橋梁工程高壓注漿置換技術(shù)的運(yùn)用

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高壓注漿置換技術(shù)原理和工藝流程

高壓注漿置換技術(shù)是通過補(bǔ)強(qiáng)孔位布設(shè)技術(shù)在樁身缺陷范圍內(nèi)均勻布孔且孔道穿越缺陷范圍，然后利用高壓清水旋噴切割技術(shù)對(duì)樁基缺陷部位混凝土（低于設(shè)計(jì)強(qiáng)度部分）、夾雜物等進(jìn)行切割、破碎，并通過大排量清水聯(lián)合氣舉反循環(huán)清渣技術(shù)將切割剝落的破碎、離析混凝土塊或其它沉渣清除出樁體外，形成清洗徹底、干凈的空腔并與各補(bǔ)強(qiáng)孔道相互連通，采用高壓旋噴注漿技術(shù)將摻外加劑高強(qiáng)度水泥漿進(jìn)行孔底靜壓注漿，自下而上在主要缺陷段范圍內(nèi)進(jìn)行高壓旋噴注漿，最后逐一進(jìn)行封閉式水泥壓漿施工、補(bǔ)漿處理，達(dá)到通過高強(qiáng)度水泥漿置換、充填缺陷部位，直至充滿整個(gè)腔體達(dá)到置換的目的，使樁身完整性和樁基承載力滿足設(shè)計(jì)要求［1～6］。一般用于橋梁工程混凝土結(jié)構(gòu)質(zhì)量缺陷補(bǔ)強(qiáng)加固及病害處治，對(duì)橋梁樁基，特別是濱海地區(qū)水中深、大樁基礎(chǔ)深度部位缺陷處治更具實(shí)用、經(jīng)濟(jì)、快捷、安全可靠等優(yōu)越性。高壓注漿置換技術(shù)處理樁基施工工藝流程如圖1所示。

關(guān)鍵施工技術(shù)

1注漿材料與配合比設(shè)計(jì)

（1）注漿材料選用。水泥：P•O42．5R普通硅酸鹽水泥；外加劑：高效緩凝型減水劑（JB－2SC）；水：普通自來水；膨脹劑：HEA（粉劑）。（2）水泥注漿配合比設(shè)計(jì)。該橋樁基處理的水泥漿配合比設(shè)計(jì)是采用高于原結(jié)構(gòu)強(qiáng)度1級(jí)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)，水泥注漿配合比設(shè)計(jì)如表1所示。為確保樁基處理后的補(bǔ)強(qiáng)加固效果及質(zhì)量要求，建議在處理類似橋梁樁基時(shí)采用高于原結(jié)構(gòu)強(qiáng)度1級(jí)或2級(jí)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)。

2補(bǔ)強(qiáng)孔位布設(shè)技術(shù)

（1）注漿孔位布設(shè)。該橋主墩7－7號(hào)樁基在距離樁頂41．22～41．94m處樁身邊緣約占樁截面1／5范圍內(nèi)存在質(zhì)量缺陷，經(jīng)多方咨詢及專項(xiàng)論證，結(jié)合樁基缺陷發(fā)生原因、屬性界定缺陷性質(zhì)，確定缺陷部位和處理范圍，進(jìn)行注漿孔位布設(shè)。7－7號(hào)樁基沿樁身方向共布設(shè)3個(gè)注漿孔（見圖2），成三角形對(duì)稱設(shè)置，以在樁身缺陷范圍內(nèi)均勻布置且孔道必須穿越缺陷段范圍，以控制缺陷范圍和利于切割、清渣、注漿施工為原則［7］。（2）鉆孔。采用XY－1A高速液壓回轉(zhuǎn)地質(zhì)鉆機(jī)，101mm金剛石雙管鉆具進(jìn)行抽芯孔施工（見圖3），每孔抽芯完成后，采用110mm金剛石鉆具在孔口段深度約0．5m處進(jìn)行擴(kuò)孔，終孔深度為穿過缺陷段以下不小于1．0m（孔道必須穿越缺陷段范圍，否則重新調(diào)整布孔重鉆）。鉆孔時(shí)，其引孔孔口直徑一般采用110～130mm，終孔直徑不小于91mm［8］。該橋樁基注漿孔直徑為120mm。（3）埋設(shè)孔口壓漿裝置。全部注漿孔道完成后（各孔均與缺陷段連通），將樁頂表面雜物清洗干凈，在孔口埋設(shè)110mm孔口管作為孔口封閉壓漿管。

