探討碎石注漿樁施工技術(shù)在公路工程施工中的應(yīng)用

朱劍平 畢敬偉

摘 要：公路工程建設(shè)中需要應(yīng)對(duì)各種復(fù)雜地質(zhì)情況，當(dāng)?shù)鼗临|(zhì)較差時(shí)會(huì)影響路基穩(wěn)定，此時(shí)設(shè)置碎石注漿樁可加強(qiáng)穩(wěn)固性。本文分析注漿樁的應(yīng)用原理，分析了注漿樁的技術(shù)要點(diǎn)，說明其質(zhì)控方法，并圍繞案例展開分析。

關(guān)鍵詞：碎石注漿樁;公路工程;施工技術(shù);軟土地基

0 前言

碎石注漿樁的優(yōu)勢眾多，設(shè)備設(shè)施輕便，較易適應(yīng)場地要求，施工不易產(chǎn)生過大噪音，對(duì)周圍環(huán)境消極影響小，此外碎石注漿樁承載能力較高，操作易于實(shí)施，工程樁廣泛應(yīng)用此技術(shù)，在高速公路需要制作工程樁時(shí)應(yīng)用價(jià)值較高。本文融合工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，針對(duì)公路工程中進(jìn)行碎石注漿樁技術(shù)問題展開分析。

1 應(yīng)用原理

在現(xiàn)代交通建設(shè)中公路工程技術(shù)持續(xù)顯著進(jìn)步，負(fù)責(zé)經(jīng)濟(jì)流通，促進(jìn)產(chǎn)業(yè)集聚，具有關(guān)鍵作用。在建設(shè)中，部分路段建設(shè)基礎(chǔ)較差，路基地質(zhì)條件存在缺陷。注漿樁屬于鉆孔灌注樁，規(guī)格通常較小，碎石與水泥砂漿是主要成分，由材料膠結(jié)而成，基于此背景，分析成樁工藝時(shí)可將碎石注漿樁歸入鉆孔灌注樁類別，立足樁材料角度，該注漿樁則可歸入膠結(jié)體樁。此類樁直徑通常（30～70）cm，適用樁長≤30 m。原理主要是以小型鉆機(jī)為工具，基于設(shè)計(jì)直徑，按照設(shè)計(jì)深度鉆進(jìn)進(jìn)而成孔，后續(xù)將注漿管置入孔底，投放碎石料。碎石料投放時(shí)，借助注漿管進(jìn)行放水，對(duì)孔壁進(jìn)行清洗。投放碎石料結(jié)束后可注漿，漿液通常采取由下向上的方式逆行灌注，漿液被灌注到地面之后可固結(jié)成樁。在鉆孔中，漿液滲透碎石并固結(jié)碎石，形成所需樁柱，同時(shí)朝向周邊土體滲透。在此作用下，樁體、土體間形成過渡帶，土、砂漿在此區(qū)域結(jié)合，促進(jìn)樁和周圍土體有效摩擦，受此影響，基于受力特性分析，注漿樁又歸為摩擦樁[1]。

2 技術(shù)要點(diǎn)

碎石注漿樁屬于復(fù)合地基，對(duì)于軟土層使用，可進(jìn)行地基處理，例如當(dāng)建設(shè)地點(diǎn)以淤泥質(zhì)土或者粉質(zhì)砂土等為主時(shí)，可選用此樁。通常適合用于含水量較小的路段，效果較為明顯，含水量過大時(shí)功能存在局限性。碎石注漿樁施工應(yīng)按此次序進(jìn)行：鉆孔——清孔——投石——注漿。上述工藝為施工必要工藝，并非完整技術(shù)要點(diǎn)，碎石注漿樁建設(shè)中應(yīng)控制施工技術(shù)，科學(xué)控制技術(shù)環(huán)節(jié)，還應(yīng)強(qiáng)化質(zhì)量監(jiān)測。

2.1 鉆孔技術(shù)

常規(guī)公路工程樁直徑通常為（30～70）cm，樁長通?！?0 m，故而鉆機(jī)型號(hào)鉆頭應(yīng)適中，直徑大小符合要求，并了解單程鉆深是否符合需要。鉆孔指標(biāo)方面，應(yīng)控制垂直度偏差，還應(yīng)控制泥漿的比重，并科學(xué)調(diào)整鉆孔深度。

