高速公路樁板式無土路基復合植入樁施工技術

吳康寧

（1.安徽省經工建設集團有限公司，安徽 合肥 230051；2.安徽省交通控股集團有限公司，安徽 合肥230088）

1 工程概況

合肥繞城高速隴西至路口段起點為隴西互通，南接蕪合高速，終點為路口互通，北接合徐高速，是G3京臺高速和G40滬陜高速的共線段，也是安徽省內最為繁忙的高速公路之一。隨著社會經濟的快速發展，該路段雙向四車道的容量已逐漸顯現出難以滿足交通增長的需求，為緩解高速公路的交通壓力，對原既有高速公路的兩側進行拓寬以滿足交通的實際需要。為改進高速公路施工工藝技術，提高工程質量和經濟效率，減少建設用地，在肥東界內的S101橋（跨合蚌路分離立交橋）終點往北長244 m路段（樁號為K7+065.365—K7+309.277）采用樁板式無土路基，即在原高速公路兩側邊拼寬的方式，將原來雙向四車道擴建為雙向十車道，如同沿著高速公路兩側各架設一座長橋，與原既有高速公路路面合體形成“半路半橋”的路面（見圖1）。

圖1 樁板式無土路基效果圖

根據設計施工圖紙，樁板式無土路基由樁基、梁板兩大部分組成，其樁基是由一排在既有高速公路護坡上的樁和一排在高速公路護坡外側的樁共兩排樁組成，其中護坡上的一排樁距既有高速公路鋼護欄立柱為3.8 m，護坡外側的一排樁距護坡上的一排樁距離為6 m（如圖2）。樁基采用復合植入樁法施工技術，其工程量由北向南方向左邊共計為77根樁、右邊共計為87根樁，累計164根。預制管樁結構型號為HPC500AB型管樁+PRC-I500C型管樁。現場地貌為農田、溝塘等。

圖2 樁板式無土路基結構圖（單位：mm）

2 復合植入樁的概念

復合植入樁是指采用旋挖設備旋挖成孔后，在樁孔內注入一定量的水泥砂漿，然后用汽車起重機將預制管樁植入樁孔，啟動振動錘擊振使其有效接觸孔底且使水泥砂漿密實，自然養護成型后使預制管樁與水泥砂漿固化成一體的雙層結構物。由其側面與土層產生摩擦承載樁頂上部建（構）筑物荷載。預制管樁與水泥砂漿在樁孔內固化成一體的部分稱為復合段。一般情況下指在自然地面以下部分采用預制管樁與水泥砂漿固化而成的結構和自然地面以上為預制管樁組成的整體結構物稱為復合植入樁，簡稱復合樁，如圖3所示。

圖3 復合植入樁示意圖（單位：mm）

3 施工工藝

復合植入樁施工工藝流程由文獻[1]可知，如圖4所示。

主要施工技術質量要求：a）旋挖鉆機旋挖成孔應連續不間斷地施工，當地下水位較高、有承壓水的砂層，厚度較大的淤泥、淤泥質土層時，應使用筒式鉆頭施工。出現塌孔嚴重時應及時回填，并經沉積密實至少24 h后方可重新鉆孔，在此期間周圍相鄰的樁孔不得施工。樁孔的垂直度偏差應小于1%。b）水泥應采用P.O42.5R型硅酸鹽水泥或普通硅酸鹽水泥；砂應為潔凈、干燥無雜質的天然中粗砂；粉煤灰不得低于二級標準。c）當樁孔內有積水時應采用水系混凝土導管法灌注砂漿。d）汽車起重機植樁時采用抱箍和鋼絲繩組成的起吊裝置以保證其垂直起吊。植樁時應對準樁孔中心，避免碰撞孔壁，應緩慢垂直自由下放，同時應從垂直的兩個方向校正其垂直度。e）振動樁錘啟振前應校正振動樁錘中心與管樁的中心在一條直線上，啟振時要密切監測管樁的貫入度，以樁頂標高控制收錘，沉樁過程應連續且確保樁底接觸孔底，垂直度偏差應小于0.5%，標高不得大于-5 cm，如有偏差及時進行糾偏。

4 施工設備和材料

4.1 施工設備

圖4 復合植入樁施工工藝流程圖

本工程投入的施工設備如表1所示。

表1 施工設備一覽表

4.2 施工材料

施工材料有PHC500AB管樁、PRC-I500C管樁、水泥、河砂、粉煤灰、水、外加劑等，其主要材料規格型號如表2所示。

表2 主要材料規格型號一覽表

主要技術質量等要求：a）施工所用的預制管樁進場需根據施工進度提前安排；所有進場原材料都嚴把質量關，嚴格選擇材料生產供應廠家，水泥、河砂、粉煤灰、外加劑等原材料必須有產品合格證等相關合格證明材料，進場時要檢查驗收，并按要求做好材料抽檢、試驗，堅決做到不合格的原材料不進場，以確保原材料的質量合格。b）相關材料在使用前要進行嚴格檢驗試驗，符合要求后方可使用。c）合理儲備并抓好材料裝、運、卸、消耗等一系列環節，在保證質量的基礎上，厲行節約，減少浪費。

