微型鋼管樁在大型箱涵地基加固處理中的應(yīng)用

1 工程概況

鋼筋砼大尺寸排水箱涵位于高速公路坎市互通工程A匝道，箱涵寬29.9m，長(zhǎng)32.1m，結(jié)構(gòu)形式為雙孔13×6m，箱涵中軸線位于小溪河中。該箱涵場(chǎng)區(qū)屬于剝蝕丘陵夾沖洪積盆地地貌，地勢(shì)整體較為平緩；根據(jù)鉆探成果、區(qū)域地質(zhì)資料及調(diào)繪成果，場(chǎng)區(qū)未見(jiàn)斷裂構(gòu)造發(fā)育，也未見(jiàn)其他滑坡、泥石流、地面沉降等不良地質(zhì)作用；場(chǎng)地內(nèi)分布可溶巖，發(fā)育有溶洞，溶洞埋深較深，深度在20～61m，大部分為全填充，充填物為軟塑-可塑含礫粉質(zhì)粘土；地層表層有約3～5.8m厚的密實(shí)軟石層。

2 地基加固處理方案選擇

2.1 工程存在問(wèn)題

2.1.1 通過(guò)箱涵所處地質(zhì)情況了解，其基礎(chǔ)以下地質(zhì)含可溶巖，發(fā)育有較深溶洞，因此為保障地基穩(wěn)定，亟須進(jìn)行地基處理。

2.1.2 本互通改造項(xiàng)目需保障年底通車，工期緊，而該處箱涵工程為本項(xiàng)目控制性工程，是后期路基土石方、材料等唯一進(jìn)出通道，因此急需控制工期，加快施工進(jìn)度。

2.1.3 因工期緊，施工過(guò)程中為保障施工進(jìn)度，施工方式需靈活、穩(wěn)定、安全可靠。

2.2 地基處理方案的選擇

根據(jù)箱涵所處位置的地質(zhì)、水文情況，有以下幾種地基加固處理方案：

2.2.1 方案一：采用48根直徑1200mm 鉆孔灌注樁作為涵底支撐，穿過(guò)淺層溶洞，摩擦樁平均樁長(zhǎng)在40m以上。

2.2.2 方案二：涵底采用1500mm厚鋼筋砼擴(kuò)大基礎(chǔ)，擴(kuò)大基礎(chǔ)后再換填2500mm厚碎石+土工格柵。該方案需開(kāi)挖原地面至少5m以上，且采用鋼板樁圍堰等支護(hù)形式。

2.2.3 方案三：采用中空、孔壁梅花形開(kāi)孔的微型鋼管樁方案，即通過(guò)向中空鋼管樁進(jìn)行注漿，在壓力作用下將水泥漿注滿鋼管樁，并滲透、填充、擠密周邊土地，以達(dá)到樁周土層加固的效果。

經(jīng)比選認(rèn)為：方案一在溶洞區(qū)成樁較難，容易塌孔，且費(fèi)用較高，工期較難保證；方案二危險(xiǎn)性較高，當(dāng)遇有洪水時(shí)，基坑容易被水回灌，易造成基坑坍塌，且先需實(shí)施鋼板樁圍堰，工藝較為復(fù)雜，施工工期較難保證；方案三對(duì)場(chǎng)地、機(jī)具要求不高，對(duì)周邊影響較小，施工便捷、靈活、安全可靠，適合作為箱涵地基加固處理方案。

2.3 微型鋼管樁處理方案的主要內(nèi)容

微型鋼管樁總計(jì)483根，鋼管為熱軋無(wú)縫鋼管，采用外徑￠108mm，內(nèi)徑￠96mm的注漿鋼花管，樁長(zhǎng)6.5m，鋼管表面預(yù)留間距25cm的Φ2～3cm 小孔，呈梅花狀分布。微型管內(nèi)灌注M30 水泥漿，注漿壓力1～1.5MPa，箱涵底板設(shè)50cm厚C25 砼墊層，墊層底以下鋼管長(zhǎng)6m，頂部外露0.5m與墊層頂部齊平，縱橫向間距1.5×1.5m 正方形布置。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)地條件和淺層地質(zhì)情況，為更好穿透較密實(shí)的淺層地質(zhì)，提高樁端阻力，最終采用預(yù)鉆孔埋入式微型鋼管樁。

圖1 地基處理設(shè)計(jì)圖

3 微型鋼管樁施工工藝流程及相關(guān)施工控制要點(diǎn)

3.1 微型鋼管樁主要施工工藝流程

施工準(zhǔn)備—孔樁定位—機(jī)具就位—鉆孔成孔—機(jī)具移位—插入鋼管—注漿、成樁—清理現(xiàn)場(chǎng)并退場(chǎng)。

3.2 現(xiàn)場(chǎng)施工工藝要點(diǎn)

