周雄

（中国有色金属长沙勘察设计研究院有限公司，湖南 长沙 410011）

1 工程概况

天富花园位于深圳市沙头角镇，系由深圳市盐田区城建开发公司投资兴建，由中国电子设计院负责设计。本建筑物设计采用框架结构，桩筏基础，设计桩总数为57根，分φ1400mm、φ1800mm 及φ2000mm三种桩径，其单桩承载力标准值分别为3800kN、11300kN及13270kN，桩身砼强度等级设计为C25，桩长设计为15～22m，桩端持力层为强风化花岗斑岩。桩基系汕头市某建筑公司施工，施工后经有色长沙勘察设计研究院深圳分院低应变无损检测及抽芯检测，检测结果为：19根Ⅳ类桩、11根Ⅲ类桩，27根桩为Ⅰ类或Ⅱ类。Ⅳ类桩及Ⅲ类桩桩身存在混凝土离析、胶结松散及混凝土强度等级偏低等缺陷。在此情况下，决定对明显影响工程质量的30根Ⅲ类桩及Ⅳ类桩进行补强处理，以提高桩身完整性及桩体承载能力。

2 工程地质条件

根据工程勘察报告，场地内工程地质情况概括见表1。

表1 施工场地工程地质条件

本工程人工挖孔桩要求桩端嵌入强风化花岗斑岩⑧层不少于2000mm，另要求清底干净，无沉渣。

3 补强处理方案及设计

3.1 补强处理方案

根据桩基抽芯检测报告及勘察报告，本工程所有Ⅲ类桩及Ⅳ类桩均是不同程度地存在桩体砼离析、桩身砼有空洞或桩底有沉渣、与基岩接触不好等问题，必须进行补强处理，以不影响桩体承载能力。

经技术、经济比较，拟选用高压灌浆补强处理技术方案。其主要机理为渗透注浆及充填注浆。即通过注浆泵和孔内阻塞器、依靠调节浆液的浓度（或水灰比），使浆液在注浆泵压力的作用下渗透、充填到原桩身砼的缺陷（如孔隙、空隙）中去，或者有部分浆液渗透到桩身护壁外围的土体（包括空隙、孔隙）中去。这些渗透的浆液在产生凝结固化后，对原桩身缺陷部分的骨料进行胶结和充填，达到提高桩身缺陷部分的整体强度、完整性，减少其孔隙率和加载时变形量的目的。

3.2 高压灌浆补强处理设计

3.2.1 高压灌浆材料设计

本次设计采用纯水泥浆作为注浆材料。并添加减水剂或早强剂作为外加剂。水泥为普通硅酸盐P.O 42.5水泥。

水泥浆的初灌水灰比定为2∶1，根据单位灌浆量（吸浆量）和注浆压力依次降低水灰比，暂定为2∶1、1∶1、0.8∶1、0.5∶1四个级配（在压水试验后和灌浆过程中视灌浆量的具体情况可作适当调整），以灌浆量和注浆压力控制终灌标准。

3.2.2 高压灌浆灌浆量的理论计算

本工程灌浆量可按以下原则进行计算：

①注浆处理段的桩身体积V（m3）：

式中：d为桩芯设计直径，单位m；Li为某桩注浆处理段的分段长度（松散段长度），单位m。

②预计孔隙率n

式中：1／2—预计的经验系数，本工程按砂浆充填率占1／2考虑；n1—桩身砼中砂浆所占的理论体积比，约50%。

③采用注浆处理桩段预计的浆液体积

④ 所注浆液按平均水灰比0.5进行固结时，每m3浆液体积内的水泥质量约为1200kg。

⑤处理某桩的理论水泥用量预计值

3.2.3 高压灌浆压力设计

为保证注入浆液充分渗透到松散桩段的砼中去，本次注浆控制的终灌注浆压力≥2～4MPa。当注浆用水泥量已达到预计值Q1的1.50倍，注入的水泥浆液水灰比已达到0.5，而不能满足终灌压力要求时，应在注浆过程中采用间隙注浆方式（每次间隔时间15～20min）进行注浆，直至达到终灌压力，并稳定3min停灌。

3.2.4 高压灌浆前的压水试验

高压灌浆前须先洗孔再进行压水试验，了解灌浆孔内桩体的渗透性及单位吸浆量。

3.2.5 对于大口径桩及问题严重桩的特别处理

（1）桩径为φ1400mm的Ⅲ类桩设计布置一个灌浆处理孔，即利用原抽芯孔作为灌浆孔，但若其桩身砼离析段较多，则采用单孔分段处理，顺序为从下至上，详见灌浆加固结构设计图a。

（2）桩径为φ1800mm及φ2000mm的Ⅲ类桩设计布置两个灌浆处理孔，即除利用原抽芯孔外，另根据严重松散段深度，再钻一个灌浆处理孔进行二次灌浆处理，详见灌浆加固结构设计图b。

（3）对于有严重问题的Ⅳ类桩不论桩径大小均布置两个灌浆处理孔，且根据砼离析段的不同位置，分别隔段进行处理，详见灌浆加固结构设计图c。

3.2.6 高压灌浆补强处理效果检测

当补强处理后7天，通过低应变无损检测结果的前后对比分析，辅助抽芯等检测手段，对处理效果进行判断，以确定是否达到预期要求（即桩身砼密实、整体胶结良好、砼强度等级C25以上）。

