碎石注漿樁施工技術在高速公路工程施工中的應用

李桂良

（江西省公路橋梁工程有限公司，江西南昌 330000）

0 引言

軟基加固處理一直是高速公路工程建設過程中面臨的主要問題。在工程技術快速發展的背景下，出現了很多新穎的軟基加固處理技術，碎石注漿樁就是其中一種。該技術屬于復合地基加固范疇，能大幅提高地基的強度和承載力。為了使這項技術的應用達到理想成效，有必要結合工程實際情況，分析其施工工藝方法及要點。

1 工程概況

某高速公路K44+807—K44+941 段分布有軟土地基，為保證該段地基的穩定性，防止由于地基軟弱產生沉降，導致路面施工受到影響或導致已施工完成的路面遭到破壞。根據前期地質勘察報告提出的土體物理力學指標建議值（見表1）、各單元層壓縮性與滲透性（見表2），并結合施工機械設備等現場施工條件，最終決定采用碎石注漿樁施工技術進行軟基處理。

表1 土體物理力學指標建議值

表2 各單元層壓縮性與滲透性

2 作用機理

碎石注漿樁作用機理主要包含以下兩個方面：其一，使鉆孔內的漿液與砂卵石充分固結形成樁體，以提高地基承載力；其二，注漿時，漿液持續滲入周圍土體，起到一定程度的膠結作用，提高樁間土強度，使原狀地基土具有更高的承載力[1-2]。

成孔完成后，填入碎石，起到擠壓樁周土的作用，使樁周土體顆粒重新分布與排列，通過減小孔隙來提升密度。與此同時，碎石置換軟土之后，還能形成完整的碎石樁，繼而與樁周土之間形成復合地基，一同承受所有上部荷載。因樁體強度與模數均遠大于樁間土，所以當復合地基的頂部存在荷載時，樁身所受荷載將大于樁間土，且樁體能將所受荷載傳遞至深層土體，進一步減小樁間土所受的荷載。這樣的置換作用可以提升復合地基的整體承載能力，避免地基大幅沉降。另外，樁底的漿液能與樁底沉渣充分混合，從根本上消除沉渣可能造成的不利影響，進一步提高復合地基的承載能力[3]。

3 設計計算

對于單樁承載力，其設計值可采用公式（1）計算得出：

式（1）中：Ra表示單樁豎向承載力特征值（單位：kPa）；up表示樁體周長（單位：m）；n表示樁長范圍內土體層數；qsi表示樁周第i層土體對應的側阻力特征值；li表示樁長范圍內第i層土體的層厚（單位：m）；qP表示樁端地基土承載力特征值（修正前，單位：kPa），可根據現行設計規范確定；a表示樁端天然地基土承載力的折減系數，一般在0.4～0.6 范圍內取值。

此外，以樁體試塊抗壓強度平均值為依據，采用公式（2）計算得出單樁承載力：

式（2）中：R′a表示單樁承載力（單位：kPa）；AP表示樁體截面積（單位：m2）；3 為安全系數；fcu表示樁體試塊在標準條件下，連續養護28d 后的實測抗壓強度平均值（試塊為立方體，邊長為150mm，單位：kPa）。

對于形成的復合地基，其承載力可采用公式（3）計算得出：

式（3）中：fspk表示復合地基承載力特征值（單位：kPa）；m1表示面積置換率；β表示樁間土承載力對應的折減系數，通常參考地區經驗選取，若無可參考的經驗則可以在0.75～0.95 的范圍內取值，如果天然地基有很高的承載力，則宜取大值；fsk表示處理完成后樁間土的承載力特征值（單位：kPa），通常參考地區經驗選取，若無可參考的經驗可直接采用天然地基對應的承載力特征值。

對于面積置換率，可采用公式（4）計算得出：

式（4）中：A′P表示蓋板面積（單位：m2）；As表示單樁控制面積（單位：m2），如果樁體布置為正方形，則，其中，d表示樁間距（單位：m）。

受荷載持續作用后，復合地基加固范圍內壓縮量可借助樁身壓縮量法確定。假設樁底進入下臥層后，使下臥層發生的變形量為Δ，則可采用公式（5）計算確定加固范圍壓縮量：

式（5）中：S1表示加固范圍壓縮量（單位：mm）；SP表示樁身壓縮量（單位：mm）；Δ 表示樁底進入下臥層后，使下臥層發生的變形量（單位：mm）。若樁側摩阻力能做到平均分布，則樁身壓縮量可采用公式（6）計算得出：

式（6）中：LP表示樁長，即加固區厚度（單位：m）；EP表示樁身材料自身變形模量（單位：kPa）；p表示由豎向增強體樁體承受的荷載（單位：kN/m2）；ξ表示樁周摩阻力分布系數；η表示樁身塑性變形模型系數，主要與樁身材料有關。

4 施工工藝

4.1 施工工藝流程

該工程碎石注漿樁施工需嚴格按照以下工藝流程進行：樁位測量放樣—護筒埋設—鉆機就位—鉆進成孔—一次清孔與泥漿制作—下導向管—下注漿管—碎石投放—洗孔—壓力注漿—結束至下一孔。

