浅谈桥梁桩基测量及缺陷桩加固处理
1、工程地质概况
某拟建大桥场地位于江河面，南岸为一级阶地，北岸为二级阶地，地势抬高较快。根据钻探资料揭示，岸边场地土层自上而下的分布及岩土主要物理力学指标见表1。其中弱风化砂质泥灰岩为盐渍岩，一般呈灰褐～黑褐色夹白色条纹或白色团块状，中厚层状，节理裂隙发育，岩石较破碎，岩石中含有大量的钙硭硝、硬石膏及岩盐等，局部甚至为纯芒硝、硬石膏及绿化钠晶体。岩石中水平层理较发育，顺层理面泥质含量较高，易击断。全风化层岩性很软，岩芯呈可塑～硬塑粘土夹碎石状，厚0.00～7.60m。强风化层岩性较软，岩芯呈泥夹碎石或碎块状，厚0.00～5.90 m。场地内地下水主要是孔隙水（略有承压性）和基岩裂隙水，水量不大，稳定水位为地表下2.35～3.92ｍ。据所取水样水质分析结果及附近建筑经验，可知该地下水对混凝土具弱腐蚀性，为硫酸盐氯化钠型侵蚀性。
2、桩基础工程质量复合检测
2.1 桩基础类型的选择
综合分析场地工程地质勘察报告，设计采用端承桩基础，桩尖嵌入成岩状况较好的弱风化砂质泥灰岩中2.50～5.00m，考虑桩长均为25.00～30.00 m，设计为钻孔灌注桩单桩基础，一桩一柱，桩直径为1.5和2.0ｍ两种，岸边共32根桩，桩身混凝土强度等级为Ｃ25，桩剖面及构造图见图1（L 为桩长，l 为钢筋笼长，D 为桩径，D1为连接柱径）。
2.2 桩基工程质量复合检测
（1） 桩基工程动测试验
对岸边上的32根钻孔灌注桩桩身完整性全部进行检测，检测采用小应变应力波反射波法和机械阻抗法相结合，根据应力波理论和反射波特征及导纳曲线综合分析，确定桩身完整性，检测结果表明2-1#，11-4#两根桩桩身不完整，存在缺陷，其余桩质量均合格。分析图2桩的导纳曲线，从图2（a）可以清楚地看出2-1#桩上波在断裂处重复反射，△ƒ =240Hz，△L = C/2△ƒ =4350/480≈9m，表明断桩约在9m处（波速取4350m/s）。由图2（b）中可以计算出断桩大致在11m处。
（2） 桩静载荷试验
根据建筑桩基技术规范要求，任意抽选3根桩径为2.0ｍ的工程桩2-1#（L = 26.30 m），4-2#（L =27.20m）和11-4#（L =28.12m）进行单桩静载试验，其Q-s 特征曲线见图3，其中2-1#，11-4#两根桩未达到设计要求，判定其极限承载力分别为7560和7800 kN；4-2#桩满足设计要求，其极限承载力达到8970 kN。这3根桩静载试验及动测结果见表2。
（3） 桩身抽芯检测
为了进一步查明2-1#和11-4#桩的具体缺陷部位，决定对这2根事故桩进行钻孔抽芯检测。从抽取的芯样结果来看，2-1#桩在桩顶下9.00～10.23m存在断桩不胶结现象，11-4#桩在桩顶下11.00～12.41m也存在断桩不胶结情况，芯样均不成块，因钻进时破碎掉块，无法揭露破碎段的总长度，桩身其他部位混凝土胶结较好，经取样试验，其桩身混凝土强度符合设计要求。
2.3 桩基工程事故分析
分析动测、静载试验和抽芯3种复合检测的结果，结合现场施工记录和地质报告的实际情况，认为造成这2根桩的工程质量事故的主要原因如下：
（1） 从图2的Q-s 关系曲线可以看出，2-1#桩在荷载加至7560kN 时，沉降量骤增，荷载无法稳定，Q-s 曲线为陡降形，动测结果判断其桩身在9.00m处存在断裂缺陷。沉降量骤增的原因可能是由于清孔时间过短或孔口泥浆比重没有测量准确（泥浆比重应小1.15），造成孔底沉渣过厚（大大超过规范值50.00mm）；另一个重要的原因是与桩底基岩为白云灰质岩有关，在桩端部位遇到灰岩溶洞时，其桩端沉渣很可能为溶洞积淤涌入造成。
（2） 对11-4#桩，静载试验中荷载加至7800kN时，沉降量骤增，荷载无法稳定，Q-s 曲线为陡降形，而且单桩竖向抗压极限承载力与设计值接近，与4-2#桩比较，存在异常现象。动测结果还显示11-4#桩在11.00m左右处也存在断裂、混凝土离析或胶结不良等缺陷。
