CN101413266B - 钻孔灌注桩的夹层缺陷压注混凝土的处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种钻孔灌注桩的夹层缺陷压注混凝土的处理方法，其步骤如下：钻孔灌注桩的夹层的处理方法的步骤如下：A、利用CT或超声波检测钻孔灌注桩的夹层位置及夹层厚度；B、在钻孔灌注桩的夹层的外围设多个等间距圆周分布的高压旋喷桩，多个高压旋喷桩形成防止塌孔的围幕结构；C、在钻孔灌注桩的上端面向下进行取芯钻孔，所钻的多个孔穿过夹层；D、利用切割清洗液对夹层进行切割清洗；E、通过对夹层空腔注纯水泥浆，将夹层空腔内的清洗液和残留的杂质置换出来；F、向夹层空腔压注混凝土，将夹层空腔内的水泥浆置换出来；G、孔口压浆。本发明具有操作工艺简单、省时省力、成本低、实用可靠的特点，有利于在桥梁建筑领域得到推广应用。

Description

钻孔灌注桩的夹层缺陷压注混凝土的处理方法

技术领域

本发明涉及一种桥梁建筑领域中，对钻孔灌注桩施工过程中所产生的缺陷的处理方法，具体是指钻孔灌注桩的夹层缺陷压注混凝土的处理方法。

背景技术

随着国民经济的发展，交通运输的需求迅速增长，桥梁等级在不断提高，桥梁基础工程更加浩大，桩径更大、桩长更长，技术更加复杂，施工难度进一步提高。由于水文、地质条件的复杂以及其他不可预见的因素存在，在桩基的施工过程中难免会出现事故，特别是在深水大直径超长钻孔灌注桩施工中，如何成功处理钻孔灌注桩的夹层缺陷，已成为当前急需解决的问题。钻孔灌注桩的夹层缺陷是指在施工的过程中，当桥梁的钻孔灌注桩因其塌孔或沉渣致使新老混凝土之间存在较厚夹层缺陷，该夹层缺陷降低了钻孔灌注桩的强度，严重影响了工程的质量。

对于钻孔灌注桩的夹层缺陷，传统的处理方法大致有三种：一是废弃原桩，在旁边增加两条桩代替原桩受力，这样做极大的浪费了原材料、劳动力及劳动时间，提高了建筑成本；第二是将原桩砸掉重新成桩，这种措施采用冲击钻冲桩，该措施不仅由于在实施的过程中极易卡锤、易损坏钢护筒，故拆除操作的难度大，而且浪费了原材料、劳动力及劳动时间，提高了建筑成本，并且国内尚无超长大直径钻孔桩采用该方法的成功实例，风险极大；原桩砸掉重新成桩还可利用炸药爆破的手段，爆破后，同样要利用冲击钻冲孔清渣，此时难度比不爆破时更高，另外爆破作业，由于冲击波会影响邻桩受力，并且本桩位已无法再成桩，故将原桩砸掉重新成桩的措施不值得推广应用；第三是采用静压注浆技术处理缺陷，但是由于纯水泥浆材料与桩基混凝土材料存在较大差异，以至于处理效果普遍不理想。

发明内容

为了克服上述之不足，本发明的目的在于提供一种钻孔灌注桩的夹层缺陷压注混凝土的处理方法，该方法所用的时间最短，成本更低、更实用可靠。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：钻孔灌注桩的夹层的处理方法，其步骤如下：钻孔灌注桩的夹层的处理方法的步骤如下：A、利用CT或超声波检测钻孔灌注桩的夹层位置及夹层厚度；B、以高压旋喷桩的方式构建帷幕：在钻孔灌注桩的夹层的外围设多个等间距圆周分布的高压旋喷桩，多个高压旋喷桩形成防止塌孔的围幕结构；C、在钻孔灌注桩的上端面向下进行取芯钻孔，所钻的多个孔穿过夹层进入完整混凝土；D、通过所钻的多个孔，利用切割清洗液对夹层进行切割清洗，将夹层内的夹泥等物质清出桩外，使之形成空腔；E、通过对夹层空腔注纯水泥浆，将夹层空腔内的清洗液和可能残留的杂质逐步置换出来；F、向夹层空腔压注混凝土，通过高压泵向孔内输送稍高于原桩等级的混凝土，将夹层空腔内的水泥浆置换出来；G、孔口压浆，采用低泵压向孔内进行挤压浆，同时通过孔口压浆封闭装置将孔口封闭。

