钻孔灌注桩桩底沉渣处治工艺研究

钻孔灌注桩桩底沉渣处治工艺研究

刘志良

益阳三一九国道资江大桥项目部湖南益阳413000

摘要：针对钻孔灌注桩的沉渣问题，介绍了常用桩身检测方法及沉渣处治工艺，并以益阳资江大桥为背景工程，选定了相应桩身检测方法，得出了桩基的桩身完整性、桩底沉渣状况及桩端持力层性状，并根据检测结果，因地制宜地制定了桩基沉渣处治工艺，取得了良好的应用效果，可供类似工程参考。

关键字：钻孔灌注桩；沉渣；处治工艺；注浆；基础工程

钻孔灌注桩具有沉降变形小、承载能力大且不需要大面积开挖基坑等优点，在基础工程有着广泛应用，非常适用于对桩基承载力有严格要求的深基础[1]。但在钻孔灌注桩的施工过程中，由于循环泥浆不能将全部钻渣和岩屑带出，加上施工质量控制等问题，桩底易形成一定厚度且抗压能力差的沉渣，相当于在桩底形成一层松软层，将改变桩基的受力特性，降低了桩基承载力[2]。文献[3]指出，国外钻孔灌注桩桩身出现缺陷的概率在15～20%，国内这一概率约为20%，而沉渣是各类缺陷桩中最常见的严重缺陷。本文介绍了常用桩身检测方法及沉渣处治工艺，并以益阳资江大桥为背景工程，因地制宜地选定了桩身检测方法及沉渣处治工艺，并取得了良好的应用效果，可供类似工程参考。

1桩身检测方法及沉渣处治工艺

1.1桩身检测方法

桩身检测的常用方法有[4]：

①超声波法：利用频率很高(10~500kHz)的超声波作为信息载体对桩基进行探测，并根据超声波的传播速度、幅度和频率等参数的大小、形态，结合工程地质条件判断桩基缺陷的性质、位置、范围大小及严重程度；

②钻芯法：采用岩芯钻探技术，在沿桩长方向钻取混凝土芯样及桩端岩土芯样来评价桩质量和完整性的一种有损检测方法；

③静荷载试验法：通过将荷载作用于桩顶来模拟桩基实际的工作状态，量测并绘制单桩的荷载-沉降曲线，从而获得限承载力、承载力特征值、沉降随时间的变化曲线，桩身埋设有应变、土压力盒等元件时，还可计算出桩侧各土层的极限摩阻力和端承力等数据。

④低应变动力法：通过在桩顶施加一个动态力和设置在桩顶的传感器，获得桩-土系统的动态响应信号，如位移、速度、加速度等，通过对这些信号的时域分析、频域分析或传递函数分析，判断桩身的完整性，推算桩的承载力。

⑤高应变动力法：利用重锤冲击桩头，使桩身产生向下传播的应力波和桩土位移，通过对称安装在桩顶两侧的加速度计和应变计记录冲击波作用下的加速度和应变，结合桩身及土层的相关参数，求得相应的承载力和基桩质量完整性指数。

表1益阳资江大桥南引桥钻孔桩工程数量

1.2沉渣处治工艺

对于钻孔灌注桩，如果桩端沉渣超出了设计允许范围，就需进行处理，经检测合格后方能正常使用。处理灌注桩桩端沉渣常用方法有[5]：

①高压旋喷法：首先利用高压清水旋喷切割、分离沉渣，长时间连续冲切后，桩底的泥和沉渣分离开来，泥和颗粒较小的沉渣被带出孔外，颗粒较大的沉渣留在桩底，随后将高压旋喷嘴伸入桩底旋喷水泥浆，使其与留在桩底的大颗粒沉渣充分混合从而形成加强的混合物，进而提高桩底沉渣的承载能力；

②压力注浆法：通过加压设备将特定溶液与桩底沉渣结合，使沉渣与溶液互补，根据文献[3]可知，压浆后桩的承载力将大幅提高，对于细粒土可提高30%~70%，对于粗粒土可提高60%~120%；

③风力清孔后注浆法：利用风力将桩底沉渣排出桩外，随后进行注浆作业，但常常因为风力有限，难以将沉渣彻底分离、切割；

④预加载法：在桩基使用前于桩顶施加一定荷载，使桩基础产生沉降，从而达到压密桩端土、提高桩端承载力的目的；

⑤补桩：在缺陷桩附近补桩，该方法增加了工程造价、增长了施工工期。

2背景工程

G319线益阳资江大桥是319国道在益阳境内跨越资江的控制性工程，桥梁全长1080.6m，主桥为125+280+125m预应力混凝土双塔双索面斜拉桥，引桥为550.6m预应力混凝土箱梁，南引桥基础为钻孔灌注桩，桩径有D120cm、D220cm两种，均为端承桩。南引桥共有8根直径120cm桩，22根直径220cm桩。

3实际桩身检测及处治工艺

3.1桩身检测方法选取

桩身检测可分为有损检测和无损检测，随着设备及算法的进步，诸如超声法、低应变动力法和高应变动力法等无损检测得到了大量应用，且检测精度也日益提高，而钻芯法这种有损检测这是最能直接反应桩身质量的检测手段，但由于取样部位存在局限性，容易造成误判漏判。

在益阳资江大桥南引桥桩基施工中，在5-1#、5-2#、6-1#、6-2#、6-3#、7-1#、7-4#（其中5-1#、6-1#、7-1#为试验桩）这7根桩基施工完成后，为对施工工艺情况下桩身完整性、桩底沉渣状况及桩端持力层性状做出明确、直观的判断，出于全面性考虑，采用超声波检测配合钻芯的方法进行桩身检测，这种联合检测、综合判定的方法存在互补性，十分适合用来评定钻孔灌注桩的桩身质量和完整性。

