微型樁在張涿高速公路病害處理中的應(yīng)用

商呈祥 溫亮輝

(1.河北省高速公路張涿張家口管理處，河北張家口 075600;2.河北遠中公路工程有限公司，河北石家莊 050000)

0 引言

張涿高速公路張家口段起點位于涿鹿縣城東部的單家堡，與京化高速相接，終點位于張家口與保定市交界處(涿鹿縣河?xùn)|鎮(zhèn)岔河村東)，路線全長83.6 km。該路段工程地質(zhì)條件復(fù)雜，易于產(chǎn)生地質(zhì)災(zāi)害，雖然在建設(shè)期對部分路段進行過相應(yīng)的夯實和擠密地基處理措施，但最終因高強度、大雨量降水，致使雨水滲入地基和路基，導(dǎo)致路基局部路段出現(xiàn)不同程度的沉降、開裂側(cè)向滑移。為保證公路建設(shè)與運營期的安全，對于此類地質(zhì)病害，采用了鋼花管注漿形成的微型樁方法進行了處理［1-4］。

1 工程概況

張涿高速公路K70+000～K78+000段為半挖半填路段，最大填方高度達15 m以上，填土寬度10 m，該路段為非自重濕陷性黃土，在路基載荷作用下，由于地表降水沿邊坡和地面滲入，使得地基含水量增加，演變?yōu)檐浫醯鼗涮攸c為:天然含水量增大，滿足不了路堤荷載對天然地基承載力的要求，在建設(shè)期間，尤其是高強度、大雨量降水條件時，使路基發(fā)生了明顯的側(cè)向滑移，在路面上距路肩6.0 m～8.0 m出現(xiàn)一明顯縱向裂縫，裂縫寬度3 cm～8 cm。經(jīng)多種方法比選后，采用了鋼花管注漿微型樁加固方法。微型樁方法通過孔內(nèi)注漿顯著增加了樁的摩阻力和抗水平荷載的能力，同時改善了鄰近土層的結(jié)構(gòu)，使密度增大，地基土的承載力提高。同時，鋼管微型樁樁體所承受的荷載比普通鋼筋混凝土樁樁體還要大，使樁土應(yīng)力比更大。鋼管微型樁所分擔(dān)的荷載大，使基底下一定深度范圍內(nèi)土層中的附加應(yīng)力更小，從而也就減少了持力層內(nèi)可能產(chǎn)生的大量壓縮變形，提高了地基土的承載力，使地基沉降不再發(fā)生，達到了沉降與側(cè)向滑移病害地基加固的目的［5，6］。

2 微型鋼管樁設(shè)計概況

1)鋼花管微型樁樁身強度不小于20 MPa，單樁承載力不小于150 kN。

2)根據(jù)路基的填土高度，排距為1.5 m，行距為1.5 m，為等腰三角形布設(shè)，微型樁長為10 m(見圖1)。

圖1 K72+679～K72+705段微型樁布設(shè)平面示意圖

3)根據(jù)微型樁鋼管大小和構(gòu)造要求，微型樁樁徑為140 mm。鋼管直徑為50(見圖2)。

圖2 微型樁布設(shè)結(jié)構(gòu)示意圖

4)單孔注漿半徑采用0.75 m～1.0 m。注漿充填系數(shù)選用3%～5%，單位長度注漿量為0.10 m3～0.30 m3。

3 微型鋼管灌注樁施工工藝以及施工要點

3.1 微型鋼管灌注樁施工工藝

1)樁位布置。

注漿孔坡角最低處開始布設(shè)，共布設(shè)5排，打穿路基進入地基6 m。

2)成樁工藝。

孔徑不小于130 mm;到原地基后用130掏土至設(shè)計深度。

3)下注漿管。

成孔后，下入φ50鋼管，注漿管下部開φ6花孔，其中花孔豎向間距為0.5 m，呈螺旋式。

4)樁身填筑。

以0.5～1.0碎石為骨料拌合水泥填樁頂處。每立方米碎石中拌入 300 kg P.s.a32.5 水泥。

5)制備漿液。

根據(jù)灌注所需的濃度制備漿液，漿液按水灰比為0.6∶1.0來配制，必要時可以加入適量的速凝劑，水泥選用P.s.a32.5礦渣硅酸鹽水泥，水為一般人畜飲用水。用灰漿攪拌機將漿液充分?jǐn)嚢杈鶆颉?/p>

6)注漿。

漿液制備攪拌均勻后，用壓力泵將漿液注入孔內(nèi)，施工注漿采用自下而上分段擠密注漿的方法。在注漿的同時，形成樁身。注漿壓力控制在2.0 MPa，閉漿5 min以上，注漿流量控制在50 L/min。

