透水流沙地质断桩处理方法探讨

2011-07-30李彦海

中国新技术新产品 2011年21期

李彦海

（中铁十五局集团第七工程有限公司，河南洛阳 471000）

1 概述

洛栾高速洛嵩段土建二标康沟2号大桥下部基础为钻孔灌注桩，设计为摩擦桩，全桥共有36根桩。2号墩位于主河道内，设计桩直径为2.0m，桩长33m。在施工过程中，我们采用了先进的机械设备并严格控制每一道工序工程质量，使得大部分基桩都顺利通过了超声波检测，但仍有2号墩1号桩在距声测管口深10.5m处有严重缺陷，判为断桩。若不及时对该桩进行处理，势必严重影响该桥主体工程的施工进度和质量。

2 断桩处理方法的确定

断桩处理方法大致有以下几种：

2.1 钻孔压浆法

2.2 在缺陷基桩外下沉一个半径比原基桩大的多的外护筒、深度下至缺陷部位以下3-5米，开挖基桩缺陷一侧，处理后回填

2.3 桩芯凿井法

根据经验只有基桩缺陷属夹沙性质时，采用钻孔压浆效果才较理想，而该桩属夹粘土性质缺陷，若采用钻孔压浆，效果往往较差，我们放弃了第一种方法。第二种方法由于工作量太大且破坏了基桩周围原状土，摩阻力要受影响，况且现场实际地形条件有限，最终我们选择第三种方法即桩芯凿井法。

3 断桩处理过程

我们采用了一台空压机及几台风镐，一些简易的吊装设备就开始了作业。

开挖结果却大出所料，当开凿到9.25米深度时，竖井内离桩中心0.3米距离处开始漏水，继而大量涌沙，致使开凿工作不能进行下去。原因是对地质情况估计不透，也许是缺陷上方砂层塌方，缺陷位置处土层不但透水，而且具有较大的水压。

我们采取的第一种措施为降水，在缺陷面方向，距基桩中心5米处，打一眼直径为60厘米，深度为14米（距声测管口）的集水井。希望能象明挖基础一样，将水降止11米以下，但效果不佳，因集水井直径太小，不能使用大排量设备；再者，打井后，地表水（河槽内水）被引至井内，无法将水降至所需标高。

采取了第二种措施，由竖井内向外压水泥浆。这一措施暂缓了漏水、涌沙情况，在9.5米深度处，水泥浆封住了约0.2m2大的洞口面积。但缺陷沿基桩表面面积较大（近0.9 m2）,缺陷体积0.72m3，粘土团高1.5米，宽0.6米，沿径向长0.7-0.9米。压注水泥浆未能达到最终目的。

最后采取第三种措施，从竖井内向外压注水玻璃和水泥浆（见图1）。先在缺陷处人工打入两根钢管，钢管端部四周钻孔，以使充分扩散；再以弯管或橡胶管相接出地面；竖井底用快凝混凝土封闭；井口用两台注浆泵（活塞式），分别压注水泥浆和水玻璃溶液，人工拌合水泥浆经过筛后压注。一次压入水泥5吨多，压入水玻璃2300公斤；水泥浆和水玻璃，使得桩周外土体和空洞（由桩外向桩心竖井涌沙所形成）得到了充分填充和挤压，压注前桩外集水井已被回填。

图1

完成水泥浆及水玻璃压注后第二天，再次向下开凿时，井壁外土体裸露达0.7m2，无再次下榻、涌沙现象和漏水、渗水情况，成功地把夹杂在桩体内的泥团、松散劣质混凝土清出，并按设计浇注混凝土。处理完毕，经超声波检测合格。

4 处理机理分析

采用压注水泥浆及渗入附加剂的办法来进行防渗、阻水，实际上是化学加固土体的一种运用。

当注入水玻璃和水泥浆时，水玻璃与水泥水解产物Ca(OH)2迅速化合，其化学变化为：

式中CaO·nSiO2·mH2O是碱金属水合硅酸盐。

两种浆液混合后，可在几秒钟到几十分钟内很快凝结（试验室控制为十分钟），凝结后的结石率可达98-100%，结石的抗压强度7天可达到7.3兆帕以上，现场采用525号水泥，水灰比1:0.4～0.5，水泥浆与水玻璃浆液混合后，很快形成一个不透水且具强度的浆泡，浆泡挤压基桩外土体并使其密实，同时浆泡又将基桩圆周面上的洞阻塞，达到防渗、阻水之目的（见图1）。

当单独注入纯水泥浆时，收效较小的原因在于，基桩周围有较丰富的地下水，再加上集水井可能与基桩竖井贯通，在基桩与集水井之间（砂层地质段）实际上已形成一较大的水泡；所以，当纯水泥浆注入时，会很快被流动的水稀释，或者与泥沙相掺合，不能很快形成强度，达到阻水的目的。但当缺损面较小时，单纯注水泥浆也会收到显著效果。

该桩从开凿到结束，经历了一个半月时间。因断桩位置处在透水层地质段，没有其他经验借鉴，再加上对情况估计不足，没有充分的准备来应付涌水、涌沙问题，致使基桩缺陷处理几次陷入困境，几乎迫使我们放弃该桩处理另寻其他方案。通过对这根断桩的处理，我们技术人员和决策人员虽然承担了一次很大的风险，但取得了在透水流沙地质段基桩发生严重缺陷甚至断桩的成功处理经验。