扩径法在灌注桩缺陷修复中的应用

杨恒阳

(新疆水利水电勘测设计研究院，乌鲁木齐 830000)

1 工程概况

新疆某输水工程渡槽位于村镇居民区附近，设计输水流量68 m3/s，槽身段长460 m，下有县乡道路交叉穿行。渡槽槽身采用后张法现浇预应力钢筋混凝土结构，单跨跨径20 m，共计23跨；下部结构采用双柱式盖梁柱式墩，基础均采用C30混凝土灌注桩基础，桩径1.50 m，共计24排、48根灌注桩，桩长在22～25 m不等。

施工过程中经声波检测发现，9-1号灌注桩在距离桩顶12～14 m范围内存在缺陷。随后施工方在该灌注桩侧对称开挖2个直径为0.8 m的竖直导洞至缺陷部位进一步探明情况，发现该缺陷部位处混凝土呈蜂窝状、钢筋笼裸露，缺陷部分高度0.75 m，深度0.25～0.4 m，见图1。

图1 9-1号灌注桩缺陷部位图

2 缺陷修复措施及原理

2.1 缺陷修复措施

针对上述缺陷，结合工程实际，经工程参建各方研究后决定采用扩径法进行灌注桩缺陷修复，即利用现有导洞(导洞底位于缺陷部位底部以下0.5 m处)沿灌注桩混凝土周边进行环洞开挖，环洞内采用与桩体同标号的混凝土灌注密实，随后将竖直导洞采用制备土料进行分层回填压实。

图2 9-1号灌注桩缺陷修复示意图 单位：mm

灌注混凝土施工前，须进行裸露桩体部分(含缺陷部位)清理工作，即清除干净外部附着的泥土及松散混凝土块，并对混凝土表面进行凿毛处理，对于缺陷深度大于30 cm部位预埋回填灌浆管。竖直导洞的土料回填工作须在灌注混凝土及灌浆施工完毕并对灌注桩检测合格之后进行。

2.2 缺陷修复原理

灌注桩主要工作原理是依靠桩侧阻力来承受传递至其顶部的外荷载和自身重力荷载，同时考虑桩端阻力[1-2]。灌注桩一旦出现质量缺陷，缺陷部位的桩侧阻力则不能发挥作用；同时，由于桩身不完整致使荷载不能够通过缺陷部位桩体向下部传递，使得缺陷部位以下的桩体无法发挥作用，有效桩长变小，从而使其承载能力下降，严重时将影响建筑物的整体稳定。

扩径法修复桩基缺陷是利用上述原理，一方面通过对缺陷部位的桩体进行二次灌注修复，恢复缺陷部分桩体的完整性，保证有效桩长；另一方面利用环洞底部的土体承载力替代缺陷部分桩体所损失的侧阻力并承受环洞部分混凝土的自重，其原理详见下列公式。

R≥S

(1)

(2)

(3)

式中：R为环洞底面竖向受压承载力容许值，kN；S为灌注桩缺陷部分桩侧阻力损失值与环洞混凝土自重之和，kN；r为灌注桩半径，m；B为环洞底宽，m；fa为环洞底面处土层修正后的地基承载力特征值，kPa[2]；u为桩身周长，m；n为灌注桩缺陷部分土的层数；li为灌注桩缺陷部分上下各0.5 m范围内各土层的厚度，m；qik为与li对应的各土层与桩侧的摩阻力标准值，kPa；Gk为环洞部分混凝土自重，kN。

3 施工过程

经计算，本工程9-1号灌注桩缺陷修复导洞底宽1.0 m、高1.8 m；竖直导洞直径0.8 m、洞深14.25 m；为保证缺陷部位新老混凝土结合紧密，在缺陷部位处预埋Φ16水平插筋，插筋伸入桩体混凝土0.2 m，超出桩体轮廓线0.3 m、间距0.2 m，梅花形布置。灌注桩缺陷修复示意图见图2。

3.1 竖直导洞施工

(1) 导洞采用人工开挖完成，即由人工从上到下逐层用镐、锹进行挖掘，遇坚硬土层用锤、钎破碎，挖土次序为先挖中间部分后周边，按设计导洞直径加护壁厚度控制开挖截面；出碴采用手动吊葫芦垂直提升至地面，吊至地面上后用手推车运至弃碴处；导洞每掘进1 m均用线锤吊中，校正中心位置后，方可继续开挖。

