桥梁工程高压注浆置换技术的运用

高压注浆置换技术原理和工艺流程

高压注浆置换技术是通过补强孔位布设技术在桩身缺陷范围内均匀布孔且孔道穿越缺陷范围，然后利用高压清水旋喷切割技术对桩基缺陷部位混凝土（低于设计强度部分）、夹杂物等进行切割、破碎，并通过大排量清水联合气举反循环清渣技术将切割剥落的破碎、离析混凝土块或其它沉渣清除出桩体外，形成清洗彻底、干净的空腔并与各补强孔道相互连通，采用高压旋喷注浆技术将掺外加剂高强度水泥浆进行孔底静压注浆，自下而上在主要缺陷段范围内进行高压旋喷注浆，最后逐一进行封闭式水泥压浆施工、补浆处理，达到通过高强度水泥浆置换、充填缺陷部位，直至充满整个腔体达到置换的目的，使桩身完整性和桩基承载力满足设计要求［１～６］。一般用于桥梁工程混凝土结构质量缺陷补强加固及病害处治，对桥梁桩基，特别是滨海地区水中深、大桩基础深度部位缺陷处治更具实用、经济、快捷、安全可靠等优越性。高压注浆置换技术处理桩基施工工艺流程如图１所示。

关键施工技术

１注浆材料与配合比设计

（１）注浆材料选用。水泥：Ｐ•Ｏ４２．５Ｒ普通硅酸盐水泥；外加剂：高效缓凝型减水剂（ＪＢ－２ＳＣ）；水：普通自来水；膨胀剂：ＨＥＡ（粉剂）。（２）水泥注浆配合比设计。该桥桩基处理的水泥浆配合比设计是采用高于原结构强度１级标准进行设计，水泥注浆配合比设计如表１所示。为确保桩基处理后的补强加固效果及质量要求，建议在处理类似桥梁桩基时采用高于原结构强度１级或２级标准进行设计。

２补强孔位布设技术

（１）注浆孔位布设。该桥主墩７－７号桩基在距离桩顶４１．２２～４１．９４ｍ处桩身边缘约占桩截面１／５范围内存在质量缺陷，经多方咨询及专项论证，结合桩基缺陷发生原因、属性界定缺陷性质，确定缺陷部位和处理范围，进行注浆孔位布设。７－７号桩基沿桩身方向共布设３个注浆孔（见图２），成三角形对称设置，以在桩身缺陷范围内均匀布置且孔道必须穿越缺陷段范围，以控制缺陷范围和利于切割、清渣、注浆施工为原则［７］。（２）钻孔。采用ＸＹ－１Ａ高速液压回转地质钻机，１０１ｍｍ金刚石双管钻具进行抽芯孔施工（见图３），每孔抽芯完成后，采用１１０ｍｍ金刚石钻具在孔口段深度约０．５ｍ处进行扩孔，终孔深度为穿过缺陷段以下不小于１．０ｍ（孔道必须穿越缺陷段范围，否则重新调整布孔重钻）。钻孔时，其引孔孔口直径一般采用１１０～１３０ｍｍ，终孔直径不小于９１ｍｍ［８］。该桥桩基注浆孔直径为１２０ｍｍ。（３）埋设孔口压浆装置。全部注浆孔道完成后（各孔均与缺陷段连通），将桩顶表面杂物清洗干净，在孔口埋设１１０ｍｍ孔口管作为孔口封闭压浆管。

