高壓注漿置換技術在樁基缺陷處理中的應用

1樁基施工前控制要點橋梁基礎是橋梁結構的重要組成部分。孔灌注樁基礎是橋梁常見的基礎。在鉆孔灌注樁施工中,由于所處環境不同,地質情況千差萬別,特別是在濱海地區,軟泥層、砂礫層、土洞、溶洞、松散土層等層出不窮,給成孔和水下混凝土灌注帶來極大困難,甚至出現安全問題。盡管施工中采取各種方法和措施加強控制,但由于是隱蔽工程施工,不確定因素較多,成樁后質量檢測中斷樁、縮徑、樁身局部混凝土松散、夾渣、夾泥等情況時有發生,致使樁基存在不同程度的質量缺陷。對于缺陷程度嚴重的樁基必須報廢返工重建或通過加樁方案補救處理;但對于缺陷程度輕且缺陷問題對結構質量和使用功能不構成嚴重影響的,可進行補強加固處理滿足其正常使用功能。本文結合濱海地區高速公路淺海涌某特大橋主墩7-7號水下鉆孔灌注樁采用高壓注漿置換技術的處理情況,闡述高壓注漿置換技術在濱海地區橋梁樁基中的應用。2樁身及樁身厚度現有質量分析濱海地區高速公路淺海涌某特大橋為預應力混凝土連續箱梁橋,連續箱梁+小箱梁結構,全橋長2132m/2座(左、右幅橋長均為1066m)。左幅橋跨布置為6×32.7m+(41.9+70+49.5)m+18×32.7m+(4×25+20)m;右幅為6×32.7m+(49.5+70+41.9)m+18×32.7m+(20+4×25)m。7號主墩為固結墩,基礎為8根?1.8m的水下群樁基礎,設計樁長42m。主墩7-7號為水下鉆孔灌注樁,實際樁長42.15m,樁身混凝土設計強度C30,樁端持力層為微風化泥質粉砂巖。經檢測單位超聲波及抽芯檢測,發現距離樁頂41.22~41.94m處樁身邊緣約占樁截面1/5范圍內存在質量缺陷,為暫不評定樁。所取芯樣為半邊凹槽狀,凹面粘有泥質粉砂巖、碎石顆粒及泥土。經上報處理方案,通過監理、業主、設計單位論證同意,采用高壓注漿置換技術對7-7號樁基的缺陷部位進行補強加固處理,以保證樁基的完整性和整體強度。3聯合氣舉反循環清渣技術高壓注漿置換技術是通過補強孔位布設技術在樁身缺陷范圍內均勻布孔且孔道穿越缺陷范圍,然后利用高壓清水旋噴切割技術對樁基缺陷部位混凝土(低于設計強度部分)、夾雜物等進行切割、破碎,并通過大排量清水聯合氣舉反循環清渣技術將切割剝落的破碎、離析混凝土塊或其它沉渣清除出樁體外,形成清洗徹底、干凈的空腔并與各補強孔道相互連通,采用高壓旋噴注漿技術將摻外加劑高強度水泥漿進行孔底靜壓注漿,自下而上在主要缺陷段范圍內進行高壓旋噴注漿,最后逐一進行封閉式水泥壓漿施工、補漿處理,達到通過高強度水泥漿置換、充填缺陷部位,直至充滿整個腔體達到置換的目的,使樁身完整性和樁基承載力滿足設計要求。一般用于橋梁工程混凝土結構質量缺陷補強加固及病害處治,對橋梁樁基,特別是濱海地區水中深、大樁基礎深度部位缺陷處治更具實用、經濟、快捷、安全可靠等優越性。高壓注漿置換技術處理樁基施工工藝流程如圖1所示。4關鍵施工技術4.1砂漿注射材料與配合比設計(1)材料的注入水泥:P·O42.5R普通硅酸鹽水泥;外加劑:高效緩凝型減水劑(JB-2SC);水:普通自來水;膨脹劑:HEA(粉劑)。(2)注漿配合比設計該橋樁基處理的水泥漿配合比設計是采用高于原結構強度1級標準進行設計,水泥注漿配合比設計如表1所示。為確保樁基處理后的補強加固效果及質量要求,建議在處理類似橋梁樁基時采用高于原結構強度1級或2級標準進行設計。4.2注漿孔與孔口壓漿(1)注漿孔位布設。該橋主墩7-7號樁基在距離樁頂41.22~41.94m處樁身邊緣約占樁截面1/5范圍內存在質量缺陷,經多方咨詢及專項論證,結合樁基缺陷發生原因、屬性界定缺陷性質,確定缺陷部位和處理范圍,進行注漿孔位布設。