(2) 导洞护壁采用钢筋箍圈加木板围挡结构，木板厚2 cm、宽20 cm，钢筋箍圈采用Φ20钢筋焊接而成，间距0.8 m。护壁施工采取分段开挖、分段支护的方式交替循环完成，每循环掘进2 m。即一节开挖完成后，采用木板沿导洞周长方向紧密顺排，然后采用Φ20钢筋箍圈固定木板，木板与箍圈采用铁丝绑扎牢固，木板护壁完成后每隔50 cm在洞壁楔入50 cm长Φ20钢筋，以保证木板及箍圈在施工中不会下滑。

3.2 环洞施工

(1) 环洞采用人工开挖完成。即在2个竖洞底部人工利用镐、锹等工具沿灌注桩周边相向进行开挖，若遇坚硬土层用冲击钻破碎。环洞开挖形状为三角形，三角形底宽100 cm，高度根据缺陷范围而定，要求底部低于缺陷部位50 cm，顶部高于缺陷部位50 cm，开挖的碴土利用两边的竖直导洞运出至弃碴位置。

(2) 环洞支护施工：根据现场环洞实际开挖尺寸，环洞支护采用Φ48钢管加木板的方式边开挖边支护，每次开挖进尺不大于50 cm。具体方法为：每开挖进尺60 cm后，即采用2 cm厚、20 cm宽的木板沿三角形斜边方向紧密顺排，木板下部采用Φ48钢管同支护木板方向进行纵横向加固支撑，纵钢管间距40 cm、横钢管沿斜面等间距布置3根。为确保钢管的稳定性，钢管要求两头切割成斜面，上段必须紧靠灌注桩混凝土，下端立于下部原状土上的垫木上，垫木规格同支护木板，纵横钢管间、钢管与木板间采用12号铁丝绑扎牢固。

3.3 插筋及预埋灌浆管施工

(1) 缺陷部位布设水平插筋，插筋采用Φ16螺纹钢筋。人工采用电钻在缺陷部位钻孔，孔深20 cm，孔间距为20 cm，孔打好后采用锚固剂进行插筋安插。

(2) 若缺陷深度超过30 cm时，须在缺陷部位顶部预埋回填灌浆管，灌浆管采用Φ25的塑料管，管壁钻设出浆孔，梅花形布置，间距5 cm，出浆口外采用无纺布包裹，防止浇筑混凝土时堵塞。灌浆管利用周边插筋固定牢靠，待修复混凝土达到7 d龄期后进行回填灌浆。

3.4 灌注混凝土施工

(1) 人工清除灌注桩缺陷部位的松散物，凿除裸露钢筋上附着的混凝土，并对修复部位混凝土表面进行凿毛处理，清理完成后对待修复部位混凝土面采用有压水清洗干净。

(2) 为了确保环洞内混凝土能够浇筑密实，混凝土浇筑高度必须高于环洞50 cm。混凝土浇筑采用导管由一侧导洞单向入仓，另一侧导洞作为排气洞，当另一侧导洞内的混凝土上升至缺陷部位上50 cm时，停止混凝土浇筑。

(3) 待混凝土浇筑完成且强度达到设计强度70%后进行回填灌浆。回填灌浆采用灌浆机按规范要求进行注浆，确保缺陷部位及新老混凝土之间充填密实。灌浆压力0.3～0.4 MPa，浆液水灰比取0.5。

3.5 竖直导洞回填施工

待回填灌浆完成且强度达到设计强度70%后进行声波检测，待检测合格后方可进行导洞回填。回填采用人工向导洞分层回填土料，土料含水控制在9%左右，层厚20 cm，人工用木桩舂捣压实。

4 缺陷修复成效

9-1号灌注桩缺陷修复完成后，经声波检测质量满足设计要求。工程建成运行后，该灌注桩运行良好，未出现非正常沉降，说明扩径法在本工程灌注桩缺陷修复中达到了预期的成效。

5 结 语

扩径法用于修复灌注桩缺陷具有以下几个方面的特点：

(1) 由于竖直导洞的开挖，使得工程技术人员对灌注桩缺陷具体状况具有更为直观、准确地认识和掌握，便于分析导致缺陷原因。

(2) 扩径法修复灌注桩缺陷避免了对完整部分桩体的破坏[3-7]，并且对于缺陷的处理更为直观、彻底，施工质量保证率高，提升了建筑物灌注桩基础安全的可靠度，为灌注桩缺陷修复提供了一种新的选择。

(3)为了减小或避免对灌注桩周围土体的扰动， 扩径法修复灌注桩的施工多依赖人工完成，因此施工效率相对较低，且不适用于地下水位高、坚硬、不易开挖地层。