３高压清水旋喷切割

通过各注浆孔道利用高压泵产生的高压水喷射流对缺陷段进行旋喷切割、破碎施工。高压水喷射流的压力参数指标控制应低于桩基混凝土设计强度２～５ＭＰａ，由于压力过高，保压困难，原则上采用下限值，以利于对缺陷段不符合设计强度部分混凝土、夹杂物进行充分切割的同时避免对桩身其它合格部分混凝土造成破坏为原则。如桩基混凝土设计强度为Ｃ３０，旋喷切割采用水压参数：２５～２８ＭＰａ，流量：６０～８０Ｌ／ｍｉｎ，提升速度：１０～１５ｃｍ／ｍｉｎ，转速：１０～１５ｒ／ｍｉｎ［９］。该桥７－７号桩基混凝土设计强度为Ｃ３０，采用水压参数：２５ＭＰａ，流量：６０Ｌ／ｍｉｎ，提升速度：１０ｃｍ／ｍｉｎ，转速：１０ｒ／ｍｉｎ。在缺陷处理段内反复进行切割、清洗直至孔口返出清水为止。

４大排量清水联合气举反循环清渣

大量高压高速水流在桩基缺陷段循环流动，并携带沉渣从孔口下进入风管的孔内气举喷出。气举反循环清渣时，孔内开始有相应数量的泥浆水、粗砂、碎石、杂物喷出，经过一段时间清洗后，孔内返水逐渐变清。为确保清孔干净、彻底，需再次逐渐提高泵压，孔内返水则又变黄，直至泵压升至２５ＭＰａ左右。清孔一段时间后，孔内连续返出清水，直至无渣。对各孔缺陷段进行反复多次气举反循环清渣施工，对缺陷段内杂物、破碎混凝土残渣清理要彻底、干净。该桥桩基处理采用空气压力参数：０．７ＭＰａ，空气排量：２０ｍ３／ｍｉｎ。高压水流切割、气举反循环清渣施工如图４所示。

５高压旋喷注浆

清渣完成后，首先从孔口下注浆管至孔底自下而上进行静压注浆，直至孔内的清水被水泥浆置换出孔外，孔口流出浓水泥浆，然后进行高压旋喷注浆。注浆泵压力参数为１５～２０ＭＰａ，流量为６０Ｌ／ｍｉｎ，提升速度为１０ｃｍ／ｍｉｎ，转速为８ｒ／ｍｉｎ。在３个注浆孔中的其中１个孔口接上高压注浆泵，用１５～２０ＭＰａ的压力把Ｍ４０浓水泥浆连续注入孔内，使与之相通的其它２个孔口返出稀水泥浆，直至返出Ｍ４０浓水泥浆时，暂时停止高压注浆并关压，接着关闭注浆孔口开关封闭压浆。当其它２个孔口再次返出Ｍ４０浓水泥浆时，则关闭其孔口开关。抽出孔内注浆管，在注浆孔口接上挤压泵，继续向孔内挤浆，待泵压上升，最高达到２５ＭＰａ，并稳定在１５～２０ＭＰａ，稳压时间２０ｍｉｎ后停止送浆，停止高压注浆泵并关闭孔口，使水泥浆凝固。依此类推，再向另外２个孔口分别直接挤浆［１０～１２］。压浆结束后在水泥浆液终凝前再进行孔口补浆，消除浆液回缩，直至孔口满浆为止。注浆施工孔口压浆和补浆工序尽量安排在当天气温相对较低时段进行，以减少气温变化对水泥浆收缩造成的不利影响。

结语

通过抗压强度试验，２８ｄ龄期水泥浆试件的平均抗压强度为４７．７ＭＰａ，满足设计要求。经基桩声波透射法检测、重新钻孔抽芯取样试验和物探方法对该桥桩基进行检测，发现桩身缺陷范围内的混凝土强度明显提高，平均波速初检时为４３７７ｍ／ｓ，经高压注浆置换补强加固处理后复检为４４３８ｍ／ｓ，桩身缺陷部分有较大改善。经重新钻孔抽芯取样，芯样密实，符合要求。经复评为Ⅱ类桩。相对重建施工而言，高压注浆置换技术赢得了施工时间、降低了成本投入、减少了材料损耗，用较低的造价最大限度地保护、保证了原有结构的质量安全和使用功能安全。（本文作者：王春华、夏传友 单位：中国云南路建集团股份公司）