所述的在钻孔灌注桩的夹层的外围以高压旋喷桩的方式构建帷幕，其具体步骤为：A、确定高压旋喷桩孔位：高压旋喷桩的桩孔的中心与钻孔灌注桩侧壁之间的距离为25-40cm；B、钻机在高压旋喷桩孔位处就位对位；C、在高压旋喷桩孔位处钻进成孔；D、下入旋喷管：旋喷钻机就位，下入喷头、喷杆至孔底；E、高压旋喷注浆：所用的水泥浆的水灰比为0.8∶1，水泥采用42.5R硅酸盐水泥；泵压：22～25MPa；水泥浆流量：70～100L/min；F、提管、清洗管线；G、终凝前对孔口及时补浆。

所述的高压旋喷桩孔位处钻进成孔的步骤为：首先，在孔位上先下入Φ127mm的导向管，导向管底部入土5m左右，然后在导向管内下一根Φ108mm的套管，管底入土约15m，最后，在套管内下钻杆进行钻孔。

所述的高压旋喷桩的桩底的位置位于夹层底部以下4～5m处，桩顶的位置为夹层顶部以上4～5m，高压旋喷桩的中段的直径控制在50cm左右，高压旋喷桩的上段及下段的直径不小于70cm。

所述取芯钻孔的孔底位于穿过夹层以下不小于1m的位置。

所述切割清洗的具体步骤为：首先通过试验确定切割清洗液体；其次利用高压泵逐孔对夹层中部的夹泥等物质用清洗液体高压反复旋喷切割，高压泵的旋喷压力：25～28MPa，转动速度：10～15r/min，提升速度：5～10cm/min；然后对夹层的顶部及底部进行切割清洗；最后利用空气压缩机采用气举正反循环的方式将孔底及夹层内的沉渣物或削落松散物沿清渣管排出桩外。

所述注纯水泥浆的步骤为，首先进行孔底静压注浆，向孔内注浓水泥浆，将清洗液体和可能残留的杂质逐步置换出来，浓水泥浆液采用42.5R硅酸盐水泥，水灰比为0.6∶1，并掺入水灰重量的0.85％的缓凝剂及水泥用量的1～2‰的高效引气剂或减水剂；然后采用较稀的水泥浆通过高压泵逐孔进行高压喷射注浆，将浓水泥浆逐步置换出来，较稀的水泥浆液采用42.5R硅酸盐水泥，水灰比为0.8∶1，并掺入水灰重量的0.75％的缓凝剂及水泥用量的1～2‰的高效引气剂或减水剂。

所述的孔口压浆，挤压浆压力为1～2MPa。

本发明的有益效果在于：通过对钻孔灌注桩的夹层缺陷进行清洗并压注混凝土，使处理部位达到与原桩混凝土相同的品质，有助于工程的圆满完成，并确保工程质量符合要求，能够创造良好的社会效益，有利于在桥梁建筑领域得到推广应用；本发明具有操作工艺简单、省时省力、成本低、实用可靠的特点。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明：

图1为本发明的结构示意图；

图2为图1所示的附图结构图；

图3为本发明的工艺流程图；

图4为图3所示的以高压旋喷桩的方式构建帷幕的工艺流程图。

图中：1、钻孔灌注桩；2、高压旋喷桩的下段；3、高压旋喷桩的中段；4、高压旋喷桩的上段；5、桩孔；6、孔；7、钻孔灌注桩的上端面；8、导向管；9、夹层顶部；10、夹层；11、夹层底部；12、高压旋喷桩；13、桩顶；14、桩底；15、孔底。