在鉆孔過程中，鉆孔應(yīng)垂直，偏差≤1%。為促進(jìn)鉆孔垂直，應(yīng)在監(jiān)測同時(shí)鉆孔。還應(yīng)及時(shí)為鉆頭降溫，延緩鉆機(jī)鉆頭磨損，促進(jìn)鉆頭服役周期延長。鉆頭降溫通常采用邊鉆孔邊注水的方法。鉆進(jìn)周期中可見眾多砂土、泥質(zhì)土，應(yīng)予以及時(shí)清除，以期提高鉆孔效率，避免堵塞鉆孔。在鉆進(jìn)時(shí)應(yīng)該持續(xù)檢查泥漿比重。常規(guī)砂土比重為（1.17～1.25）區(qū)間，淤泥質(zhì)土比重通常為（1.20～1.25），此種泥漿比重具有科學(xué)性，鉆機(jī)鉆孔較易推進(jìn)。鉆機(jī)鉆孔中會(huì)留下部分泥土、礫石，因此鉆孔實(shí)際深度應(yīng)略深于設(shè)計(jì)孔深[2]。

2.2 清孔技術(shù)

清孔分為兩次。初次清孔鉆孔完成后實(shí)施，鉆孔抵達(dá)設(shè)計(jì)深度，原位回轉(zhuǎn)鉆具，并采用循環(huán)沖孔方式排渣，清孔時(shí)觀察沉渣厚度，當(dāng)其<10 cm時(shí)，孔內(nèi)泥漿比重約為1.15，泥漿比重符合要求后，進(jìn)行提鉆移機(jī)操作，測繩測量孔深，使用檢孔器對(duì)孔徑進(jìn)行測量。二次清孔應(yīng)實(shí)施于投石階段，投石清洗同步進(jìn)行，該階段孔內(nèi)泥漿比重約1.05。

2.3 投石技術(shù)

清孔后立即投放碎石，將注漿管置入孔底然后投石。投放時(shí)應(yīng)預(yù)防碎石沖刷孔壁，所以孔頂部應(yīng)設(shè)置碎石導(dǎo)向管，保證碎石直徑（20～40）mm，投石抵達(dá)孔口標(biāo)高可停止。

2.4 注漿技術(shù)

借助砂漿泵輸送水泥砂漿，以注漿管為通道壓入孔內(nèi)，選用SGB-10型砂漿泵，或同類型，砂漿泵注漿管選用普通鋼管，砂漿材料選用常規(guī)硅酸鹽泥。砂粒徑≤0.5 mm。以設(shè)計(jì)強(qiáng)度為依據(jù)控制砂漿配比，注漿量達(dá)標(biāo)后，應(yīng)避免泥漿受重力影響向土體大規(guī)模擴(kuò)散，縮減用漿量，向上緩慢拔管，速率取決于注漿量，拔管間距0.5 m/次，同時(shí)持續(xù)注漿，孔口翻漿比重為95%注入砂漿比重時(shí)，實(shí)施一次拔管。注漿質(zhì)量應(yīng)嚴(yán)格控制，在注漿時(shí)受到注漿管振動(dòng)影響，孔口石料下沉，因而注漿時(shí)應(yīng)持續(xù)補(bǔ)料，注漿后可見樁頂漿液下沉，需要回灌作業(yè)[3]。

3 質(zhì)量監(jiān)控

鉆孔、清孔以及投石、注漿工序完成后，應(yīng)檢驗(yàn)樁質(zhì)量。根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，施工結(jié)束后，應(yīng)檢查樁身質(zhì)量。檢測手段多采用：鉆孔取芯、聲波透射或者高應(yīng)變動(dòng)力試驗(yàn)等方法，碎石注漿樁多行鉆孔取芯檢測以及無損低應(yīng)變動(dòng)態(tài)檢測?；臼┕そY(jié)束，檢測樁質(zhì)量，經(jīng)初步判斷未見不合格，此時(shí)無法保證未來運(yùn)行周期安全性。應(yīng)檢測完工的碎石注漿樁，監(jiān)測沉降情況與水平位移，觀察地表沉降，分析地基沉降情況，還應(yīng)對(duì)地基土體和地面的水平位移情況進(jìn)行監(jiān)測，檢查空隙水壓力，分析土壓力。

3.1 水平位移監(jiān)測

（1）地基土體。實(shí)施測斜管觀測，選用塑料管作為測斜管，在路堤邊坡的趾部區(qū)域埋設(shè)。埋設(shè)施工中，鉆機(jī)導(dǎo)孔應(yīng)控制垂直偏差率為≤1.5%。測斜管底部深度控制要求為入粉砂層、亞粘土層約100 cm，管頂應(yīng)高于地面50 cm，此外加蓋保護(hù)。

（2）地面。實(shí)施位移邊樁觀測，路堤兩側(cè)趾部進(jìn)行埋設(shè)，在坡腳處埋設(shè)一根，其余在邊溝外側(cè)埋設(shè)。邊樁為10 cm×10 cm規(guī)格砼預(yù)制樁，埋入深度要求1.5 m，露出地面要求10 cm。埋置時(shí)選擇打入法，回填密實(shí)樁周。