3.2.1 主要內(nèi)容：在施工前要先做好圖紙審核、試驗(yàn)準(zhǔn)備、測(cè)量準(zhǔn)備和技術(shù)交底、材料設(shè)備準(zhǔn)備等相關(guān)工作，同時(shí)還需對(duì)現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)、水文、地形、地貌進(jìn)行詳細(xì)考查，做好基坑開(kāi)挖及基坑防護(hù)、排水等準(zhǔn)備工作，并根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)情況按圖做好箱涵墊層C25 砼的施工。

3.2.2 控制要點(diǎn)：根據(jù)圖紙準(zhǔn)備微型鋼管樁材料時(shí)，因圖紙中鋼管有設(shè)銜接，且銜接處外焊接外徑Φ124mm 內(nèi)徑Φ110mm的鋼管，長(zhǎng)度為35+35cm。鑒于現(xiàn)有市場(chǎng)無(wú)滿足要求的成品，為更好地保證鋼管的完整性，消除銜接薄弱點(diǎn)，經(jīng)業(yè)主、監(jiān)理、設(shè)計(jì)和施工四方一致同意，要求廠家定做鋼管時(shí)加工鋼管長(zhǎng)度為6.5m，減去銜接環(huán)節(jié)，以此更好地保證質(zhì)量和使用效果[1]。

在現(xiàn)場(chǎng)勘察周邊地質(zhì)水文時(shí)，如有偏差應(yīng)及時(shí)反饋調(diào)整圖紙和施工方案。標(biāo)定或檢驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)使用的儀器、設(shè)備、原材料時(shí)，要提前做水泥漿配合比試驗(yàn)。因溪水流水量較小，小溪河改道后在臨水一側(cè)要做好沙袋圍堰，以保護(hù)基坑；箱涵周邊預(yù)留排水溝槽，并提前備好抽水機(jī)及小型發(fā)電機(jī)，保證及時(shí)排水。

3.3 鋼管樁定位

3.3.1 主要內(nèi)容：待墊層混凝土凝固，且能承受足夠的荷載時(shí)，根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙要求，樁孔按縱橫向間距1.5×1.5m 正方形布置；使用放樣儀器（GPS、全站儀）在墊層上對(duì)微型鋼管樁位置進(jìn)行準(zhǔn)確放樣；使用紅色油漆或者記號(hào)筆在墊層上對(duì)孔位進(jìn)行標(biāo)識(shí)。

3.3.2 控制要點(diǎn)：孔位放樣應(yīng)選擇精度高的GPS或者全站儀進(jìn)行測(cè)量放樣，孔位偏差控制在5cm范圍內(nèi)，并及時(shí)做好標(biāo)記；鉆孔時(shí)，鉆桿中心點(diǎn)應(yīng)將放樣標(biāo)記中心點(diǎn)保持在同一豎向中心線上。

3.4 機(jī)具就位

3.4.1 主要內(nèi)容：使用大小為4×1.75×2.45m 履帶式潛孔沖擊鉆機(jī)，鉆機(jī)根據(jù)鋼管樁孔位進(jìn)行調(diào)整，并安排好注漿機(jī)、小型發(fā)電機(jī)等機(jī)具就位。

3.4.2 控制要點(diǎn)：機(jī)具設(shè)備要及時(shí)檢修和保養(yǎng)，鉆機(jī)就位后放置平穩(wěn)，避免在成孔過(guò)程中產(chǎn)生較大的晃動(dòng)，影響成孔質(zhì)量。

3.5 鉆孔、成孔

3.5.1 主要內(nèi)容：使用潛孔鉆機(jī)在墊層上對(duì)準(zhǔn)孔位鉆孔；為確保樁身直徑及鋼管插入，潛孔鉆采用直徑為Φ150mm的鉆桿；鉆孔過(guò)程中應(yīng)實(shí)時(shí)測(cè)量孔深，并根據(jù)鉆桿長(zhǎng)度算出孔深，孔深宜超過(guò)設(shè)計(jì)孔深的1～5cm，以此確保樁身長(zhǎng)度。

3.5.2 控制要點(diǎn)：鉆孔施工過(guò)程中，為確保樁身垂直度，應(yīng)固定好鉆機(jī)且鉆進(jìn)角度始終與水平面垂直，保證孔位傾斜度不超過(guò)0.5%；鉆機(jī)鉆進(jìn)過(guò)程中要做好鉆進(jìn)記錄，隨時(shí)測(cè)量鉆桿長(zhǎng)度，保證樁身長(zhǎng)度，且一般超過(guò)設(shè)計(jì)孔深1～5cm。成孔后應(yīng)報(bào)告監(jiān)理，并對(duì)孔深及孔徑等指標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)。若在鉆孔過(guò)程中出現(xiàn)偏孔、卡鉆的情況，可使鉆頭退出，然后在原孔位重鉆或回填后重鉆；若出現(xiàn)鉆頭掉落的情況，可在臨近位置選點(diǎn)鉆孔[2]。為避免施鉆過(guò)程引起動(dòng)應(yīng)力，進(jìn)而影響相鄰孔壁的穩(wěn)定，施工時(shí)可采用跳孔分批實(shí)施的方案。