（3） 地下水位高、且丰富，导致场地内地下水压高，孔隙水压力不易消散，易使混凝土离析和胶结不良。另外在施工2-1#和11-4#桩基础过程中，浇筑混凝土到9.00m和11.00m左右处突然停电，施工被迫中断，致使隔水层凝固形成一层硬壳，后续混凝土无法灌入，导致该处有断裂缺陷。
3、缺陷桩加固方案及处理效果
为了保证桩基工程质量，根据设计技术要求，对存在质量问题的2根桩进行技术处理，经过分析比较这2根桩的质量事故的类型，决定对2-1#桩先采用高压旋转喷射清除孔底沉渣，再补灌细石混凝土，将桩底充填密实以满足沉降要求，之后采用高压喷射注浆来处理混凝土离析或断裂部位。对11-4#桩采用高压喷射注浆方案处理桩的缺陷部位。
3.1 高压喷射注浆法处理桩基缺陷部位
（1） 材料选用与配比
① 主材料为525#普通硅酸盐水泥，外检合格；
② 掺入化学剂：为了提高处理段的混凝土强度，在水泥中加入2%的NaCl；
③ 水灰比：0.4。
（2） 施工注意事项
① 桩上钻孔应穿过缺陷段进入完整段1.5～2.0m，施工中应注意孔内水量的消耗情况；
② 孔口用水泥封固预埋一根长1.2m、直径73mm的岩芯管，高出桩顶0.4m，且带接箍，养护一周到一定强度后方可使用；
③ 插入注浆管至距孔底10～15cm，并与预埋管口连接部位安装一个变接头；
④ 注浆管上部与高压泵车接通；
⑤ 孔口与预埋管暂不连接封闭，先低压向孔内注浆，使注浆孔内清水突出，直到出现浓浆溢出即连接封闭预埋管加压注浆，使泵压提高到10MPa以上；
⑥ 记录注浆量、水泥用量、泵压、持续时间，直到泵压自动增高，不进浆或浆液从桩周溢出，待稳定20min 后停止送浆。稍后管内压力释放降低，卸开孔口连接管丝扣，提出送浆管，用清水冲洗注浆管，并在孔内灌满水泥浆，同时从孔口投入适量瓜子片碎石，一面投碎石一面用钢筋上下搅动。
3.2 桩底沉渣清除及混凝土的回灌
在2-1#桩中心孔旁侧施工一个排水、排浆孔，孔径φ110mm，深度以打穿桩身混凝土为准，并在中心孔和排水孔各预埋一根长1.2m、直径73mm岩芯管，带接箍。孔口安装旋喷钻机，在中心孔通过钻杆，底部配有高压旋喷钻头。启动高压泵，喷射高压水（15～20MPa），从上到下来回旋转喷射，使孔底沉渣通过高压水从排水孔和中心孔排出，当沉渣清理符合要求时，停止喷射，回灌坍落度为16cm、强度为C25的瓜子片碎石混凝土。
3.3 缺陷桩处理效果
对缺陷桩加固的技术指标要求是：断桩破碎带压浆处理后强度要大于15MPa，而桩底沉渣段处理后强度也应达到15MPa 以上。
对2根缺陷桩进行处理后，仍采用低应变法检验加固后的桩身质量，检测结果显示2-1#桩的动刚度（740×107N/m）较大，根据平均波速（C =4350m/s）计算出桩长26.02m，与实际长度一致，可以判断桩身缺陷已修复。由检测数据计算11-4#桩的桩长为28.07m，也与实际桩长一致，表明桩身修复后完整性较好。再对这2根桩进行第2次静载荷试验，测得2-1#桩极限承载力为8150kN，比第1次静载试验的极限承载力提高22.2%，累计沉降值为21.2mm。测得11-4#桩极限承载力为8120 kN，承载力提高4%。这表明桩底沉渣的清除及回灌混凝土法和对桩身缺陷段采用高压注浆的方法是合理有效的。
4、结论
（1） 利用静载、动测和抽芯试验等方法复合检测桩的工程质量是可行的，但是静载试验应当结合场地内地质资料、施工记录以及设计要求，有目的地抽选试桩，做到有的放矢。
（2） 钻孔灌注桩在钻孔完毕后要及时清孔，务必清理孔底沉渣至符合桩基规范要求。
（3） 在浇筑混凝土过程中，应当积极采取应急措施，以确保混凝土一次浇筑成功。
（4） 采用高压喷射注浆法将浆液渗入桩身裂隙中，来处理桩身混凝土离析、断裂或胶结不良等缺陷以提高桩身完整性，其效果良好。采用高压旋转喷射气流清除孔底沉渣，及时回灌混凝土处理桩底沉渣过厚的措施得当，使桩基沉降量能满足设计要求。
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