4.2 施工工藝方法

碎石注漿樁施工工藝主要分四個部分，即鉆進成孔、投入石料、注入漿液和形成樁體。

首先，成孔采用鉆機進行，通過鉆進形成樁孔后，依次下入導向管（用于投石）、注漿管與洗孔管[4]。

其次，借助洗孔管向鉆孔內持續注入清水洗孔。向鉆孔內投入預先備好的石料，石料經料斗和導向管進入鉆孔，直到孔口標高。在投入石料的同時做好洗孔，避免在石料投入過程中與孔壁之間發生碰撞導致塌孔。必要時，可以在孔底注入清水，以沖出已經塌落的土體。待石料填滿整個鉆孔需繼續洗孔，待孔口處流出的漿液的比重滿足相關要求方可停止洗孔。利用注漿管向鉆孔內注入預先配制完成的水泥砂漿[5]。

最后，在注漿過程中，要注意壓漿的同時均勻拔管。拔管間隔距離按照0.5m 控制，保證注漿的連續性。待孔口處的翻漿比重不低于注入漿液的95%方可一次拔管。在大規模注漿開始前，應先通過試驗注漿確定各項關鍵參數，包括漿液水灰比與注漿壓力。因注漿管注漿時會發生振動，容易導致在孔口處下料產生下沉，為保證最終的注漿質量，在注漿時要根據實際情況隨時補料。若注漿完成后，發現樁頂部的漿液發生下沉，則要做好回灌處理[6]。

4.3 施工注意事項

在現場施工操作中要注意以下事項：

第一，下放注漿管之前，需將管道中的雜物清理干凈，避免堵塞，使注漿管端頭與孔底相距15～30cm。

第二，注漿開始前，認真檢查注漿泵與灰漿攪拌機等機械設備，確保其狀態良好。若發現異常情況應立即處理，以免影響后續施工。

第三，為保證漿液的性能與質量，在投料過程中，必須嚴格計量，以有效控制水灰比。若水泥受潮或發生變質，則禁止在施工中使用。

第四，注漿過程必須保持連續。若因故中斷，必須立即處理，盡快恢復正常注漿，以免影響注漿質量。

第五，在注漿過程中，對注漿壓力、注漿量和時間等參數做好記錄，并對出現的所有異常情況進行記錄，及時發現并處理潛在問題[7]。比如，注漿時發現漿液注入率較低，可通過適當增加注漿壓力的方式解決；注漿時發現漿液注入率很高但注漿壓力較低，可通過適當降低漿液水灰比來解決。

第六，在注漿過程中，應嚴格控制注漿壓力與注漿量，還要做好屏漿，以免發生回漿現象。

第七，注漿結束后，及時將樁頭表面的余漿鑿除，并嚴格按照設計要求澆筑強度等級與砂漿相符的混凝土。

第八，注漿開始前，需通過計算，確定各樁的注漿數量，為現場注漿施工提供指導。通常，單樁實際注漿量不能少于樁體積的1/2，注漿數量的計算如式（7）所示：

式（7）中：Q表示注漿總量（單位：m3）；D表示樁徑（單位：m）；h表示樁長（單位：m）；n表示石料孔隙率，在0.45～0.50 的范圍內取值；K表示砂漿自身充盈與損耗系數，在沒有特殊要求的情況下取1.25[8]。

第九，在施工過程中，應重視并做好廢棄物回收及處理，以免對附近水域與農田造成污染。

5 質量檢測

碎石注漿樁是典型的地下隱蔽工程。所有材料進場前，要對其合格證明、驗收憑證以及抽檢資料進行檢查，未經檢查或檢查發現資料不齊全的，一律禁止入場。在現場施工中，需對包含樁距、垂直度、樁體外徑、樁長、砂漿強度、混凝土強度、單樁承載力、樁身完整性在內的指標進行嚴格檢測和記錄[9]。

第一，樁距。采用鋼尺測量的方法，按總量5%進行檢測，要求偏差不超過±50mm。第二，垂直度。采用吊線測量的方法，按總量5%進行檢測，要求偏差不超過1%。第三，樁體外徑。采用鋼尺測量的方法，按總量20%進行檢測，要求不小于設計值。第四，樁長。采用鋼尺測量的方法，按總量20%進行檢測，要求不小于設計值。第五，砂漿強度。采用試塊的方法，按每3～6 根樁制作1 組試塊進行檢測，要求不小于設計值。第六，混凝土強度。采用試塊的方法，按每3～6根樁制作1 組試塊進行檢測，要求不小于設計值。第七，單樁承載力。采用靜載試驗的方法，按總量5%進行檢測，要求不小于設計值。第八，樁身完整性。采用小應變的方法，按總量20%進行檢測，要求不能存在明顯缺陷。

6 結語

綜上所述，碎石注漿樁施工技術憑借施工簡單、效果顯著等優勢，在當前的高速公路工程軟基加固處理施工中得到了越來越廣泛的應用。文章結合高速公路軟基段的實際情況，對在軟基加固處理過程中，碎石注漿樁技術的實際應用進行初步分析與總結，提出包含作用機理、設計計算、施工工藝流程、方法及要點等，以期為高速公路軟基段加固處理施工提供技術參考。