人工挖孔灌注桩桩身混凝土缺陷钻孔压浆补强

人工挖孔灌注桩桩身混凝土缺陷钻孔压浆补强,

是质量可靠、经济安全的施工技术。钻孔压浆补强有

别于一般灌浆工程,要达到压浆补强效果,就应优化设

计与施工:①以桩身缺陷段发育程度设置压浆段;②浆

液水灰比变换比级不宜太大;③灌浆应尽快达到设计

压力和最浓比级;④加强灌浆压力、浆液注入率和回浆

管阀门的调控,保证恒压时间。

1 工程概况

赣粤高速公路C4标段两座高架桥的80根人工挖

孔灌注桩,设计桩径2·0m,桩长19·7~35·2m,桩身混

凝土强度等级C25。桩周土为可塑状残积粉质粘土、

稍密状砾砂及圆砾,桩底持力层为弱风化变质砂岩。

基桩灌注28d后,采用声波透射法和钻芯法进行桩身

完整性检测。其中,有73根桩为Ⅰ、Ⅱ类桩[1],满足设

计要求;另有7根基桩因混凝土芯样局部破碎、骨料分

布不均匀或松散易碎块状缺陷而判定为Ⅲ类桩。7根

缺陷桩的混凝土缺陷段一般有2~5处,主要出现于桩

身中、下部或底部,混凝土芯样抗压强度介于16·4~

18·1MPa。经设计论证,这些缺陷桩经过补强处理,改

善桩身完整性(达到Ⅱ类桩),使混凝土强度等级提高

到C20以上,可供使用。

2 压浆补强原理

采用纯水泥浆,在灌浆压力、浆液注入率和灌浆时

间控制下,将水泥浆液渗透充填桩身混凝土缺陷部位

的空隙和沟槽,压密或劈裂夹泥,包容骨料或加厚骨料

混凝土粘结点,水泥浆液凝固形成结石,使桩身完整性

和混凝土强度等级得到提高。

7根缺陷桩全孔压水试验P-Q曲线,B型(紊流

型)曲线[2]占57·15%、透水率q=10·98~15·91Lu,C

型(扩张型)曲线占14·28%、透水率q=9·88Lu,D型

(冲蚀型)曲线占28·57%、透水率q=2·4~8·88Lu,属

弱透水-中等透水等级[3]。结合混凝土芯样缺陷特征,

表明桩身缺陷段有一定的可灌空间,但是空间规模不

是很大,空隙连通性不是很好,需要用相对较高的压力

和恒压时间,才能将较浓的水泥浆液渗透充填缺陷空

隙、压密或劈裂夹泥,从而达到提高桩身完整性的补强

效果。

桩身缺陷段混凝土强度等级的提高,除了取决于

水泥浆液的渗透充填程度外,更为重要的是使留驻缺

陷空间的浆液水灰比尽可能地达到最浓级。一般认

为[4],水灰比0·5∶1的42·5级普通硅酸盐水泥浆,结石

率99%,结石体28d抗压强度22MPa;其混凝土芯聚合

体抗压强度可达25MPa。实践中,在较高压力灌浆和

一定灌浆历时条件下,水泥稠浆穿透范围在50cm以

上。这就使桩身缺陷段的混凝土强度等级,在合理布

置压浆孔序和施工调控下得以提高。

3 压浆设计与压浆试验

3·1 钻孔布置

考虑施工工期和经济合理因素,根据基桩超声波

波形曲线反映的异常波形截面设置钻孔压浆位置,如

图1所示,即在AB、AC和BC3个测试截面中,对存在

异常波形截面部位钻孔压浆。无异常波形截面部位不

作钻孔压浆。

图1 压浆孔位与压浆段设置示意

对只有1个异常波形截面的缺陷桩,沿异常波形

截面一侧,距离桩周边0·50m处,设置1个压浆孔。有

2个异常波形截面的缺陷桩,沿异常波形截面一侧,距

离桩中心0·25d(d为桩径),对称布置2个压浆孔,分

Ⅰ、Ⅱ序孔压浆施工。存在3个异常波形截面的缺陷

桩,沿每个异常波形截面中点,距离桩中心0·25d,呈

三角形布置3个钻孔压浆。

3·2 钻孔结构

钻孔为垂直孔,根据压浆段数设置每个压浆段孔

径,设计上、下2个压浆段时,上压浆段孔径110mm,下

压浆段孔径91mm。设计上、中、下3个压浆段时,上部

压浆段孔径110mm,中部、下部压浆段孔径91mm。设

计1个压浆段时,孔口孔径110mm,压浆段孔径91mm。

3·3 压浆段设置

1)单序孔压浆 压浆段长度控制在5~10m。当

缺陷段每段竖向长度>0·10~0·20m,分布桩身下部或

底部时,设置1个压浆段。当缺陷段组合中,每段竖向

长度>0·30m,段数≥2段,上、下两段顶底相距≤5m

