微型鋼管樁在大型箱涵地基加固處理中的應用

1 工程概況

鋼筋砼大尺寸排水箱涵位于高速公路坎市互通工程A匝道，箱涵寬29.9m，長32.1m，結構形式為雙孔13×6m，箱涵中軸線位于小溪河中。該箱涵場區屬于剝蝕丘陵夾沖洪積盆地地貌，地勢整體較為平緩；根據鉆探成果、區域地質資料及調繪成果，場區未見斷裂構造發育，也未見其他滑坡、泥石流、地面沉降等不良地質作用；場地內分布可溶巖，發育有溶洞，溶洞埋深較深，深度在20～61m，大部分為全填充，充填物為軟塑-可塑含礫粉質粘土；地層表層有約3～5.8m厚的密實軟石層。

2 地基加固處理方案選擇

2.1 工程存在問題

2.1.1 通過箱涵所處地質情況了解，其基礎以下地質含可溶巖，發育有較深溶洞，因此為保障地基穩定，亟須進行地基處理。

2.1.2 本互通改造項目需保障年底通車，工期緊，而該處箱涵工程為本項目控制性工程，是后期路基土石方、材料等唯一進出通道，因此急需控制工期，加快施工進度。

2.1.3 因工期緊，施工過程中為保障施工進度，施工方式需靈活、穩定、安全可靠。

2.2 地基處理方案的選擇

根據箱涵所處位置的地質、水文情況，有以下幾種地基加固處理方案：

2.2.1 方案一：采用48根直徑1200mm 鉆孔灌注樁作為涵底支撐，穿過淺層溶洞，摩擦樁平均樁長在40m以上。

2.2.2 方案二：涵底采用1500mm厚鋼筋砼擴大基礎，擴大基礎后再換填2500mm厚碎石+土工格柵。該方案需開挖原地面至少5m以上，且采用鋼板樁圍堰等支護形式。

2.2.3 方案三：采用中空、孔壁梅花形開孔的微型鋼管樁方案，即通過向中空鋼管樁進行注漿，在壓力作用下將水泥漿注滿鋼管樁，并滲透、填充、擠密周邊土地，以達到樁周土層加固的效果。

經比選認為：方案一在溶洞區成樁較難，容易塌孔，且費用較高，工期較難保證；方案二危險性較高，當遇有洪水時，基坑容易被水回灌，易造成基坑坍塌，且先需實施鋼板樁圍堰，工藝較為復雜，施工工期較難保證；方案三對場地、機具要求不高，對周邊影響較小，施工便捷、靈活、安全可靠，適合作為箱涵地基加固處理方案。

2.3 微型鋼管樁處理方案的主要內容

微型鋼管樁總計483根，鋼管為熱軋無縫鋼管，采用外徑￠108mm，內徑￠96mm的注漿鋼花管，樁長6.5m，鋼管表面預留間距25cm的Φ2～3cm 小孔，呈梅花狀分布。微型管內灌注M30 水泥漿，注漿壓力1～1.5MPa，箱涵底板設50cm厚C25 砼墊層，墊層底以下鋼管長6m，頂部外露0.5m與墊層頂部齊平，縱橫向間距1.5×1.5m 正方形布置。

根據現場場地條件和淺層地質情況，為更好穿透較密實的淺層地質，提高樁端阻力，最終采用預鉆孔埋入式微型鋼管樁。

圖1 地基處理設計圖

3 微型鋼管樁施工工藝流程及相關施工控制要點

3.1 微型鋼管樁主要施工工藝流程

施工準備—孔樁定位—機具就位—鉆孔成孔—機具移位—插入鋼管—注漿、成樁—清理現場并退場。

3.2 現場施工工藝要點

3.2.1 主要內容：在施工前要先做好圖紙審核、試驗準備、測量準備和技術交底、材料設備準備等相關工作，同時還需對現場地質、水文、地形、地貌進行詳細考查，做好基坑開挖及基坑防護、排水等準備工作，并根據現場地質情況按圖做好箱涵墊層C25 砼的施工。

3.2.2 控制要點：根據圖紙準備微型鋼管樁材料時，因圖紙中鋼管有設銜接，且銜接處外焊接外徑Φ124mm 內徑Φ110mm的鋼管，長度為35+35cm。鑒于現有市場無滿足要求的成品，為更好地保證鋼管的完整性，消除銜接薄弱點，經業主、監理、設計和施工四方一致同意，要求廠家定做鋼管時加工鋼管長度為6.5m，減去銜接環節，以此更好地保證質量和使用效果[1]。

在現場勘察周邊地質水文時，如有偏差應及時反饋調整圖紙和施工方案。標定或檢驗現場使用的儀器、設備、原材料時，要提前做水泥漿配合比試驗。因溪水流水量較小，小溪河改道后在臨水一側要做好沙袋圍堰，以保護基坑；箱涵周邊預留排水溝槽，并提前備好抽水機及小型發電機，保證及時排水。

3.3 鋼管樁定位

3.3.1 主要內容：待墊層混凝土凝固，且能承受足夠的荷載時，根據設計圖紙要求，樁孔按縱橫向間距1.5×1.5m 正方形布置；使用放樣儀器（GPS、全站儀）在墊層上對微型鋼管樁位置進行準確放樣；使用紅色油漆或者記號筆在墊層上對孔位進行標識。