（3）孔隙水、土壓力。孔隙水壓力計(jì)選擇“一孔多只孔壓計(jì)”方法埋設(shè)，自砂墊層底部起步，2 m為間隔埋設(shè)。鉆孔埋設(shè)過程中，詳細(xì)記錄鉆孔。單孔壓計(jì)埋設(shè)完成，立即實(shí)施接收儀器檢查，確?？讐河?jì)正常。監(jiān)測土壓力時(shí)選擇土壓力計(jì)，采用挖坑水平埋設(shè)方式，坑底處理平整密實(shí)，經(jīng)過埋設(shè)，土壓力計(jì)保證位置正確穩(wěn)固，空間方位20 cm左右均以細(xì)砂填實(shí)。埋設(shè)單只后應(yīng)立即測試，糾正問題，及時(shí)調(diào)換。埋設(shè)結(jié)束后土壓力計(jì)可見初讀數(shù)進(jìn)入穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，然后開展后續(xù)填筑工作。

（4）承載力。水泥攪拌樁需要實(shí)施承載力觀測。該觀測需要開展單樁載荷試驗(yàn)、多樁載荷試驗(yàn)。水泥攪拌樁進(jìn)行載荷試驗(yàn)應(yīng)為施工3 m后實(shí)施，水泥攪拌樁在進(jìn)行單樁容許承載力檢測時(shí)，其值應(yīng)≥120 kN，也就是設(shè)計(jì)承載力參數(shù)。

（5）觀測監(jiān)測。承載力行單獨(dú)觀測，路堤施工時(shí)其余項(xiàng)目觀測頻率均相同。觀測頻率應(yīng)根據(jù)時(shí)期差異而定。填土期觀測（1～2）次/d;預(yù)壓期第（1～4）w中2日1次;預(yù)壓期第3 w～至3 m要求1次/w;預(yù)壓期3個(gè)月后直到上路面結(jié)束前觀測頻率15 d進(jìn)行1次。營運(yùn)開始，在設(shè)計(jì)觀測期結(jié)束前，6個(gè)月為間隔觀測1次。設(shè)計(jì)觀測期應(yīng)從施工初期至營運(yùn)期2年內(nèi)。路堤填筑施工中，第一級(jí)加載控制為3.0 m，不含砂墊層，1.5個(gè)月速度加載，砂墊層填筑、頂部填土，都應(yīng)依據(jù)上述頻率予以觀測，同時(shí)控制加載速度為適中狀態(tài)，保證加載厚度控制在均勻狀態(tài)，避免高集中料堆殘留[4]。

3.2 沉降監(jiān)測

以地表沉降、地基分層沉降為主要內(nèi)容。前者使用沉降板，后者依據(jù)分層沉降標(biāo)。設(shè)置沉降板在工格柵、土工格室之上，也可選擇砂墊層。埋設(shè)在路基中心、路肩或者坡趾以及兩側(cè)路幅中心。沉降板底槽埋設(shè)應(yīng)平整，其下鋪設(shè)砂墊層，規(guī)格為60 cm×60 cm×20 cm。分層沉降標(biāo)選擇鉆孔埋設(shè)方式，鉆孔垂直偏差≤1.5%，杜絕塌孔縮孔，下套管、泥漿護(hù)壁，隨埋隨接波紋管、導(dǎo)管，在觀測分層沉降測點(diǎn)是應(yīng)設(shè)置間距為1 m。

3.3 綜合控制

碎石注漿樁建設(shè)期，從開孔開始到結(jié)束需要維持連貫作業(yè)，避免中途停工。測量定位應(yīng)精準(zhǔn)。成孔施工質(zhì)量應(yīng)嚴(yán)格控制，關(guān)注成孔這一關(guān)鍵環(huán)節(jié)。避免塌孔事故，當(dāng)發(fā)生塌孔情況時(shí)及時(shí)停止鉆進(jìn)，對(duì)塌孔部位情況予以實(shí)際勘查，及時(shí)對(duì)癥處理，避免偏孔事故，建設(shè)開始前應(yīng)加強(qiáng)場地平整，完善基礎(chǔ)工作。鉆孔過程中應(yīng)該堅(jiān)持“三點(diǎn)一線”，鉆孔偏斜意外發(fā)生后，應(yīng)及時(shí)應(yīng)急處理，采用相應(yīng)辦法解決此事故。清孔質(zhì)量應(yīng)行嚴(yán)格監(jiān)測，遵循科學(xué)清孔程序?qū)嵤┣謇聿僮?。注漿質(zhì)量控制需要在注漿前明確孔內(nèi)以及管中雜物，檢查注漿器材設(shè)備，予以性能檢查和校正，在進(jìn)行注漿操作時(shí)應(yīng)嚴(yán)格控制注漿壓力，控制泥漿土質(zhì)比重，保證規(guī)范注漿。

