浅谈高压旋喷桩在处理桩基缺陷的应用

浅谈高压旋喷桩在处理桩基缺陷方面的应用摘要：本文主要阐述了高压旋喷桩处理缺陷桩的原理、工艺；重点介绍喷浆过程中如何严格控制水灰比的问题；论述了高压旋喷桩在处理桩基缺陷相比较传统方法的优点。关键词：高压旋喷桩；缺陷桩；切割；清洗；注浆；水灰比1 引言重庆地区近年来引进机械成孔桩，逐渐淘汰人工挖孔桩，但由于该地区地形特点，高填方和地下水丰富地基随处可见，在此类地基开展机械成孔桩的可靠性低，塌孔严重，成渣较厚，清孔不彻底等一系列问题。采用超声方法检测，基桩经常出现上述问题和缺陷，导致基桩质量不合格。如果将缺陷桩报废或者按常规缺陷桩的处理方法，将增加直接的成本不说，工期延迟等间接成本也不菲。在此本文将引入高压旋喷注浆处理来处理桩基缺陷问题，不仅工期得以大大缩减，处理成本也将低于常规处理。经过多个项目工地验证，其缺陷桩处理效果明显，通过二次检测合格率为百分之百，从而有效的为建设项目节约了时间和资金成本。2 缺陷桩处理方法选择目前处理缺陷桩的方法大致有如下几种：报废、低压注浆、周围补桩、钻大直径孔重新浇筑桩、高压旋喷桩。2.1 报废针对出现问题的基桩，如果直接报废，那么直接成本以及间接成本带来的损失相当大；对此要进行科学的分析和验算，通过加固挽回不必要的经济损失；所以本方法经济性不够。2.2 低压注浆低压注浆由于压力低，所以不能将所有缺陷切割成一个空腔，即对缺陷段的处理不全面。所以本方法可靠性不足。2.3 周围补桩在缺陷桩的旁边重新钻孔，第一成本增加，第二工期延长，第三成孔困难，显然不可取；所以本方法经济性，适用性差。2.4 钻大直径孔重新浇筑桩在缺陷桩中心开大直径的孔，然后浇筑混凝土，这能处理掉大部分的缺陷，但少量桩边缘缺陷也无法处理到位，其次成本工期较旋喷桩来比也相当高。2.5 高压旋喷桩在处理缺陷的效果，工期，成本均比上述四种方法占优。第一效果上，旋喷桩的优势将从文章后面的工程实例中得到论证；第二工期上，旋喷桩设备占地面积小，工艺快，耗费时间少；第三成本上，旋喷桩所用材料只有水泥，另外加少量的外加剂（用量极少），成本低的优势明显。所以本文引进高压旋喷桩处理桩基缺陷。3 高压旋喷桩处理桩基缺陷的原理、工艺3.1 原理针对近年来旋挖桩和人工挖孔桩出现的各种缺陷（如断桩、沉渣、离析、蜂窝等），即按桩的分类来说属于类和类桩。这类型的桩不合格，需要进行处理加固才能判定为合格桩。用高压旋喷桩处理这类桩基缺陷的原理如下：用超声法检测桩的缺陷位置、类型及大小和长短。根据检测结果合理布置钻孔个数及位置，保证辐射到全部缺陷。成孔后，用高压水对缺陷部位进行切割，使缺陷位置形成一个连通的空腔，然后用高压水把空腔内残渣清洗排出，再用干冰排除孔内水；最后用高压水泥浆填满缺陷部位，使其形成完整桩。图2-1高压旋喷桩处理缺陷桩的原理示意图3.2 工艺3.2.1 桩身缺陷范围及形状本工程桩基处理前先进行开孔钻芯检测，根据桩径确定开孔数量。通过开孔钻芯检测进一步复核基桩存在质量缺陷类型、缺陷位置、缺陷面积、缺陷程度等情况。3.2.2 施工工艺(1)基桩钻孔取芯1)钻孔采用XY-150型钻机，宜选用外径为110mm金刚石钻头，钻芯设备参数基本要求：额定最高转速不低于790转分；转速调节范围不少于4档；额定配用压力不低于1.5MPa；水泵的排水量应为5060L/min，泵压应为1.02.0MPa；12)各种不同桩型钻芯开孔数量及孔位布置依据实际情况而定，可见本文工程实例。