3高壓清水旋噴切割

通過各注漿孔道利用高壓泵產(chǎn)生的高壓水噴射流對(duì)缺陷段進(jìn)行旋噴切割、破碎施工。高壓水噴射流的壓力參數(shù)指標(biāo)控制應(yīng)低于樁基混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度2～5MPa，由于壓力過高，保壓困難，原則上采用下限值，以利于對(duì)缺陷段不符合設(shè)計(jì)強(qiáng)度部分混凝土、夾雜物進(jìn)行充分切割的同時(shí)避免對(duì)樁身其它合格部分混凝土造成破壞為原則。如樁基混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度為C30，旋噴切割采用水壓參數(shù)：25～28MPa，流量：60～80L／min，提升速度：10～15cm／min，轉(zhuǎn)速：10～15r／min［9］。該橋7－7號(hào)樁基混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度為C30，采用水壓參數(shù)：25MPa，流量：60L／min，提升速度：10cm／min，轉(zhuǎn)速：10r／min。在缺陷處理段內(nèi)反復(fù)進(jìn)行切割、清洗直至孔口返出清水為止。

4大排量清水聯(lián)合氣舉反循環(huán)清渣

大量高壓高速水流在樁基缺陷段循環(huán)流動(dòng)，并攜帶沉渣從孔口下進(jìn)入風(fēng)管的孔內(nèi)氣舉噴出。氣舉反循環(huán)清渣時(shí)，孔內(nèi)開始有相應(yīng)數(shù)量的泥漿水、粗砂、碎石、雜物噴出，經(jīng)過一段時(shí)間清洗后，孔內(nèi)返水逐漸變清。為確保清孔干凈、徹底，需再次逐漸提高泵壓，孔內(nèi)返水則又變黃，直至泵壓升至25MPa左右。清孔一段時(shí)間后，孔內(nèi)連續(xù)返出清水，直至無渣。對(duì)各孔缺陷段進(jìn)行反復(fù)多次氣舉反循環(huán)清渣施工，對(duì)缺陷段內(nèi)雜物、破碎混凝土殘?jiān)謇硪獜氐住⒏蓛?。該橋樁基處理采用空氣壓力參?shù)：0．7MPa，空氣排量：20m3／min。高壓水流切割、氣舉反循環(huán)清渣施工如圖4所示。

5高壓旋噴注漿

清渣完成后，首先從孔口下注漿管至孔底自下而上進(jìn)行靜壓注漿，直至孔內(nèi)的清水被水泥漿置換出孔外，孔口流出濃水泥漿，然后進(jìn)行高壓旋噴注漿。注漿泵壓力參數(shù)為15～20MPa，流量為60L／min，提升速度為10cm／min，轉(zhuǎn)速為8r／min。在3個(gè)注漿孔中的其中1個(gè)孔口接上高壓注漿泵，用15～20MPa的壓力把M40濃水泥漿連續(xù)注入孔內(nèi)，使與之相通的其它2個(gè)孔口返出稀水泥漿，直至返出M40濃水泥漿時(shí)，暫時(shí)停止高壓注漿并關(guān)壓，接著關(guān)閉注漿孔口開關(guān)封閉壓漿。當(dāng)其它2個(gè)孔口再次返出M40濃水泥漿時(shí)，則關(guān)閉其孔口開關(guān)。抽出孔內(nèi)注漿管，在注漿孔口接上擠壓泵，繼續(xù)向孔內(nèi)擠漿，待泵壓上升，最高達(dá)到25MPa，并穩(wěn)定在15～20MPa，穩(wěn)壓時(shí)間20min后停止送漿，停止高壓注漿泵并關(guān)閉孔口，使水泥漿凝固。依此類推，再向另外2個(gè)孔口分別直接擠漿［10～12］。壓漿結(jié)束后在水泥漿液終凝前再進(jìn)行孔口補(bǔ)漿，消除漿液回縮，直至孔口滿漿為止。注漿施工孔口壓漿和補(bǔ)漿工序盡量安排在當(dāng)天氣溫相對(duì)較低時(shí)段進(jìn)行，以減少氣溫變化對(duì)水泥漿收縮造成的不利影響。

結(jié)語

通過抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，28d齡期水泥漿試件的平均抗壓強(qiáng)度為47．7MPa，滿足設(shè)計(jì)要求。經(jīng)基樁聲波透射法檢測、重新鉆孔抽芯取樣試驗(yàn)和物探方法對(duì)該橋樁基進(jìn)行檢測，發(fā)現(xiàn)樁身缺陷范圍內(nèi)的混凝土強(qiáng)度明顯提高，平均波速初檢時(shí)為4377m／s，經(jīng)高壓注漿置換補(bǔ)強(qiáng)加固處理后復(fù)檢為4438m／s，樁身缺陷部分有較大改善。經(jīng)重新鉆孔抽芯取樣，芯樣密實(shí)，符合要求。經(jīng)復(fù)評(píng)為Ⅱ類樁。相對(duì)重建施工而言，高壓注漿置換技術(shù)贏得了施工時(shí)間、降低了成本投入、減少了材料損耗，用較低的造價(jià)最大限度地保護(hù)、保證了原有結(jié)構(gòu)的質(zhì)量安全和使用功能安全。（本文作者：王春華、夏傳友 單位：中國云南路建集團(tuán)股份公司）