时,归于1个压浆段。当缺陷段组合的间距>5m,则分

别设置2~3个压浆段(见图1)。

2)多序孔压浆 这类缺陷桩的缺陷段较多且长。

因此,Ⅰ序孔设置上、中、下3个压浆段,Ⅱ、Ⅲ序孔设

置上、下2个压浆段。前序孔压浆结束,间歇14d后,

后序孔压浆施工。

根据超声波波形异常位置、钻孔混凝土芯样缺陷

部位及其空间分布组合特征,确定压浆段长和止浆塞

位置。

3·4 压浆试验

图2 11-1号桩压浆试验

P-ΣQi曲线

选择缺陷段较发育

的11-1号桩作压浆试

验。该桩长35·20m,在

25·80~35·20m处,透水

率15·91Lu。Ⅰ序孔压

浆试验2·5h,注入水泥

774kg、浆液1 278L。当

压力为2MPa后,浆液注

入率的增量ΔQi趋于0(见图2),浆液注入率≤

0·31L/min,恒压持续30min,试验结束。Ⅱ、Ⅲ序孔压浆

试验结束28d后,用RS-UT01C型声波检测仪检测,桩

身完整性明显改善,达到Ⅱ类桩要求。因此,确定其它

缺陷桩参照该压浆试验方法和试验结果施工。

4 压浆施工

采用双管压浆工法,自下往上压浆。主要施工工

艺流程:钻芯成孔→设备安装→洗孔压水→灌浆→封

孔。

4·1 钻芯成孔

采用XY-1A型钻机、外径110mm单动双管钻具和

金刚石钻头钻孔取芯。钻孔深度超过桩底0·5m时终

孔。及时进行混凝土芯编录。

4·2 设备安装

在设计的压浆段,套入注浆管和回浆管。注浆管

采用25mm镀锌管,其下部1·50~4·50m的侧壁为钻

眼花管,管底置于压浆段底部。回浆管采用75mm无

缝钢管,其底部置于压浆段顶部止浆塞以下0·25~

0·5m,孔口段安装压力表和阀门。止浆塞由橡胶塞、海

绵带和薄铁板组合构成,送至设计止浆塞位置后,注浆

管往上回旋拧紧,泵送0·5∶1纯水泥浆充填止浆塞上

部0·5~1·0m,待凝24h形成止浆塞。

4·3 洗孔压水

泵送清水进行全孔一次性冲洗,直至回水清净,持

续5~15min。每个缺陷桩选1个孔进行全孔简易压水

试验,采用5点法(即0·3、0·6、1·0、0·6、0·3MPa)。

4·4 压浆施工

1)压浆顺序 设置多个压浆段时,先灌注下段,再

依次往上段灌注。注浆时,待回浆管冒出水泥浆且持

续1~2min后,再调节阀门封住回浆管,形成压力。回

浆管间断放浆。上、下压浆段压浆间隔时间不超过4h。

2)压浆水灰比 采用42·5级普通硅酸盐水泥配

制纯水泥浆液,水灰比为2∶1、1∶1、0·5∶1。用2∶1浆液

开灌,待回浆管出浆稳定后,改用1∶1浆液灌注。当回

浆管出浆浓度1∶1时,改用0·5∶1浆液灌注,经常翻动

进浆管路,继续使回浆管若干次间断放浆,之后控制压

力直至灌浆结束。这个过程可以使浓浆尽快均匀渗透

48 施工技术第35卷充填缺陷空隙。

3)灌浆压力和终灌标准 参照11-1号桩压浆试验

结果和相关灌浆规范要求[5],结合各缺陷桩P-ΣQi、P-

t、ΣQi-t曲线特征,掌握灌浆压力、终止灌浆压力及浆

液注入率标准。一般初始压力0·2MPa,当灌浆压力为

2MPa,浆液浓度达到0·5∶1、浆液注入率≤0·4L/min后,

再持续压浆30min,结束压浆。

4)特殊情况处理 桩身缺陷发育特征决定了钻孔

压浆补强的特殊性,要求优化设计、精心施工和预先防

范,力求避免中断正常的压浆过程来应对特殊情况。

冒浆 压浆时浆液从护壁缝隙渗出形成冒浆。采

用桩周边表面封堵、降压、调浓浆液、间歇灌浆等措施

处理。

孔底漏浆 有些缺陷桩桩底混凝土离析、松散、破

碎,与持力层接触,应当在压水试验中预先分析压浆情

况,孔底单独设置压浆段处理。孔底漏浆时,降低压

力、加浓浆液、间歇灌浆、间歇时间控制在5~10min,过

久容易使灌浆管路堵塞。

压浆因故中断 着重事先预防,做到压浆设备状态

优良,灌浆材料充足齐备,压浆设计周全,施工操作规

范。短暂中断后,尽快恢复压浆,重新从较稀浆液起灌;

