微型樁在張涿高速公路病害處理中的應用

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(涿鹿縣河東鎮岔河村東)，路線全長83.6 km。該路段工程地質條件復雜，易于產生地質災害，雖然在建設期對部分路段進行過相應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，導致路基局部路段出現不同程度的沉降、開裂側向滑移。為保證公路建設與運營期的安全，對于此類地質病害，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，演變為軟弱地基，其特點為: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，在建設期間，尤其是高強度、大雨量降水條件時，使路基發生了明顯的側向滑移，在路面上距路肩6.0 m～8.0 m出現一明顯縱向裂縫，裂縫寬度3 cm～8 cm。經多種方法比選后，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構，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，使樁土應力比更大。鋼管微型樁所分擔的荷載大，使基底下一定深度范圍內土層中的附加應力更小，從而也就減少了持力層內可能產生的大量壓縮變形，提高了地基土的承載力，使地基沉降不再發生，達到了沉降與側向滑移病害地基加固的目的［5，6］。

2 微型鋼管樁設計概況

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，微型樁長為10 m(見圖1)。

圖1 K72+679～K72+705段微型樁布設平面示意圖

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

圖2 微型樁布設結構示意圖

4)單孔注漿半徑采用0.75 m～1.0 m。注漿充填系數選用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，共布設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攪拌均勻。

6)注漿。

漿液制備攪拌均勻后，用壓力泵將漿液注入孔內，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

通過現場多次試驗，結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時，嚴禁采用濕法施工，應盡可能避免路基泥化和路面污染，必須采用風動成孔作業，根據現場實際情況，提出最有效的成孔設備配置和工藝配合。

2)當地基和路基填土為粘性土，且含水量大于25%時，使用沖擊式潛孔鉆機和地質30型鉆機掏土組合，用沖擊式潛孔鉆機風動按設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型地質鉆機就位，用打入法掏土，掏土器孔徑略小于設計孔徑，該組合的工效0.2 m/min ～0.4 m/min。

3)當地基和路基填土為粘質砂質土時，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動沖擊器鉆進;鉆至路基頂面時更換鉆頭，采用風動三棱切土鉆具，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，要求鉆桿轉速15 m/min，風動壓力0.6 MPa，該組合工效 1 m/min。

4)當地基填土路基為含碎石或砂礫石土時，直接用沖擊鉆機鉆至設計深度。發現塌孔或漏風時，應填入粘土，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，其泵量隨時可以調節，注漿量用CJ-G5型灌漿記錄儀控制。

4 結語

通過張涿高速公路病害治理工程的實踐，取得如下的結論與建議:

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，注漿壓力可根據經驗或理論估算來確定。依據工程經驗，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。漿液充填系數值建議取0.05～0.10之間。

3)通過現場試驗，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.微型樁基礎在輸電線路工程中的應用［M］.北京:中國電力出版社，2012.

［2］龍淑芝.樹根樁技術在重力式擋墻地基加固中的應用［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用［J］.土工基礎，2011，25(1):37-41.

［4］閆志剛，張國杉.樹根樁技術在基礎加固中的應用［J］.石家莊鐵路職業技術學院學報，2008，7(1):6-10.

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

［6］蘇榮臻，鄭衛鋒.青海地區微型樁桿塔基礎應用分析及關鍵技術［J］.電力建設，2011，3(12):33-36.