7-7號樁基沿樁身方向共布設3個注漿孔(見圖2),成三角形對稱設置,以在樁身缺陷范圍內均勻布置且孔道必須穿越缺陷段范圍,以控制缺陷范圍和利于切割、清渣、注漿施工為原則。(2)鉆孔。采用XY-1A高速液壓回轉地質鉆機,?101mm金剛石雙管鉆具進行抽芯孔施工(見圖3),每孔抽芯完成后,采用?110mm金剛石鉆具在孔口段深度約0.5m處進行擴孔,終孔深度為穿過缺陷段以下不小于1.0m(孔道必須穿越缺陷段范圍,否則重新調整布孔重鉆)。鉆孔時,其引孔孔口直徑一般采用110~130mm,終孔直徑不小于91mm。該橋樁基注漿孔直徑為120mm。(3)埋設孔口壓漿裝置。全部注漿孔道完成后(各孔均與缺陷段連通),將樁頂表面雜物清洗干凈,在孔口埋設?110mm孔口管作為孔口封閉壓漿管。4.3確定下限值通過各注漿孔道利用高壓泵產生的高壓水噴射流對缺陷段進行旋噴切割、破碎施工。高壓水噴射流的壓力參數指標控制應低于樁基混凝土設計強度2~5MPa,由于壓力過高,保壓困難,原則上采用下限值,以利于對缺陷段不符合設計強度部分混凝土、夾雜物進行充分切割的同時避免對樁身其它合格部分混凝土造成破壞為原則。如樁基混凝土設計強度為C30,旋噴切割采用水壓參數:25~28MPa,流量:60~80L/min,提升速度:10~15cm/min,轉速:10~15r/min。該橋7-7號樁基混凝土設計強度為C30,采用水壓參數:25MPa,流量:60L/min,提升速度:10cm/min,轉速:10r/min。在缺陷處理段內反復進行切割、清洗直至孔口返出清水為止。4.4清孔清渣清理大量高壓高速水流在樁基缺陷段循環流動,并攜帶沉渣從孔口下進入風管的孔內氣舉噴出。氣舉反循環清渣時,孔內開始有相應數量的泥漿水、粗砂、碎石、雜物噴出,經過一段時間清洗后,孔內返水逐漸變清。為確保清孔干凈、徹底,需再次逐漸提高泵壓,孔內返水則又變黃,直至泵壓升至25MPa左右。清孔一段時間后,孔內連續返出清水,直至無渣。對各孔缺陷段進行反復多次氣舉反循環清渣施工,對缺陷段內雜物、破碎混凝土殘渣清理要徹底、干凈。該橋樁基處理采用空氣壓力參數:0.7MPa,空氣排量:20m3/min。高壓水流切割、氣舉反循環清渣施工如圖4所示。4.5高壓注漿孔口壓漿清渣完成后,首先從孔口下注漿管至孔底自下而上進行靜壓注漿,直至孔內的清水被水泥漿置換出孔外,孔口流出濃水泥漿,然后進行高壓旋噴注漿。注漿泵壓力參數為15~20MPa,流量為60L/min,提升速度為10cm/min,轉速為8r/min。在3個注漿孔中的其中1個孔口接上高壓注漿泵,用15~20MPa的壓力把M40濃水泥漿連續注入孔內,使與之相通的其它2個孔口返出稀水泥漿,直至返出M40濃水泥漿時,暫時停止高壓注漿并關壓,接著關閉注漿孔口開關封閉壓漿。當其它2個孔口再次返出M40濃水泥漿時,則關閉其孔口開關。抽出孔內注漿管,在注漿孔口接上擠壓泵,繼續向孔內擠漿,待泵壓上升,最高達到25MPa,并穩定在15~20MPa,穩壓時間20min后停止送漿,停止高壓注漿泵并關閉孔口,使水泥漿凝固。依此類推,再向另外2個孔口分別直接擠漿。壓漿結束后在水泥漿液終凝前再進行孔口補漿,消除漿液回縮,直至孔口滿漿為止。注漿施工孔口壓漿和補漿工序盡量安排在當天氣溫相對較低時段進行,以減少氣溫變化對水泥漿收縮造成的不利影響。5該橋樁基檢測結果通過抗壓強度試驗,28d齡期水泥漿試件的平均抗壓強度為47.7MPa,滿足設計要求。經基樁聲波透射法檢測、重新鉆孔抽芯取樣試驗和物探方法對該橋樁基進行檢測,發現樁身缺陷范圍內的混凝土強度