具体实施方式

如图1、2所示，钻孔灌注桩的夹层缺陷压注混凝土的处理方法，其步骤如下：

A、检测钻孔灌注桩1的夹层位置及夹层厚度：利用CT或超声波检测钻孔灌注桩的夹层位置及夹层厚度，根据波速绘制混凝土CT图，确定夹层位置的混凝土强度分布情况。

B、在钻孔灌注桩1的外围构建围幕，防止夹层清洗时发生塌孔现象。如图3、4所示，构建围幕的具体步骤为：1、确定高压旋喷桩孔位：在钻孔灌注桩1的夹层10的外围设有若干个等间距圆周分布的高压旋喷桩12，若干个高压旋喷桩12形成围幕结构，高压旋喷桩的桩孔5的中心与钻孔灌注桩侧壁之间的距离为31.5cm；2、钻机在高压旋喷桩孔位处就位对位；3、在高压旋喷桩孔位处钻进成孔：首先，在孔位上先下入Φ127mm的导向管8，导向管8底部入土5m左右，然后在导向管内再下一根Φ108mm的套管，管底入土约15m，套管要求垂直止沉牢固，最后，在套管内下钻杆进行钻孔，钻孔直径为91mm；4、下入旋喷管：旋喷钻机就位，下入喷头、喷杆至孔底；5、高压旋喷注浆：利用高压泵将水泥浆从喷头喷出，所用的水泥浆的水灰比为0.8∶1，水泥采用42.5R硅酸盐水泥；泵压：24MPa；水泥浆流量：90L/min；形成的高压旋喷桩的桩底14的位置位于夹层底部11以下4.5m处，桩顶13的位置为夹层顶部9以上4.5m处，高压旋喷桩的中段3的直径控制在50cm左右，高压旋喷桩的上段4及下段2的直径为80cm；高压旋喷桩垂直度控制在5‰以内；6、提管、清洗管线；7、终凝前对桩孔5的孔口及时补浆，消除浆液收缩下沉。

C、在钻孔灌注桩的上端面7向下进行取芯钻孔至夹层10，所钻的孔用来作为对夹层进行切割清洗及纯水泥浆的注入、混凝土灌注的通道。抽芯钻孔步骤及技术参数如下：1、在桩内布置9个孔6，桩中心布置一个孔6，周边等间距布置8个孔6，孔6的中心距钻孔灌注桩的中心55cm呈圆形布置；2、孔6的孔底15要求穿过夹层10进入完整混凝土不小于1m；3、取芯孔开口采用Φ127mm金钢石钻进，入完整砼0.9m后变径采用Φ101mm双管金钢石钻头钻至孔深；4、钻孔垂直度要求不大于0.5％，完整砼采取率不小于95％，现场要及时作好钻孔抽芯记录，准确进行芯样描述以及划分缺陷段的深度位置及分布范围。取芯完毕，在孔口安装Φ127mm钢管，钢管顶部与施工平台高程一致，选取中间及周围任意两至三个管接泵管，以便泵送混凝土。钢管与取芯孔壁环状空间用高强度水泥砂浆进行密封处理，待强度达到4MPa以上后可转入下一步清洗施工。

D、通过所钻的多个孔6，利用切割清洗液对夹层进行切割清洗，将夹层内的夹泥等物质清出桩外，使之形成空腔，其具体的步骤为：首先通过试验确定切割清洗液体；其次利用高压泵逐孔对夹层中部的夹泥等物质用清洗液体高压反复旋喷切割，高压泵的旋喷压力：27MPa，转动速度：13r/min，提升速度：8cm/min；然后对夹层的顶部及底部进行切割清洗，将喷嘴分别按向上和向下成45°角焊接，依此对顶板及底板反复切割清洗；最后，气举正、反循环清渣，将直径89mm的清渣管下至任一孔孔底，并将风管置入清渣管内，风管底部下至全孔深的2/3处，再向相邻的孔或串通的其他孔注入清洗液体，也可任选其他一孔，下入喷射管进行高压喷射扰动，并开动空气压缩机，同时不停地提动清渣管，利用气举正反循环的方式将孔底及夹层内的泥浆、砂砾或砼离析骨料等沉渣物或削落松散物等沿清渣管排出桩外，空气压缩机工作时的空气压力：0.65MPa，空气排量：11m³/min；在清洗的过程中，检查出口液体的沉渣量，当泥沙量较大时，继续进行切割清洗，当不含泥沙或所含泥沙量较少时，停止切割清洗。

E、对夹层空腔注纯水泥浆，将夹层空腔内的清洗液和可能残留的杂质逐步置换出来，其具体步骤为：首先，进行孔底静压注浆，选择最低的取芯孔安装注浆管，管口伸到孔底，向孔内注浓水泥浆，浓水泥浆从孔底注入，目的是将清洗液体和可能残留的杂质逐步置换出来。水泥浆液采用42.5R硅酸盐水泥，水灰比为0.6∶1，并掺入水灰重量的0.85％的缓凝剂及水泥用量的2‰的高效引气剂或减水剂，引气剂有利于提高混凝土的抗冻性、抗渗性及耐久性。然后利用高压泵逐孔进行高压喷射注浆，当浓水泥浆从各孔冒出后停止高压喷射注浆，高压喷射注浆所用的浆液采用42.5R硅酸盐水泥，水灰比为0.8∶1，并掺入水灰重量的0.75％的缓凝剂及水泥用量的2‰的高效引气剂或减水剂。高压旋喷注浆的目的是将孔内可能残留的沙和碎石搅动分散，使其与水泥浆混合在一起。以上注纯水泥浆的工作必须在5小时内必须完成，以便后续压注混凝土时水泥浆不会凝固，因此各施工工序须连续并紧密配合一气呵成。

