高压旋喷-压力注浆法补强在钻孔桩桩基缺陷处理中的应用

高压旋喷\压力注浆法补强在钻孔桩桩基缺陷处理中的应用
摘要：在施工难度较高的情况下，个别成桩后的超大孔径钻孔在
施工过程中不免存在缺陷，运用高压旋喷、压力注浆法补强成为处
理这些缺陷桩基的有效方法之一，也成为现阶段研究桩基施工的一
个重要新课题。
关键词：钻孔桩；桥梁基础；缺陷处理；高压旋喷；压力注浆；
桥梁施工
中图分类号：u445文献标识码：a文章编号：
前言：随着大跨度桥梁施工技术的发展，大跨度孔径钻孔桩基础
越来越被广泛的使用，尤其是一些地质情况复杂，覆盖层厚的地区，
大跨度桥梁一般采用大孔径超长钻孔桩基础。因此，对于这类成桩
后出现缺陷的处理以及处理后的检测和检验成为大孔径桩基施工
中的一个重要课题。我们在汕头市西港高架桥采用“高压旋喷、压
力注浆法”对主桥(83+183+83米预应力连续刚构)19#墩两根φ2.5m
大孔径超长桩桩底缺陷进行补强处理并取得圆满成功。
1.工程概况
1.1缺陷处理桩施工情况：
汕头西港高架桥主桥19#墩为主跨138米连续刚构的主墩，基础
为6根φ2.5m的钻孔灌注桩，桩深75m~80m，施工采用冲击钻正循
环成孔，利用黏土造浆护壁，并辅以泵吸反循环清孔。
1.2缺陷处理桩地质情况
1.2.1淤泥层：深灰色，软塑，厚约33.0m，主要分布于
-23.0m~34.80m。
1.2.2黏土层：灰黄色，软塑，主要分布于-34.8m-35.8m.。
1.2.3粉砂层：厚2m，主要分布于-35.8m~-37.5m
1.2.4砾砂层：灰白色，中密，主要分布于-37.8m~-41.9m，
-52.9m~-59.0m。
1.2.5亚粘土层：浅灰褐色，分布于
-41.9m~43.6m,-59.0m~-67.5m。
1.2.6粗砂层：主要分布于-43.6m~-52.90m。
1.2.7强风化：岩主要要分布于-70.6m以下。
1.3缺陷处理桩缺陷情况及形成原因分析
1.3.1缺陷情况
（1）主墩19-5#，19-6#桩基在水下混凝土浇灌完毕并达到28天
强度后，采用超声波透射法桩身混凝土无损检测。结果显示两桩桩
底以上3.0m范围内存在缺陷，同时19-6#桩在桩顶以上
57.5m~62.0m(标高-59.0米左右处)范围内存在缺陷。
（2）利用超声波检测发现19-5#，19-6#桩基存在异常后，为了
进一步掌握缺陷的具体情况，对两根桩身混凝土进行抽芯检查，结
果显示与超身波检查结论基本吻合，即桩基缺陷区存在夹泥，无混
凝土，漏空甚至连通。在桩底存在较厚沉渣．19-6#桩桩身在标高
59m处，由于承压水的冲刷和侵蚀作用，形成了局部缺陷，从芯样
看，混凝土有明显的冲洗痕迹。
1.3.2缺陷处理桩缺陷形成原因
主墩19-5#，19-6#桩桩底混凝土局部存在缺陷的原因很多，也较
为复杂，主要有如下原因：
(1)深孔大直径钻孔桩的孔径大，入土深，技术含量高，施工难
度大，地质情况复杂。含有多层砂土层，覆盖层厚达70. 0m以上，
少数桩基局部区域偶有承压水影响，而19-5#桩又是第一根成孔灌
注的大孔径深桩，当为产生桩底混凝十局部缺陷的客观原因。
(2)场地狭小，泥浆循环池布局不合理，钢筋笼安装时间过长，
使得第二次清孔时孔底沉淀过厚（达3.0m以上），由于孔过深，吸
泥管在孔底活动范围非常有限，因此，灌注前很难将孔底沉渣全部
清除。
1.4后续施工改进措施
(l)第一次清孔采用泵吸反循环清孔，调整好泥浆指标（含砂率
95%），孔底沉渣小于5.0cm。
(2)钢筋笼接长采用直螺纹连接工艺，以缩短下放钢筋笼时间，
保证下完钢筋笼后，沉渣厚度小于30cm（一般能控制在20cm以内），
并保证48小时内安装完毕。
(3)第二次清孔采用球状放射射浆管射浆清洗与泵吸排渣交替进
行，确保混凝土灌注之前将孔底沉渣清理干净，在以后的桩基施工
中，由于采用了以上措施，施工效果非常明显。
(4)对桩底混凝土局部存在缺陷的19-5#，19-6#采用压力注浆法
加以处理，并重新作超声波透射无损检测，不留隐患。
2．缺陷桩处理过程
2. l处理方案
主墩19-5#、19-6#桩桩身经超声波检测和抽芯检测后显示，桩基
缺陷主要集中在桩底部位，表现为夹渣，无混凝土，漏空，且缺陷
部分基本连通，每桩四个抽芯均有三个以上芯孔通过缺陷部位。因
此，宜采用“高压旋喷、压力注浆法”补强，其原理如下：
利用抽芯孔作为补强孔，将下端带有喷嘴的高压旋喷管下放至缺