4 應(yīng)用案例分析

4.1 工程背景

本研究所選案例為某公路路段，該公路為雙向公路，公路寬度為八車道。路段長度129.5 km，預(yù)期時(shí)速要求120 km/h。該路段所在區(qū)域地理位置為山區(qū)，環(huán)境條件為日常較長，降雨充沛，最低氣溫-7.5℃，最高氣溫36℃，常年處于（17.9～20.7）℃區(qū)間，年均降水170 d左右，降水量為（1 560～2 231）mm/年。該工程為軟土地基施工，施工區(qū)域以軟土為主，土層厚度不均勻。軟土厚度多在（16～21）m之間，以海積軟土、沖積軟土為主，分布以相對(duì)連續(xù)性質(zhì)居多，多為黏土、淤泥以及細(xì)砂。該處土壤具有較高孔隙比，土壤中水分含量較大，經(jīng)檢驗(yàn)為高壓縮性土質(zhì)。施工區(qū)域內(nèi)經(jīng)過一些沖擊形成水塘和溝渠，另有部分為湖沼堆積形成，此類區(qū)域?yàn)檐浲镣临|(zhì)，分布不集中，常規(guī)厚度（50～100）cm。該處固結(jié)程度不佳，流變性表現(xiàn)明顯。工程分析顯示，本次工程施工地質(zhì)不利因素為土層厚度不均勻且濕度過高，土壤中存在大量有機(jī)質(zhì)，穩(wěn)定性差，抗剪度弱，同時(shí)可見高壓縮表現(xiàn)。

4.2 施工過程

針對(duì)路段穩(wěn)定性差問題，需要采用碎石注漿樁進(jìn)行加固，防控不均勻沉降。加固路段共計(jì)499 m，設(shè)置樁徑（40～60）m，長度為（16～22）m，樁間距參數(shù)4 m。本次樁基墊層鋪設(shè)中先鋪設(shè)0.6 m厚的隨時(shí)，然后設(shè)置土工格柵2層，再行鋪設(shè)0.6 m厚度灰土，最后鋪設(shè)木工格柵2層。處理地基表面后使樁機(jī)抵達(dá)施工位置，標(biāo)注樁孔。鉆桿垂直度應(yīng)≤1%。在鉆進(jìn)的同時(shí)加注泥漿，避免塌孔。觀察土質(zhì)情況，先實(shí)施干鉆，入土（2～3）m。使用加堿膨潤土制成人工造漿護(hù)壁。開孔時(shí)設(shè)置為慢速，鉆進(jìn)工程中維持（50～100）r/m。在此過程中泥漿比重參數(shù)應(yīng)為（1.25～1.35），稠度要求（18～25）m。鉆孔深度符合設(shè)計(jì)要求后，鉆桿提起0.3 m，回轉(zhuǎn)（3～30）min，沖孔施工，監(jiān)測孔底沉渣厚度，厚度≤0.3 m停止。驗(yàn)收鉆孔。最終鉆孔深度>設(shè)計(jì)深度0.3 m，孔底部位沉渣0.1 m，分析孔中泥漿比重，比重值≤1.15。鉆孔結(jié)束后進(jìn)行一次洗孔，然后在投放碎石料時(shí)二次洗孔。

所用石料粒徑要求（0.2～4.0）cm，30 min內(nèi)投放完畢。注漿時(shí)要求壓力參數(shù)（1.5～2.0）MPa。砂漿中水和砂的投入單位為1U，水泥為1/2U，減水劑在未0.008U。在上拔注漿管時(shí)，速率控制為（0.5～0.3）m/min，監(jiān)測孔口翻漿比重，符合標(biāo)準(zhǔn)后繼續(xù)注漿30 s。靜載荷試驗(yàn)檢測數(shù)據(jù)曲線如圖1。

5 結(jié)論

綜上所述，公路施工的核心部分為路基，選擇碎石注漿樁可促進(jìn)降低成本，提高施工效率，還可增強(qiáng)路基堅(jiān)固性，提高路基穩(wěn)定性。在具體工程中，應(yīng)全面掌握現(xiàn)場情況，予以科學(xué)分析，嚴(yán)格控制鉆孔、清孔、投石以及漿液灌注全周期工作，加強(qiáng)質(zhì)量監(jiān)控，做好偏差處理預(yù)案，監(jiān)控注漿樁建設(shè)質(zhì)量，提高公路質(zhì)量，促進(jìn)交通經(jīng)濟(jì)發(fā)展。

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