F、向夹层空腔压注混凝土，通过高压泵向孔内输送稍高于原桩等级的混凝土，将夹层空腔内的水泥浆置换出来，当每个孔口均冒出新鲜混凝土时，停止混凝土的置换工作。

G、孔口压浆，采用低泵压向孔内进行挤压浆，同时通过孔口压浆封闭装置将其它孔口封闭，挤压浆压力为2MPa，当压力超过2MPa并稳压达30分钟停止压浆。

实施例1

对杭州湾跨海大桥北航道桥进行夹层缺陷的处理，杭州湾跨海大桥是我国“五纵七横”国道主干线——同三线跨越杭州湾的便捷通道。大桥北起嘉兴市海盐郑家埭，跨越宽阔的杭州湾海域后止于宁波市慈溪水路湾，全长36km，是目前在建的世界最长跨海大桥，大桥总投资约118亿元，2003年11月14日开工，于2008年5月1日建成通车。

北航道桥为双塔双索面斜拉桥，主桥全长908m，主跨448m，索塔为钻石型空间结构，塔高178.8m。北航道桥于2004年4月27日开工，2007年6月14日实现全桥合龙。

B13墩为北航道桥南侧过渡墩，其基础采用8条直径Φ250cm钻孔灌注桩，设计桩长96m，桩底标高-97.0m，桩顶标高-1.0m，河床面标高-11.0m，施工平台顶面标高+7.0m。其中1#桩在74.0m深度存在缺陷，缺陷高度约1～2m，使用本工法处理工期约60天，经超声波及抽芯检测质量达到I类桩要求。

实施例2

对舟山大陆连岛工程金塘大桥东通航孔桥进行夹层缺陷的处理，金塘大桥连接金塘岛与宁波市，是舟山大陆连岛工程中的第五座大桥，在舟山连岛工程中投资最大，技术最关键。该桥起于金塘岛上雄鹅嘴，接西堠门大桥，经化成寺水库、茅岭、沥港水道和灰鳖洋海域，止于宁波镇海，接宁波连接线，长26.54Km，其中跨海大桥长18.415km。

合同段包括东通航孔桥、金塘侧岸上引桥及6跨非通航孔桥，其中东通航孔桥全长460m，桥型为122+216+122m连续刚构，上部采用分幅断面单箱单室变高度预应力混凝土箱梁，单幅箱梁顶宽12.3m，底板宽6.3m。I合同段总造价约4.3亿元，2006年2月开工，2008年6月实现全桥合龙。

非通航孔桥C1墩基础为8根直径φ170~200cm变直径钻孔灌注桩，设计桩长73.00m，桩底标高-71.80m，桩顶标高+1.20m，施工平台顶面标高+6.0m。钢护筒φ210cm，钢护筒长度为17.20m，护筒壁厚10mm，钢护筒顶面标高为+5.906m。C1-5桩基础施工过程中，在42m深度存在缺陷，缺陷厚度约1.8m，采用本工法处理工期为45天，质量达到I类桩标准。

实施例3

对佛开高速公路扩建工程九江大桥进行夹层缺陷的处理，佛开高速公路扩建工程九江大桥全长1820m，主桥上部结构采用(100+2×160+100)m连续刚构，箱梁采用单箱双室断面，顶板宽20.15m，底板宽12.75m，两侧悬臂翼板宽3.7m。大桥于2006年4月开工，合同工期30个月。九江大桥合同总造价为1.95亿元。

21#主墩3C桩直径为280cm～250cm变截面钻孔灌注桩，桩长65.59m，混凝土灌注过程中45m深度存在缺陷，缺陷高度约2.4m，采用本工法处理工期约65天，质量良好。通过上述三个项目的应用，本工法在超深度桩基础缺陷处理上优势更为突出，工法操作简单，设备机具简单，劳动力配置少，处理后桩基质量比常规静压注浆效果更好，值得推广应用。

Claims (8)