3)钻孔的垂直度偏差不大于1.5%；4)及时记录钻进情况和钻进异常情况。(2)高压旋喷切割、冲洗清渣1)通过高压泵产生的高压水射流对桩底缺陷段内的离析、松散混凝土及残渣进行高压清水自下而上反复冲洗切割。缺陷段的上下部冲洗切割长度各增加200mm，以不留盲区为主。对底部缺陷还需实施定向切割，定向切割时间每个方向不少于510分钟。使缺陷段形成一个空腔；2)施工参数：单喷嘴1.8mm，压力不小于30MPa；以缺陷桩身100mm长为一切割段单元，对该切割段进行平面八等分后，首先对第一等分处进行定喷，以孔口翻出清水为止，再依次对其他等分处进行定喷；对各等分点全部定喷完毕后，再从该定喷处以提速不大于5cm/min，转速1520cm/min向上100mm内反复冲洗切割，以孔口翻出清水为止，表示该100mm段切割完毕。重复上述程序切割上100mm切割段单元；全部缺陷段切割完毕后，以提速不大于5cm/min，转速1520cm/min，对处理段内重复进行2次以上反复切割冲洗，排出处理段内的粉末及细小颗粒等切割残渣，桩底留下粗骨料。每个孔均翻出清水为止，表示残渣清除干净。切割完毕，用水下成像仪下到孔底进行切割效果检查，如有未切割完缺陷，可以针对性的进行切割。(3)高压旋喷注浆置换1)高压喷射注浆前，需采用干冰排除孔底切割段积水；2)注浆(水泥浆)配合比要求：水灰比：1:1，实际情况依据桩基用商品混凝土等级而定。3)旋喷注浆置换旋喷施工参数双喷嘴2.0mm，压力不小于22MPa，提速不大于5cm/min，转速1015cm/min；注浆水泥浆比例按配合比搅制，即拌即用；换钻杆，须搭接不小于500mm的搭接复喷；处理段旋喷次数不小于2次。旋喷2次后，当空口再次溢出的浆液水灰比与配合比水灰比浆液浓度相当时，注浆完成，否则重新进行复喷；(4)封孔收尾：注浆后用浓浆灌满封实孔口。3.3 施工控制3.3.1 钻孔质量控制在钻孔施工前，三通一平后，按照设计的图纸所定的孔位放样到实际桩位上，并做好标记。钻机就位，开钻，下钻杆前测量每根钻杆的长度，详细记录钻进深度和钻进记录。取出的芯样按顺序和进尺摆放，并记录芯样完整性以及缺陷的详细情况，用以复核声测结果以及指导旋喷工作的开展。3.3.2 旋喷质量控制(1)切割和清洗钻孔完毕，旋喷机就位，根据声测结果和钻芯记录对比得出的最真实的缺陷情况，对缺陷段进行高压水切割。切割工程中，重点掌握三大要素：压力、水压、切割标准。第一压力要满足设计要求，足够大才能切割烂缺陷段的混凝土；水压要大，才能满足压力的要求；切割时务必要等到孔口翻出清水为止，清洗过程同切割一样，满足空口翻出清水为止。切割清洗过程中，采用孔内成像仪深入到缺陷段查看缺陷是否被切割成空腔，是否将所有的缺陷部位均切割到位。(2)排水由于切割和清洗过程遗留了大量水在缺陷处，所以需要采用二氧化碳将水排出。用专业传输二氧化碳的胶管（一头接二氧化碳瓶，一头深入到缺陷段），打开控制阀，待水被炸出后，立即关闭控制阀；每次排水需要二到三次，间隔3-5分钟，最后一次排出水量明显减少或几乎无水排出即表明排水成功。