3.2检测结果分析

南引桥在勘察时探得桩端持力层为中风化玄武岩，岩质较硬，但实际取芯后发现个别桩位的桩端持力层为强风化玄武岩，岩质软，与设计不符。限于篇幅，此处仅给出部分有代表性的取芯结果。

由图1、表2可知，5-2#桩基桩底沉渣及桩端持力层性状符合设计要求；5-1#、7-1#桩基桩底沉渣较厚，不满足设计要求；6-1#、6-2#、6-3#试验桩基桩端持力层均为强风化玄武岩，岩质偏软，性状与设计不符，说明桩基未嵌入至设计要求岩层，但对于6-1#桩，岩芯破碎程度高，为桩端未全断面进入中风化玄武岩下带的典型特征。

3.3处治工艺

经实践证明，采用单一方法处理桩端沉渣往往效果不理想[6]，采用两种或多种处治工艺进行综合处治则可以收到良好效果，同时考虑到个别桩基未嵌入至设计要求岩层，故采用高压旋喷配合高压注浆的联合处治工艺。这种综合处治的方法在发挥各自优势的前提下弥补了对方的不足，存在互补性，且对于桩端持力层性状与设计偏差大的桩身，采用高压旋喷配合高压注浆的联合处治工艺可在桩端形成高强度扩大头，从而大幅提高桩端承载力[7]。

表2益阳资江大桥南引桥部分钻芯取样结果表

根据取芯结果，拟采用如下方法处理：

（1）高压旋喷配合桩端注浆

由于5-1#、6-2#、6-3#、7-1#桩桩底存在较厚沉渣，故采取高压旋喷配合桩端注浆处治措施，即在桩顶布设3孔，均匀布置在每一根桩上，钻孔取芯至缺陷部分以下50cm。

图2钻孔平面布置图

（2）高压旋喷配合桩端、桩侧复式注浆

由于6-1#桩端未全断面进入中风化玄武岩下带，且桩底存在沉渣，采取高压旋喷配合桩端、桩侧复式注浆处治措施，即在桩顶均匀布设3孔，钻孔取芯至缺陷部分以下2m。桩侧沿桩周均匀布置5个注浆孔，注浆深度从离桩底1/4h断面逐步提升至距桩底2/3h断面处。

3.3注意事项

在钻机钻孔过程中，应随时用水平尺校正钻孔倾斜，发现偏斜及时进行纠偏，并在终孔后、下放喷头前，应进行地面试喷。灌浆前首先采用高压气管将孔内残留的水吹出空外，保证水泥浆压入孔内后不因孔内积水影响其强度及性能。注浆压力不能超过持力层的地基强度和桩身混凝土的抗压强度，本桩基均为嵌岩桩，桩侧注浆压力为0.7～3MPa，桩底注浆压力为3～8MPa。压浆实行压浆量与压力双控，以压浆量控制为主，以压浆压力控制为辅，考虑到施工损耗，每个桩实际注浆量可根据现场注浆压力情况，适当调整。

针对6-1#桩基，注浆加固处理后，桩端持力层的物理力学指标应达到如下要求：Fao≥1300kpa，Qik≥180kpa，侧阻力增强系数不低于1.4。

针对南岸5-1#、6-2#、6-3#、7-1#桩基，注浆加固处理后，桩端持力层的物理力学指标应达到中分化玄武岩下带的要求：Fao≥1500kpa、Frk≥14MPa。

图3钻孔平面布置图

4结论

本文以益阳资江大桥为背景，因地制宜地选定了桩身检测方法及沉渣处治工艺，结论如下：

1在大体量的钻孔灌注桩施工时，应在首批桩基施工完成后对桩身完整性、桩底沉渣状况及桩端持力层性状进行全面检测，以便于对施工工艺及施工质量控制进行详细评估，宜采用联合检测、综合判定的方法，本项目采用超声波检测配合钻芯的方法进行桩身检测取得了良好的效果。

2根据桩身检测结果，针对5-1#、6-2#、6-3#、7-1#桩桩底存在较厚沉渣的现状，采取高压旋喷配合桩端注浆处治措施，处理方法得当，可明显改善桩端承载力。

3针对6-1#桩端未全断面进入中风化玄武岩下带且桩底存在沉渣的现状，采取高压旋喷配合桩端、桩侧复式注浆处治措施，可在桩端形成较大面积的高强度扩大头，从而大幅提高桩端承载力。

4当桩身存在缺陷时，采用两种或多种处治工艺进行综合处治可以收到良好效果。

参考文献

[1]吴继敏,董志高,董平.钻孔灌注桩桩底沉渣对桩承载性状影响[J].解放军理工大学学报(自然科学版),2008(05):546-551.

[2]冯立富.沉渣对钻孔灌注桩竖向承载性状影响的试验研究和数值分析[D].天津:天津大学,2012.

[3]史佩栋.基础王程特殊技术问题[M].北京:人民交通出版社,2004.

[4]刘兵.后注浆旋挖灌注桩质量控制与检测[D].河北工程大学,2017.

[5]聂小沅,余明裘,周廷文.万家丽路快改工程旋挖桩基底沉渣质量控制优化技术研究[J].施工技术,2018,47(07):80-83.

[6]钟睿.负摩阻力以及桩底沉渣对旋挖桩性能的影响研究[D].重庆大学,2016.

[7]刘金波,郭金雪,张寒,等.灌注桩承载力不满足要求处理原则、方法及案例[J].施工技术,2017,46(12):160-165.

[8]黄超.红层泥岩中考虑沉渣效应的桩基承载力计算方法研究[D].西南石油大学,2015.

[9]胡新发.山地和岩溶地区大直径端承灌注桩质量与缺陷处理效果检测研究[D].中南大学,2012