緊密順排，木板下部采用Φ48鋼管同支護(hù)木板方向進(jìn)行縱橫向加固支撐，縱鋼管間距40 cm、橫鋼管沿斜面等間距布置3根。為確保鋼管的穩(wěn)定性，鋼管要求兩頭切割成斜面，上段必須緊靠灌注樁混凝土，下端立于下部原狀土上的墊木上，墊木規(guī)格同支護(hù)木板，縱橫鋼管間、鋼管與木板間采用12號(hào)鐵絲綁扎牢固。

3.3 插筋及預(yù)埋灌漿管施工

(1) 缺陷部位布設(shè)水平插筋，插筋采用Φ16螺紋鋼筋。人工采用電鉆在缺陷部位鉆孔，孔深20 cm，孔間距為20 cm，孔打好后采用錨固劑進(jìn)行插筋安插。

(2) 若缺陷深度超過(guò)30 cm時(shí)，須在缺陷部位頂部預(yù)埋回填灌漿管，灌漿管采用Φ25的塑料管，管壁鉆設(shè)出漿孔，梅花形布置，間距5 cm，出漿口外采用無(wú)紡布包裹，防止?jié)仓炷習(xí)r堵塞。灌漿管利用周邊插筋固定牢靠，待修復(fù)混凝土達(dá)到7 d齡期后進(jìn)行回填灌漿。

3.4 灌注混凝土施工

(1) 人工清除灌注樁缺陷部位的松散物，鑿除裸露鋼筋上附著的混凝土，并對(duì)修復(fù)部位混凝土表面進(jìn)行鑿毛處理，清理完成后對(duì)待修復(fù)部位混凝土面采用有壓水清洗干凈。

(2) 為了確保環(huán)洞內(nèi)混凝土能夠澆筑密實(shí)，混凝土澆筑高度必須高于環(huán)洞50 cm?；炷翝仓捎脤?dǎo)管由一側(cè)導(dǎo)洞單向入倉(cāng)，另一側(cè)導(dǎo)洞作為排氣洞，當(dāng)另一側(cè)導(dǎo)洞內(nèi)的混凝土上升至缺陷部位上50 cm時(shí)，停止混凝土澆筑。

(3) 待混凝土澆筑完成且強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度70%后進(jìn)行回填灌漿?；靥罟酀{采用灌漿機(jī)按規(guī)范要求進(jìn)行注漿，確保缺陷部位及新老混凝土之間充填密實(shí)。灌漿壓力0.3～0.4 MPa，漿液水灰比取0.5。

3.5 豎直導(dǎo)洞回填施工

待回填灌漿完成且強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度70%后進(jìn)行聲波檢測(cè)，待檢測(cè)合格后方可進(jìn)行導(dǎo)洞回填。回填采用人工向?qū)Ф捶謱踊靥钔亮?，土料含水控制?%左右，層厚20 cm，人工用木樁舂搗壓實(shí)。

4 缺陷修復(fù)成效

9-1號(hào)灌注樁缺陷修復(fù)完成后，經(jīng)聲波檢測(cè)質(zhì)量滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。工程建成運(yùn)行后，該灌注樁運(yùn)行良好，未出現(xiàn)非正常沉降，說(shuō)明擴(kuò)徑法在本工程灌注樁缺陷修復(fù)中達(dá)到了預(yù)期的成效。

5 結(jié) 語(yǔ)

擴(kuò)徑法用于修復(fù)灌注樁缺陷具有以下幾個(gè)方面的特點(diǎn)：

(1) 由于豎直導(dǎo)洞的開(kāi)挖，使得工程技術(shù)人員對(duì)灌注樁缺陷具體狀況具有更為直觀、準(zhǔn)確地認(rèn)識(shí)和掌握，便于分析導(dǎo)致缺陷原因。

(2) 擴(kuò)徑法修復(fù)灌注樁缺陷避免了對(duì)完整部分樁體的破壞[3-7]，并且對(duì)于缺陷的處理更為直觀、徹底，施工質(zhì)量保證率高，提升了建筑物灌注樁基礎(chǔ)安全的可靠度，為灌注樁缺陷修復(fù)提供了一種新的選擇。

(3)為了減小或避免對(duì)灌注樁周?chē)馏w的擾動(dòng)， 擴(kuò)徑法修復(fù)灌注樁的施工多依賴(lài)人工完成，因此施工效率相對(duì)較低，且不適用于地下水位高、堅(jiān)硬、不易開(kāi)挖地層。