(3)喷浆喷浆过程主要注意水灰比、喷浆压力、翻浆浓度以及其他异常情况。水灰比是一个重要参数，水灰比控制得好与坏直接影响加固后缺陷段乃至整个基桩的强度、密实度以及承载力的高与低。所以控制好水灰比显得异常重要。需要在设备和人员以及管理上下狠功夫。在此对如何控制好水灰比做详细介绍：水泥浆的制备要通过两个搅拌机的配合，一个1200P容量的大搅拌机和一个800P容量的小搅拌机，常规施工工艺是大搅拌机制浆后再传至小搅拌机储存供泵机使用，但是由于送浆压力大，流量高，小搅拌机的容量根本供应不上，这时大搅拌机搅拌浆液根本不充分就需要往小搅拌机输送浆液。造成水灰比不能满足设计要求，不是偏低满足不了强度指标，要不就是偏高堵塞喷嘴影响旋喷的时间。所以针对这个难题，需要改变一下思路，即把大小搅拌调换，小搅拌机定水定灰搅拌，拌好后立即放入大搅拌机，接着马上又定水定灰搅拌，如此循环，方能满足供应以及水灰比的要求。其次需要根据现场流量的大小更换大容量的大搅拌机。水泥浆的制备新旧方案对比示意图如下：图3-2 高压旋喷水泥浆制备改进示意图喷浆压力的控制是由压力表显示，司泵人员务必时刻观察压力的变化，保持压力的稳定。翻浆浓度检测方法：用器皿装入一定的翻出的浆液和小搅拌机里的对比，如果浓度吻合，即浆液置换效果满足要求，方可向上提升钻杆。孔口补浆采用高浓度的水泥浆填补，填补时间选在旋喷浆液初凝之后。3.4 质量检测检测方法可采用声波透射法和钻芯法结合的方式进行检测，重点是对缺陷段的密实度和强度进行检测。4 工程应用重庆市某工程采用桩基础。根据声波透射检测结果结合钻芯验证检测结果：判定37根桩的桩身完整性均不合格，其中IV类桩27根，III类桩10根，桩质量缺陷部位均为桩底位置。下表列入其中17#、29#、71#、99#四根具有代表性的桩进行探讨。表4-1：声波透射检测成果表序号桩号桩径(mm)直线段L(mm)扩底直径(mm)桩长（m）浇筑日期设计砼强度检测结果桩底起有质量缺陷（m）备注年月日117900090016.022014125C3015m以下1.02IV2291800700180016.842014121C3015m以下1.84IV37180040090015.002014223C3014.7m以下0.3III499900180090015.902014125C3015m以下0.9IV如下图所示，桩基形状主要包含以下四种类型： 图4-1桩位布置及钻孔位置如上图所示，重要施工参数：水泥采用42.5R及以上复合硅酸盐水泥，水灰比为1:1，水压30MPa,旋喷压力22MPa。通过对该四根桩缺陷部位进行声波透射法检测，结果显示均为合格，即均为II类桩，钻芯法检测结果为：28天抗压强度30MPa，满足承载力要求。5 结语：通过对高压旋喷桩处理缺陷的原理，施工工艺，施工特点，的详细分析，以及与几种常规处理缺陷桩的方法的比较，可以得出高压旋喷桩在处理缺陷桩（包括不合格桩）方面有着独一无二的优势；但作为一门新工艺，经验和技术方面有待进一步在更多的工程实例中得到提升，比如外加剂的运用，地下水的排除。待解决了这些难题，旋喷桩处理桩基缺陷这门技术将更加成熟，所以应大力推广这门新技术的应用和发展。参考文献（References）1JGJ106-2012建筑基桩检测技术规范6