3.5.3 機(jī)具移位：待鉆孔完成后，機(jī)具及時(shí)移至下一根鋼管樁孔位。

3.5.4 插入鋼管：在鉆機(jī)移位后及時(shí)插入成品的鋼管樁和注漿管。為防止塌孔及泥漿雜物流入孔內(nèi)，及時(shí)采用水泥砂漿封堵孔口，注漿管應(yīng)露出孔口0.5m以上。

3.6 注漿、成樁

3.6.1 主要內(nèi)容：待封孔水泥砂漿達(dá)到強(qiáng)度且能承受注漿壓力后，應(yīng)及時(shí)對(duì)成樁孔進(jìn)行壓力注漿；此處微型鋼管樁注漿采用M30 水泥漿。注漿采用孔底返漿法，水灰比0.5∶1，注漿壓力1～1.5MPa，且在注漿施工前進(jìn)行注漿試驗(yàn)，以調(diào)整注漿參數(shù)，注漿過(guò)程中直到孔口冒出原漿液為止，才可結(jié)束注漿，注漿結(jié)束后關(guān)閉閥門并靜止一段時(shí)間，待漿液凝固成樁。

3.6.2 控制要點(diǎn)：為確保成樁質(zhì)量，除嚴(yán)格檢查進(jìn)場(chǎng)原材料的質(zhì)量外，還應(yīng)控制孔內(nèi)注漿的工藝。如控制漿液的水灰比，以保證注漿飽滿、密實(shí)；控制每孔的注漿過(guò)程應(yīng)連續(xù)一次完成。壓注水泥漿施工過(guò)程中要對(duì)注漿時(shí)間、注漿壓力及注漿量做好記錄，驗(yàn)算注漿是否能達(dá)到設(shè)計(jì)要求，出現(xiàn)偏差時(shí)及時(shí)調(diào)整，偏差大無(wú)法調(diào)整時(shí)及時(shí)停止注漿，檢查問(wèn)題，待解決后重新開(kāi)始注漿。與此同時(shí)，注漿過(guò)程中還應(yīng)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)水泥漿按規(guī)范頻率制作標(biāo)準(zhǔn)試件并按要求進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，到齡期后抗壓強(qiáng)度需滿足設(shè)計(jì)要求。

3.6.3 清理現(xiàn)場(chǎng)并退場(chǎng)：機(jī)具設(shè)備轉(zhuǎn)移或退場(chǎng)，清理施工場(chǎng)地并沖洗墊層，做好后續(xù)施工準(zhǔn)備。

4 主要施工效益

4.1 施工靈活

本加固工程只需要較小型的履帶式潛孔沖擊鉆機(jī)，整機(jī)重量5.8t，整體尺寸小、重量輕，適用于交通不便的地段施工；同時(shí)，因沖擊鉆機(jī)調(diào)運(yùn)靈活，周轉(zhuǎn)費(fèi)用低，小范圍地段的地基加固經(jīng)濟(jì)效益較高。

4.2 施工速度較快

在工期較緊的情況下，相同的施工場(chǎng)地內(nèi)微型鋼管樁加固地基可安排多套機(jī)械設(shè)備平行施工，有利于加快工程進(jìn)度；鉆孔灌注樁因泥漿池的用地需求以及所用設(shè)備較大，在固定場(chǎng)地內(nèi)無(wú)法安排多套機(jī)械同時(shí)施工，且很難加快工程施工進(jìn)度。

4.3 施工質(zhì)量較容易控制

微型鋼管樁加固地基工序較少，施工過(guò)程中需控制鉆孔間距、鉆孔深度、水泥漿稠度、注漿壓力、注漿量等，相對(duì)于鉆孔灌注樁和擴(kuò)大基礎(chǔ)，質(zhì)量通病較少，容易保證工程質(zhì)量。后期經(jīng)有關(guān)檢測(cè)單位檢測(cè)，工程質(zhì)量滿足設(shè)計(jì)要求，后期沉降跟蹤觀測(cè)，未發(fā)生明顯沉降。

5 結(jié)語(yǔ)

本箱涵地基加固通過(guò)使用微型鋼管樁進(jìn)行施工處理，具有施工簡(jiǎn)單、對(duì)場(chǎng)地要求低、機(jī)械設(shè)備周轉(zhuǎn)靈活、施工質(zhì)量較容易控制等特點(diǎn)，可以有效降低施工風(fēng)險(xiǎn)，保障施工質(zhì)量安全。本工程直接縮短將近2個(gè)月節(jié)點(diǎn)工期，為年底通車的目標(biāo)任務(wù)打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，同時(shí)也減少了項(xiàng)目管理成本。微型鋼管樁是一種簡(jiǎn)單、快捷、安全、經(jīng)濟(jì)的建筑施工技術(shù)，因此本次微型鋼管樁的施工應(yīng)用可以對(duì)類似工程提供值得參考的經(jīng)驗(yàn)和思路。