微型鋼管排樁在路基高邊坡加固中的應用

王金龍WANG Jin-long；王旭WANG Xu

（中交二航局成都城市建設工程有限公司，成都 610000）

0 引言

高等級道路設計車速較高，對道路的線形標準要求也隨之提高，進而出現了大量的高填深挖邊坡。邊坡區域在自然狀態下基本穩定，但是開挖后土體結構發生變化，加之風雨侵蝕沖刷之后，極易誘發滑坡坍塌等失穩現場。一旦形成滑坡體，后期再行治理較困難且治理費用較高。高邊坡防護以及抗滑加固是成為保障道路工程安全的重要內容。注漿微型鋼管排樁在設計上可以布置靈活、對施工場地適應性好、支擋能力強、施工快速便捷，因而被廣泛應用到各類邊坡加固施工中。

1 路基高邊坡概況

某道路工程K13+200～K13+520段由于深挖路塹形成高邊坡，邊坡高度超過8m，且坡頂一定范圍內有民房、高壓鐵塔等重要構建筑物。為了控制坡頂構建筑物在施工期間及邊坡開挖后位移變化，同時確保邊坡穩定，保障道路運行安全性，必須對邊坡進行預加固處理。

本地段為剝蝕淺丘，淺丘崗地地貌，崗地崗頂平齊，橫向地形起伏較小，地面高程為509.00～515.00m，相對高差約為6.0m。地層巖性主要為粉質黏土及含卵石粉質粘土層，強風化及中風化泥巖。上層粉質黏土、含卵石黏土軟弱層較厚，開挖后自身穩定性差，易產生小型崩塌或滑塌等不良地質現象；下層泥巖屬軟化巖石，巖體破碎，開挖后易產生破裂面，影響邊坡穩定。綜合考慮場地地質條件、周邊情況、邊坡加固效果、經濟效益以及施工工期等因素，本區段高邊坡加固形式確定為注漿微型鋼管排樁。

2 微型樁加固分析

2.1 加固機理

在路基高邊坡頂部打設兩排微型鋼管樁，形成排樁布置。為增強加固能力，鋼管樁制作成鋼花管形式，鋼管樁內布設鋼筋并進行注漿處理，在樁頂使用鋼筋混凝土格子梁將兩排微型樁連接成為整體，共同構成邊坡加固結構，從而發揮穩固邊坡的效用。

①使用注漿泵向微型鋼管樁內進行高壓注漿，使水泥漿液通過鋼管孔洞充分滲入到樁周土體中，并與土體結合，土體發生硬化固結，從而提高了邊坡土體的粘聚力和內摩擦角，使樁周的土體抗剪強度得到有效提高。

②通過微型樁注漿，使樁周土體空隙減少，密度增大，減小了土體的壓縮性，提高了滑塌面的穩定性。

③微型鋼管樁采用兩排布置，樁頂通過格子梁連成整體，樁底嵌入下層穩定巖體，整體形成復合型骨架結構，能夠承受較大的剪力和彎矩，由排樁+格子梁的骨架結構共同抵抗土壓力，防止邊坡土體發生滑動傾向，從而穩定邊坡。

④微型鋼管排樁采用較小的樁間距，再加上樁與樁之間土體的經過注漿加固作用，形成了樁+土體的結合體，土體應力通過微型樁進行了傳遞和擴散，有效防止邊坡局部出現溜滑現象，從而達到穩固邊坡的作用。

2.2 設計參數

微型鋼管樁采用Φ108×6mm無縫鋼管，沿坡頂布置兩排，微型鋼管樁橫縱間距均為1.2m布設，鉆孔孔徑為150mm。鋼管樁頂部加U型鋼筋固定，樁內放置3根Φ25mm的鋼筋，并將鋼筋點焊成束。注漿用水泥漿液采用普通P.O42.5水泥按照水∶水泥=1∶1比例進行拌制，分兩次進行注漿。（圖1）

圖1 邊坡處置斷面圖

樁頂設置鋼筋混凝土格子梁，梁高250mm，寬200mm，采用C30混凝土澆筑。格子梁主筋采用C20mm鋼筋，并與微型鋼管樁焊接在一起，格子梁全部嵌入坡面中。（圖2）

圖2 微型鋼管樁平面布置示意圖

3 微型樁施工工藝

3.1 鉆孔施工

根據設計施放鋼管樁孔位，鉆機安裝到位并確保安放平穩，調整鉆桿垂直度并保持鉆機水平。注漿機及其配套設備在指定位置安放穩固，注漿管線按實際需求布置。施工用電采用發電機供電。

鉆孔采用履帶式地質鉆機，成孔直徑選用150mm。鉆機調整完成后先進行試鉆，試鉆1m查看鉆機穩定性及邊坡土層穩定性，鉆孔過程中根據地質情況控制進尺速度，在上層粉質黏土軟弱地層時可適當加快鉆進速度；進入含卵石粉質黏土層及下層泥巖層后，由于卵石的不均勻分部，地層變化較復雜，鉆進速度適當減慢。當鉆進至設計深度時，需經驗收確認后再行終孔。在遇到地層突變或其他復雜情況導致鉆進困難時，可采用跟管鉆進的工藝，套管須拔出重復利用。