1.一种钻孔灌注桩的夹层缺陷压注混凝土的处理方法，其特征在于：钻孔灌注桩的夹层的处理方法的步骤如下：A、利用CT或超声波检测钻孔灌注桩(1)的夹层位置及夹层厚度；B、以高压旋喷桩的方式构建帷幕：在钻孔灌注桩(1)的夹层(10)的外围设多个等间距圆周分布的高压旋喷桩(12)，多个高压旋喷桩(12)形成防止塌孔的围幕结构；C、在钻孔灌注桩的上端面(7)向下进行取芯钻孔，所钻的多个孔(6)穿过夹层(10)；D、利用切割清洗液通过所钻的孔(6)对夹层(10)进行切割清洗，将夹层内的夹泥等物质清出桩外，使之形成空腔；E、通过对夹层(10)的空腔注纯水泥浆，将夹层空腔内的清洗液和残留的杂质逐步置换出来；F、向夹层空腔压注混凝土，将夹层空腔内的水泥浆置换出来；G、孔口压浆，采用低泵压向孔(6)内进行挤压浆，同时通过孔口压浆的封闭装置将孔口封闭。

2.根据权利要求1所述的钻孔灌注桩的夹层缺陷压注混凝土的处理方法，其特征在于：所述的以高压旋喷桩(12)的方式构建帷幕，其具体步骤为：A、确定高压旋喷桩孔位：高压旋喷桩(12)的桩孔(5)的中心与钻孔灌注桩侧壁之间的距离为25-40cm；B、钻机在高压旋喷桩孔位处就位对位；C、在高压旋喷桩的孔位处钻进成孔；D、下入旋喷管：旋喷钻机就位，下入喷头、喷杆至孔底；E、高压旋喷注浆：所用的水泥浆的水灰比为0.8∶1，水泥采用42.5R硅酸盐水泥；泵压：22～25MPa；水泥浆流量：70～100L/min；F、提管、清洗管线；G、终凝前对孔口及时补浆。

3.根据权利要求2所述的钻孔灌注桩的夹层缺陷压注混凝土的处理方法，其特征在于：所述的高压旋喷桩孔位处钻进成孔的步骤为：首先，在孔位上先下入Φ127mm的导向管(8)，导向管(8)底部入土5m左右，然后在导向管内再下一根Φ108mm的套管，管底入土约15m，最后，在套管内下钻杆进行钻孔。

4.根据权利要求1或2所述的钻孔灌注桩的夹层缺陷压注混凝土的处理方法，其特征在于：所述的高压旋喷桩(12)的桩底(14)的位置位于夹层底部(11)以下4～5m处，桩顶(13)的位置为夹层顶部(9)以上4～5m处，高压旋喷桩的中段(3)的直径控制在50cm左右，高压旋喷桩的上段(4)及下段(2)的直径不小于70cm。

5.根据权利要求1所述的钻孔灌注桩的夹层缺陷压注混凝土的处理方法，其特征在于：所述取芯钻孔的孔底(15)位于穿过夹层(10)以下不小于1m的位置。

6.根据权利要求1所述的钻孔灌注桩的夹层缺陷压注混凝土的处理方法，其特征在于：所述切割清洗的具体步骤为：首先通过试验确定切割清洗液体；其次利用高压泵逐孔对夹层中部的夹泥等物质用清洗液体高压反复旋喷切割，高压泵的旋喷压力：25～28MPa，转动速度：10～15r/min，提升速度：5～10cm/min；然后对夹层的顶部及底部进行切割清洗；最后利用空气压缩机采用气举正反循环的方式将孔底及夹层内的沉渣物或削落松散物沿清渣管排出桩外。

7.根据权利要求1所述的钻孔灌注桩的夹层缺陷压注混凝土的处理方法，其特征在于：所述注纯水泥浆的步骤为，首先进行孔底静压注浆，向孔内注浓水泥浆，将清洗液体和可能残留的杂质逐步置换出来，浓水泥浆液采用42.5R硅酸盐水泥，水灰比为0.6∶1，并掺入水灰重量的0.85％的缓凝剂及水泥用量的1～2‰的高效引气剂或减水剂；然后采用较稀的水泥浆通过高压泵逐孔进行高压喷射注浆，将浓水泥浆逐步置换出来，较稀的水泥浆液采用42.5R硅酸盐水泥，水灰比为0.8∶1，并掺入水灰重量的0.75％的缓凝剂及水泥用量的1～2‰的高效引气剂或减水剂。

8.根据权利要求1所述的钻孔灌注桩的夹层缺陷压注混凝土的处理方法，其特征在于：所述的孔口压浆，挤压浆压力为1～2MPa。

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