4 施工方案

4.1 施工设备及施工材料的选择

本次施工的主要设备有XY－1A型100m钻机、BW－150型注浆泵、水泥浆搅拌器及对应的1100L搅拌桶。

本次施工的主要材料为普通硅酸盐P.O42.5水泥及Dg25镀锌管。

4.2 施工工艺

4.2.1 探测遗留抽芯孔和注浆钻孔内有无杂物、沉渣

将Dg25镀锌管吊放至各抽芯孔孔底，检查各孔内有无杂物及沉渣，并判断杂物及沉渣的性质及位置。

4.2.2 有杂物、沉渣孔的掏孔或洗孔

当孔内残留芯样或封孔固结物，且位置高于最低注浆处理段时，利用XY－1A型钻机及φ101金刚石双管单动钻具，将孔内残留芯样或封孔固结物掏至最底部一个注浆处理段以下1.00m。若判定孔内沉淀物为岩粉（屑）时，可直接用注浆管和BW－150泵进行冲洗。鉴于本次抽芯钻孔采用金刚石钻进，岩粉较细，且灌浆要求的扩散半径不大，可不考虑压水冲洗和风水联合冲洗方式。

4.2.3 埋置进浆管及回水管

用Dg25镀锌管作灌浆管。灌浆段（下部1.00～1.50m段）灌浆管做成花管形式（钻φ5～8mm小孔20个左右），先用电工胶布缠绕小孔2～3层，再对管端进行封闭，然后将灌浆管按所需长度下置到预定深度。回水管也利用Dg25镀锌管，下端放至预封闭处以下约0.20m处，上端上提至孔口以上0.30～0.50m，为便于装置闭浆阀门，可在上端装一弯头。

4.2.4 制作封堵段

上述工作准备就绪后，当灌浆封堵段为孔口以下时，以下托铁板及胶塞为封堵塞，沿孔口灌浆管及回水管下放至预定位置处进行封堵；当灌浆封堵段为孔口位置时，直接采用人工封孔，封孔用强度大于M20的水泥砂浆，并用铁钎捣实。

4.2.5 压水

在封孔段制作好24h后，用BW－150泵送清水清洗孔，同时进行压水试验，了解钻孔的渗透性以及单位吸水量，确定浆液配比。

4.2.6 压力灌浆

压力灌浆是本工程的最关键一道工序。它在压水工序后进行。

根据压水时单位吸水量和水压力，可以将原拟定的初灌水灰比2∶1调浓至1∶1开灌。灌浆过程中还可以根据单位时间内吸浆量调整浆液级配。当某一级浆液灌注量超过1.0m3，而泵压仍小于0.50MPa时，可减少一个浓度级配，进行后续灌浆。

灌浆过程中，要对每次调整浆液的比重（按水灰比换算）用比重计进行测定。比重误差控制在≤±0.02，发现误差过大时，及时调整。灌浆中水泵工应及时记录分时段的灌浆量、灌浆压力、浆液比重（水灰比）和对应的灌浆时段。同时，密切关注浆液的吃浆量变化和压力表变化，以便发现异常时及时采取相应措施（如中断泵送、进行检修等等）。

本次灌浆应采用抗震压力表，压力表量程宜在10～16MPa之间。

在进行某桩孔灌浆时，若发现未灌桩注浆管内有清水冒出或已灌（未固结）桩孔注浆管内有浆液冒出时应立即停灌，在堵塞或用阀门阻止上述冒水或冒浆后，再恢复灌浆。

在灌浆途中因机械故障延时过长或停电时间过长而不能恢复灌浆的钻孔应重新钻孔、下管、堵孔、灌浆。灌浆结束标准严格按照终灌压力≥2～4MPa并稳定3min控制。

本次施工特别应注意的事项有：

（1）当一个钻孔内须埋置两根注浆管并需分段封孔时，应在下部注浆管置入并封孔完好后再置入上部的孔内注浆管并进行该注浆管的上部封闭，封孔48h后才能进行压力注浆。

（2）当同一桩内须设置两个注浆孔才能满足注浆要求时，第二注浆孔须在第一注浆孔灌浆48h后再进行钻孔。

（3）对于抽芯后孔口冒水钻孔，在进行孔口封闭时，应首先封堵孔内涌水，使其不再涌出，或仅有少量渗水，然后添加速凝剂调制封孔浆液，进行快速封堵，封孔严实，不再渗水并待凝48h后进行压力灌浆。

（4）当采用水灰比较低浆液进行灌浆时，考虑到浆液的稠度和可泵性，增添减水剂。

5 补强处理方案的实施及效果检测

本次补强处理方案历时一个月结束全部工作，扣除各种因素的停工天数，实际施工总天数27d。本次处理严格按设计方案要求执行，处理后经有关单位对该30根Ⅲ类及Ⅳ类桩进行低应变无损检测，同时经与处理前检测波形对照，发现桩身完整性明显变好，处理效果满足设计要求。并且建设单位为了证实处理后的砼胶结及强度情况，特抽取了4根处理桩进行抽芯检测，发现桩体经处理后砼胶结良好，混凝土芯呈柱状，并且混凝土芯室内抗压强度可达到25MPa以上，满足设计处理要求。

6 结束语

本次高压灌浆补强处理工程是我院继岳阳市人寿大厦、财政部驻湘监察专员办事处综合楼等桩基处理工程后的又一次取得成功。为该项技术在桩基补强处理工程中的推广应用提供了经验。

高压灌浆桩基补强处理的设计计算应视抽芯检测时全身完整性情况选择相应的灌浆参数。目前，高压灌浆桩基补强处理技术有关设计理论尚不完善，有待于实践中进一步总结和提高。

高压灌浆桩基补强处理比补桩及跨梁、增大基槽面积等方案的工程造价低约30～50%，且施工工期较短，能充分显示出该技术的优势。