3.2 鋼管制安

微型鋼管樁采用管徑Φ108mm，壁厚6mm的無縫鋼管制作而成，為增強鋼管壁與水泥漿的粘結力，鋼管在制作時需用鐵絲刷對外壁進行除銹處理。樁深較大時，鋼管需要采用Φ127mm的無縫鋼管套接長，接頭鋼管長度為40cm，環縫處進行焊接，在排樁的同一水平截面上鋼管接口位置應相互錯開布置。在鋼管樁深入地面0.5m以下樁體范圍內沿軸向每隔30cm旋轉45°鉆孔，孔徑4mm，同一截面只鉆一孔，注漿孔沿管壁呈螺旋狀布置，管底封閉并穿孔。鋼管內按照設計要求插入3根Φ25mm鋼筋，采用直螺紋套筒連接，點焊成束。

3.3 制漿及注漿

注漿液采用M30純水泥漿，拌制水灰比為1∶1，水泥拌合時間約10～20分鐘，注漿方式為二次間歇注漿。第一次注漿壓力控制在0.4MPa；第二次采用劈裂注漿方式，注漿壓力控制在0.8～1.0MPa，兩次注漿間隔10～12小時，注漿量以水泥用量在100～200kg/m進行控制。

正式施工前應進行注漿試驗，以確定鋼管樁最上方注漿孔開孔位置距離樁頂的深度、注漿孔布置間距、注漿量、注漿壓力等相關參數。第一次注漿時，注漿管直接放在鋼管內，從樁底向上進行壓漿直至樁孔內充滿漿液，孔口冒出濃漿后方可停止注漿。注漿完成后，均勻拔出注漿管，每拔2m后需補注一次。

當初次注漿達到初凝后，進行二次劈裂注漿。注漿管代替一根鋼筋，在高壓水泥漿頂開注漿管橡皮套，擠壓劈裂初凝的水泥漿體，充分填充樁體與樁周土體之間的空隙，從而提高排樁的承載力。

3.4 注漿孔封堵、移機

注漿結束后，應及時的用混凝土進行封孔，并移機至下一孔繼續施工，注漿設備需及時清洗，并做好場地的環保文明施工。微型樁施工要按照樁位分序進行開孔、埋管、注漿，其分序為：1-1、1-2、1-3、1-4；2-1、2-2、2-3、2-4…。

圖3 分序平面位置布置示意圖

3.5 格子梁施工

在樁身注漿達到強度后，對超出設計高程的樁頭進行截除處理，然后開挖格子梁基槽，進行格子梁鋼筋混凝土施工。

3.6 施工注意事項

①鉆孔過程中控制好樁孔垂直度，防止樁孔傾斜過大，傾斜度應控制在1%以內。

②注漿過程中要注意控制注漿速度與壓力，防止水泥漿通過土體裂隙沖坡邊坡，形成邊坡塌落。

③做好環保文明施工工作，防止水泥漿外泄造成環境污染。

4 穩定性驗算

根據本項目采用注漿微型鋼管樁對高邊坡進行加固的設計意圖，通過驗算土壓力下微型鋼管樁+格子梁的復合結構體系位移變化是否超限來確定其穩定性。

按照邊坡相關土層參數，按照朗肯公式計算主動土壓力（黏性土使用水土合算）：（圖4）

圖4 土壓力分布示意圖

h=0m時

h=2.1m時，地下水位以上土壓力

地下水位以下土壓力

h=3.4m時，分界面以上土壓力

分界面以下土壓力

h=8m時

于是臨界深度

故土壓力合力

取單位寬度微型樁結構，建立有限元模型進行分析，計算得坡頂微型樁體系最大位移值為DMX=27.1785mm＜30mm，滿足《建筑基坑工程監測技術標準》GB50497-2019中對水平位移變化的控制要求，滿足穩定性驗算要求。（圖5）

圖5 樁頂位移計算圖

5 結語

本項目通過注漿微型鋼管排樁對深挖路塹形成的高邊坡進行了加固處理，施工完成一段時間后，通過對坡頂預設的測量監測點進行復核，結果顯示各點位位移變化均未超限，邊坡加固達到了預期效果。

微型鋼管樁施工對場地要求小，施工過程中振動較小，適用于場地狹窄的高邊坡加固施工，以及重要構建筑物的防護施工。注漿微型鋼管排樁同時具有支護性強，經濟性優，施工便捷等特點，在復雜地層的高邊坡治理中具有顯著優勢，尤其是微型鋼管樁靈活多樣的布置形式，以及與錨桿等其他加固措施進行組合可適用不同的工況，使其具有更大的應用空間。