5 施工過程控制

5.1 旋挖鉆機旋挖成孔質量控制

旋挖鉆機旋挖成孔主要體現在連續不間斷地在地下隱蔽性的環境中進行旋挖鉆進作業，在較短的時間內完成作業并保證樁孔質量符合要求。因此在旋挖成孔之前應對其施工組織進行科學合理優化，實現施工流程和工序安排的最佳組合，對旋挖成孔作業起到指導作用。根據工程試樁實踐確定了旋挖鉆機旋挖成孔工作流程為：旋挖鉆機就位，做好旋挖成孔準備→鉆頭著地后校正其垂直度隨即進行旋挖鉆進作業，使土體裝滿鉆頭→旋挖鉆機旋回鉆頭，將滿土鉆頭提至樁孔外→反旋鉆頭傾倒并清空鉆頭上的土體→將鉆頭緩緩下放至樁孔內再次旋挖鉆進取土，如此循環作業直至設計深度→旋挖鉆進結束后進行清孔，對孔深、孔徑、垂直度精確測量→旋挖成孔施工完畢。

根據施工現場實際情況，旋挖鉆機施工前必須要充分考慮的影響因素有：場地整平以及操作平臺要符合旋挖鉆機作業要求，旋挖鉆機排渣、相關機械設備的組合與配備、施工材料的準備等。統籌安排好各項工作，使施工場地的布置與安排必須充分滿足施工要求、確保施工質量為標準。

5.2 水泥砂漿及灌漿質量控制

水泥沙漿設計配合比如表3所示。

水泥砂漿應通過試配確定施工配合比，外加劑按施工設計要求添加，且配合比要隨施工現場實際情況的變化及時調整，并做好施工檢測和記錄。在灌注水泥砂漿時不定時加強對和易性的檢測控制，樁孔內有積水時必須采用導管法灌注。

表3 水泥砂漿設計配合比表kg/m3

水泥砂漿自拌制完成到灌漿結束時間不得超過40 min，其他各項技術指標要符合設計要求，每道工序技術資料記錄詳細，各項施工原始記錄齊全完整。

5.3 預制管樁的垂直度和標高控制

在施工現場硬化一塊平整的場地用于焊接接樁，焊接設備采用二氧化碳氣體保護焊機以確保兩根樁對接的焊接質量。管樁起吊前在樁的頂部位置加設一個樁包箍，再將鋼絲繩拴住包箍，以確保管樁在起吊過程中的垂直度，起吊采用雙鉤起吊，以防管樁折斷。植入樁孔后技術人員用經緯儀成90°角方向校正垂直度，核實無誤后方可植樁。管樁在樁孔內下放速度宜小于0.1 m/s。在啟動振動樁錘錘擊前，必須確保振動樁錘與管樁的中心線在一條直線上，方可啟動振動樁錘錘擊。

錘擊樁時，用測量儀器實時檢測，管樁下沉至接近設計標高時,嚴格控制錘擊,樁頂標高控制在-5 cm以內，發現偏差應及時進行糾偏。如貫入度未達到樁頂標高時依然很大，應先停止錘擊，然后會同設計、建設單位共同研究解決，并及時做好施工記錄。

6 施工中關鍵工序操作

施工中關鍵工序操作如圖5（見7）所示。

7 施工體會

旋挖鉆機旋挖成孔垂直度是該工程控制的重點和難點之一，在施工過程中及時總結經驗，采取以下措施可取得良好的效果：a）保證旋挖鉆機底座水平，前端可稍微傾斜，這樣才能保證旋挖鉆機的鉆桿可以調到垂直狀態。b）旋挖作業前用經緯儀成90°角方向校正旋挖鉆機鉆桿的垂直度，操作人員使用微調慢慢調整其鉆桿的垂直度。c）旋挖過程中不能利用機身自重來增加鉆進取土速度，因為旋挖時鉆桿壓力過大會把機身頂起，導致旋挖鉆機偏位影響成孔質量。d）旋挖鉆進取土深度不得超過旋挖鉆機取土深度限值。e）旋挖鉆進取土深度達到10 m后應降下大桿，以防兩節桿之間搭接過少，導致鉆取硬土時孔底偏位。f）當遇有水泥漿、土內有孤石時應進行擴孔處理，之后再重新校正鉆桿垂直度及樁孔的平面位置。g）旋挖成孔應一次成型，施工過程應連續不間斷，以防地下水過多造成孔內坍塌現象。h）旋挖鉆機工作時不得旋轉側向卸土，以防機身旋轉造成無法對準樁孔中心。

圖5 施工中關鍵工序操作圖

如樁孔內有地下水時，應根據樁孔內水深（水量）的多少調整水泥砂漿配合比，避免受地下水的影響導致水泥砂漿的強度不符合設計要求。

在樁頂標高控制中，應在管樁樁身垂直且固定后啟動振動樁錘錘擊，錘擊至設計標高時停止，以樁的標高控制收錘。錘擊時保證樁體垂直，出現傾斜時及時糾正。

8 結語

樁板式無土路基工程技術最大的優勢是不需要通過取土填高路基，減少了大量的土方使用量，同時也減少了高速公路路基的永久占地，本工程244 m路段就減少了6畝左右的永久土地占用，并減少了16畝的路基取土坑占用的土地。由于采用工廠化生產、裝配式施工的標準流程，在建設時間上可縮短20%左右。

復合植入樁施工技術是樁板式無土路基工程的核心環節，此項施工技術成功應用，對推行標準化設計、工廠化生產、裝配化施工起著積極作用，同時對高速公路改擴建中減少施工對周圍群眾生活、環境影響，減少資源浪費，縮短建設工期、提高工程質量、節約工程成本起到重要作用。