3.3.2 控制要點：孔位放樣應選擇精度高的GPS或者全站儀進行測量放樣，孔位偏差控制在5cm范圍內，并及時做好標記；鉆孔時，鉆桿中心點應將放樣標記中心點保持在同一豎向中心線上。

3.4 機具就位

3.4.1 主要內容：使用大小為4×1.75×2.45m 履帶式潛孔沖擊鉆機，鉆機根據鋼管樁孔位進行調整，并安排好注漿機、小型發電機等機具就位。

3.4.2 控制要點：機具設備要及時檢修和保養，鉆機就位后放置平穩，避免在成孔過程中產生較大的晃動，影響成孔質量。

3.5 鉆孔、成孔

3.5.1 主要內容：使用潛孔鉆機在墊層上對準孔位鉆孔；為確保樁身直徑及鋼管插入，潛孔鉆采用直徑為Φ150mm的鉆桿；鉆孔過程中應實時測量孔深，并根據鉆桿長度算出孔深，孔深宜超過設計孔深的1～5cm，以此確保樁身長度。

3.5.2 控制要點：鉆孔施工過程中，為確保樁身垂直度，應固定好鉆機且鉆進角度始終與水平面垂直，保證孔位傾斜度不超過0.5%；鉆機鉆進過程中要做好鉆進記錄，隨時測量鉆桿長度，保證樁身長度，且一般超過設計孔深1～5cm。成孔后應報告監理，并對孔深及孔徑等指標進行檢測。若在鉆孔過程中出現偏孔、卡鉆的情況，可使鉆頭退出，然后在原孔位重鉆或回填后重鉆；若出現鉆頭掉落的情況，可在臨近位置選點鉆孔[2]。為避免施鉆過程引起動應力，進而影響相鄰孔壁的穩定，施工時可采用跳孔分批實施的方案。

3.5.3 機具移位：待鉆孔完成后，機具及時移至下一根鋼管樁孔位。

3.5.4 插入鋼管：在鉆機移位后及時插入成品的鋼管樁和注漿管。為防止塌孔及泥漿雜物流入孔內，及時采用水泥砂漿封堵孔口，注漿管應露出孔口0.5m以上。

3.6 注漿、成樁

3.6.1 主要內容：待封孔水泥砂漿達到強度且能承受注漿壓力后，應及時對成樁孔進行壓力注漿；此處微型鋼管樁注漿采用M30 水泥漿。注漿采用孔底返漿法，水灰比0.5∶1，注漿壓力1～1.5MPa，且在注漿施工前進行注漿試驗，以調整注漿參數，注漿過程中直到孔口冒出原漿液為止，才可結束注漿，注漿結束后關閉閥門并靜止一段時間，待漿液凝固成樁。

3.6.2 控制要點：為確保成樁質量，除嚴格檢查進場原材料的質量外，還應控制孔內注漿的工藝。如控制漿液的水灰比，以保證注漿飽滿、密實；控制每孔的注漿過程應連續一次完成。壓注水泥漿施工過程中要對注漿時間、注漿壓力及注漿量做好記錄，驗算注漿是否能達到設計要求，出現偏差時及時調整，偏差大無法調整時及時停止注漿，檢查問題，待解決后重新開始注漿。與此同時，注漿過程中還應對現場水泥漿按規范頻率制作標準試件并按要求進行養護，到齡期后抗壓強度需滿足設計要求。

3.6.3 清理現場并退場：機具設備轉移或退場，清理施工場地并沖洗墊層，做好后續施工準備。

4 主要施工效益

4.1 施工靈活

本加固工程只需要較小型的履帶式潛孔沖擊鉆機，整機重量5.8t，整體尺寸小、重量輕，適用于交通不便的地段施工；同時，因沖擊鉆機調運靈活，周轉費用低，小范圍地段的地基加固經濟效益較高。

4.2 施工速度較快

在工期較緊的情況下，相同的施工場地內微型鋼管樁加固地基可安排多套機械設備平行施工，有利于加快工程進度；鉆孔灌注樁因泥漿池的用地需求以及所用設備較大，在固定場地內無法安排多套機械同時施工，且很難加快工程施工進度。

4.3 施工質量較容易控制

微型鋼管樁加固地基工序較少，施工過程中需控制鉆孔間距、鉆孔深度、水泥漿稠度、注漿壓力、注漿量等，相對于鉆孔灌注樁和擴大基礎，質量通病較少，容易保證工程質量。后期經有關檢測單位檢測，工程質量滿足設計要求，后期沉降跟蹤觀測，未發生明顯沉降。

5 結語

本箱涵地基加固通過使用微型鋼管樁進行施工處理，具有施工簡單、對場地要求低、機械設備周轉靈活、施工質量較容易控制等特點，可以有效降低施工風險，保障施工質量安全。本工程直接縮短將近2個月節點工期，為年底通車的目標任務打下了堅實的基礎，同時也減少了項目管理成本。微型鋼管樁是一種簡單、快捷、安全、經濟的建筑施工技術，因此本次微型鋼管樁的施工應用可以對類似工程提供值得參考的經驗和思路。