3.2 微型鋼管灌注樁施工要點

通過現(xiàn)場多次試驗，結(jié)合既有高速公路路基填土及地基的特點，對微型樁加固地基的施工機具提出如下類型:

1)成孔:在高速公路上進行成孔作業(yè)時，嚴(yán)禁采用濕法施工，應(yīng)盡可能避免路基泥化和路面污染，必須采用風(fēng)動成孔作業(yè)，根據(jù)現(xiàn)場實際情況，提出最有效的成孔設(shè)備配置和工藝配合。

2)當(dāng)?shù)鼗吐坊钔翞檎承酝?，且含水量大?5%時，使用沖擊式潛孔鉆機和地質(zhì)30型鉆機掏土組合，用沖擊式潛孔鉆機風(fēng)動按設(shè)計要求孔徑干法從面層開孔至路基頂面。然后移開沖擊鉆，用30型地質(zhì)鉆機就位，用打入法掏土，掏土器孔徑略小于設(shè)計孔徑，該組合的工效0.2 m/min ～0.4 m/min。

3)當(dāng)?shù)鼗吐坊钔翞檎迟|(zhì)砂質(zhì)土?xí)r，不受天然含水量限制，或粘性土含水量小于20%，使用沖擊式鉆機更換鉆頭，鉆機施工一次完成，在路面鉆進時采用風(fēng)動沖擊器鉆進;鉆至路基頂面時更換鉆頭，采用風(fēng)動三棱切土鉆具，鉆頭直徑135 mm，鉆頭合金片呈120°鑲嵌在φ50壁厚5 mm～10 mm空心管上，切片厚度15 mm～20 mm，切片切土角15°(該鉆頭已作為專利正在申報)，該鉆具制造簡單，使用方便，要求鉆桿轉(zhuǎn)速15 m/min，風(fēng)動壓力0.6 MPa，該組合工效 1 m/min。

4)當(dāng)?shù)鼗钔谅坊鶠楹槭蛏暗[石土?xí)r，直接用沖擊鉆機鉆至設(shè)計深度。發(fā)現(xiàn)塌孔或漏風(fēng)時，應(yīng)填入粘土，或加適量水進行二次成孔，以保證成孔順利完成。

5)孔內(nèi)填料和制作安裝鋼花管采用人工方式，注漿采用YSB-250/120型注漿泵，其泵量隨時可以調(diào)節(jié)，注漿量用CJ-G5型灌漿記錄儀控制。

4 結(jié)語

通過張涿高速公路病害治理工程的實踐，取得如下的結(jié)論與建議:

1)鋼花管注漿微型樁的樁徑宜在0.10 m～0.15 m之間，其中的鋼管既起到樁的支撐作用，同時可作為花管直接進行壓力注漿，加固樁體周圍的地基土。通過分析研究與工程實踐，樁距推薦值為1.5 m～2.0 m，單樁承載力在150 kN以上，樁身強度大于20 MPa。

2)微型樁注漿時，注漿壓力可根據(jù)經(jīng)驗或理論估算來確定。依據(jù)工程經(jīng)驗，考慮到地基條件及注漿目的，選用0.2 MPa～0.5 MPa的注漿壓力，工作漿液流量不大于20 L/min。漿液充填系數(shù)值建議取0.05～0.10之間。

3)通過現(xiàn)場試驗，針對地基和路基填土為粘性土、砂性土以及含碎石或砂礫石土三種情況，提出相應(yīng)的微型樁施工配套機具最佳組合與施工要點。這種機具配合合理，施工功效高，在既有高速公路病害加固過程中施工機具移動方便，所需施工場地小，施工速度快，對既有高速公路交通影響較小。

［1］程永峰.微型樁基礎(chǔ)在輸電線路工程中的應(yīng)用［M］.北京:中國電力出版社，2012.

［2］龍淑芝.樹根樁技術(shù)在重力式擋墻地基加固中的應(yīng)用［J］.公路工程，2011，36(4):136-138.

［3］張在保.樹根樁在擋墻地基加固中的應(yīng)用［J］.土工基礎(chǔ)，2011，25(1):37-41.

［4］閆志剛，張國杉.樹根樁技術(shù)在基礎(chǔ)加固中的應(yīng)用［J］.石家莊鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報，2008，7(1):6-10.

［5］劉 菊，魏煥衛(wèi)，祝 健.采用微型樁處理地基下沉的設(shè)計和施工［J］.建筑技術(shù)，2007，9(38):671-672.

［6］蘇榮臻，鄭衛(wèi)鋒.青海地區(qū)微型樁桿塔基礎(chǔ)應(yīng)用分析及關(guān)鍵技術(shù)［J］.電力建設(shè)，2011，3(12):33-36.