陷断面以下，通过高压泥浆泵在喷嘴处产生的高压水喷射流对缺陷
部位至上而下进行反复喷射、切割，破坏缺陷段内的含有物和原始
结构，再采用气举反循环法将被喷射松散、剥离的泥砂甚至碎石排
出孔外，提高缺陷段内残留粗碎屑的空隙渗透率或使之形成缺陷段
内的“空体”。然后再采用高压旋喷注浆法，或直接灌注浆液法将
配制好的高强度水泥浆液注入或压入缺陷段内，待其固结达到强度
后即实现补强的目的。处理完后，需再次作超声波透射无损检测和
抽芯检测，以检验处理的效果，不留隐患。
19-6#桩桩身标高-59m处的桩身缺陷是由于承压水的侵蚀所产生
的，拟在缺陷周围先施工一道高压旋喷桩帷幕，帷幕高度约为
15m(桩身桩顶以下50m-56m处)，帷幕桩间距0 5m，布置约19根高
压旋喷桩，采用分段旋喷或注压相结合的工艺进行施工成桩，从而
达到固砂止水的作用，待高压旋喷达到一定凝期后再进行压浆补
强。
2.2 缺陷桩处理施工工艺
2.2.1施工工艺流程
施工准备——技术交底——喷管与喷嘴安装——高压水清洗—
— 气举反循环排渣——自检及监理检查——水泥浆拌制——旋喷
或压力注浆——关闭阀门稳压——拆除喷管与喷嘴——超声波透
射无损检测——竣工及资料整理
2.2.2技术要点
(l)补强孔布置
通过超声波无损检测及抽芯检测结果，以及对抽芯孔进行水压试
验，弄清孔底缺陷范围，探明孔底缺陷区贯通情况，拟定以现有的
抽芯孔作为补强孔，因其有3个芯孔于桩底连同，基本覆盖了整个
桩底缺陷范围，无论是清洗排渣，还是注压浆，都形成连通的循环
回路，能达到预期处理效果。
(2)灌浆孔口管埋设
将桩顶面每个抽芯孔口凿毛，埋设长度不小于0 5m的φ89mm的
钢管，阀门高出桩顶高度不小于0 3m．并用水泥砂浆封堵牢靠，能
承受3mpa压力。
(3)旋喷桩帷幕施工
在实施补强之前，针对19-6#桩除桩底存在缺陷外，还在桩顶以
下57.5-62.0m范围内存在夹泥，抽芯钻孔与桩周围串通，且与地
质有相同的砾砂，为防止桩内缺陷段在高压水切割、气举排渣时桩
壁坍塌，拟在缺陷桩周围约0.3m-0.5m处布设一高压旋喷帷幕，桩
长在缺陷区上下3m-5m，以起挡土、止水并提高桩周围摩擦阻力的
作用。帷幕完成后，桩内缺陷按补强法进行补强施工。
帷幕桩身在旋喷时，应保证钻孔铅直，其倾斜度不大于0 5%，水
泥浆在土层中喷射作用有效范围不小于lm，以确保帷幕形成后的强
度，从而达到挡土、止水的目的。旋喷约7天后，既可以开始桩基
补强。
(4)清渣（高压切割、清洗、气举排渣）
高压切割、清洗，是指钻杆与钻机及高压泵连接并通过抽芯孔在
缺陷部位用高压水流(压力达28mpa、30mpa)进行冲洗和切割，使缺
陷内填充物、松散混凝土被高压水冲洗切割，再通过气举，将残渣
物排出孔外。
气举排渣是指利用压风机产生的压缩空气送入孔中，与孔内水和
沉积物形成混合气体，产生负压，从而将孔内沉渣排出孔外，孔内
接入风管长度应大于孔深2/3，风压应大于水头头的l.5~2. 0倍，
气举与切割应交替进行，待排出水静置24小时无沉淀，可认为切
割清洗和排渣完成。
3．缺陷处理结果检验
在缺陷桩处理完一个月后，对桩基运用超声波检测和抽芯检验。
从超声波检测结果来看，处理前后结果并无改善，对此，我们咨询
了有关知名专家，认为由于水泥浆和混凝土两种不同介质，超声波
在两种介质转播速度不同，因此，单从超声检测还不能判断。于是
通过模拟试验，我们验证了这个结论：在实验室用两个直径为1.5m，
高2.0m的涵管模仿缺陷可能的空洞，空洞内注满与压浆相同的水
泥浆，其它部位填满混凝土，20天后得出检测结果：在纯水泥浆中
平均波速为3124m/s，混凝土中大于4000m/s，而穿过水泥浆和混
凝土界面的平均波速1971m/s；30天后上面三种情况的平均波速分
别为：水泥浆中3327m/s，混凝土中大于4000m/s，穿过水泥浆和
混凝土界面为2310m/s；60天后以上三种情况平波速为：3396m/s，
大于4000m/s，2424m/s。结果显示满足设计要求。
4．结语
对汕头西港高架桥两根大孔径深桩桩底及桩身缺陷的处理，由于
采用了先进可靠的处理工艺，加之在处理过程中准备完善，组织严
密，各项记录完整可靠，使得压浆密实饱满，浆体与桩身及基岩结
合紧密，浆体整体强度较高，能够满足设计受力要求。
作者简介：陈建国，工程师，2001年毕业于华中科技大学（原华
中理工大学）材料科学与工程学院，工学学士。