如果吸浆量与中断前相当,则恢复原先浆液浓度。中断

时间较长,恢复压浆后吸浆量减少很多,则重新扫孔,按

2∶1水灰比浆液开始重灌,以0·5∶1浓浆结束压浆。

5 压浆效果检查

压浆效果以分析压浆资料为主,结合钻孔取芯抽

查和抗压试验、超声波检测,综合评判。以下4个特征

表明,本次压浆效果达到设计要求。

1)单位水泥注入量随压浆孔施工次序增多而逐渐

减少。第Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ序孔的平均单位水泥注入量依次

82·34、39·77、12·13kg/m,后序孔较前序孔的单位水泥

注入量依次降低51·7%、69·5%。

2)后序孔钻芯成孔时无漏水现象。随着灌浆次数

增加,后序孔(段)混凝土芯样截面可见较多的水泥结

石充填胶结骨料。

3)超声波检测结果对比,7根缺陷桩经压浆补强,

声波波速提高5·17%~13·49%,声时曲线基本呈直

线,振幅曲线无明显波峰,呈正常波形。

4)钻孔抽取芯样,其抗压强度均达C20以上。

压浆补强工程所属的赣粤高速公路C4段,2004年

建成通车,两座高架桥运行状态良好。

参考文献:

[1] 中国建筑科学研究院.JGJ106-2003建筑基桩检测技术规范[S].

北京:中国建筑工业出版社,2003.

[2] 中华人民共和国水利部.SL31-2003水利水电工程钻孔压水试

验规程[S].北京:中国水利水电出版社,2003.

[3] 中华人民共和国水利部.GB50287-99水利水电工程地质勘察规

范[S].北京:中国计划出版社,1999.

[4] 熊厚金,林天健,李宁.岩土工程化学[M].北京:科学出版社,

2001.

[5] 中华人民共和国水利部水土工程技术咨询中心.SL62-94水工

建筑物水泥灌浆施工技术规范[S].北京:中国水利水电出版

社,2004.

(上接第46页)

工作,所形成的最低价标底和报价文件经加密后,分别

存放在数据服务器上。

3)联合评标阶段 首先由软件系统以最低价标底

为依据,对各家投标书进行比对、分析,产生针对投标

书的质疑提纲;再由评标专家参考质疑提纲对各家标

书进行质疑和评测,从中评出中标标书。

在2)、3)两个阶段,如果需要,仍然可以编辑修改

工程模型和工程量,工程量的变更,可以引起所有投标

书中投标价格的自动更新。

3 结语

在协同算量的工作过程中,由于允许参与各方就

设计图纸和工程量计算结果进行充分交流,所产生的

工程量计算结果是惟一的,并且是经过各方协商、认可

的结果,可以看作是准确的工程量计算结果。它是产

生合理低价标书的首要条件,也是体现招投标法所秉

承的合理竞争的前提,它可以杜绝“不平衡报价”等不

合理报价的出现。

与传统的多方重复计算方式相比,一次性、连续性

的协同算量方式,为招投标节省大量的时间,在时间紧

迫的工程中,独立报价和协同算量可同步进行:即各参

与方可以在假设的工程量条目下寻价报价,工程量计

算完成以后再将报价与真实工程量条目关联,产生最

终的标书或标底。可大大节约招投标时间。

可以说,协同算量的应用,为网络招投标的实现提

供了关键性的技术基础,也极大提高了网络招投标的

应用价值,它将引领一种更加公平合理和高效低耗的

招投标方式。

参考文献:

[1] 刘守奎,周茂刚.工程量自动计算及造价系列软件探讨.第七

届全国建设领域信息化与多媒体辅助工程学术交流会[C].哈

尔滨,2004.

[2] 刘守奎,周茂刚.工程识图语言[J].施工技术,2006,(5):16-

19.

[3] 刘守奎,周茂刚.信息化建筑模型的重建技术.第九届建筑业

企业信息化应用发展研讨会论文集·南宁[C].北京:中国建筑

工业出版社,2005.

2006 No.10管瑞光等:人工挖孔灌注桩钻孔压浆补强49