探討碎石注漿樁施工技術在公路工程施工中的應用

朱劍平 畢敬偉

摘 要：公路工程建設中需要應對各種復雜地質情況，當地基土質較差時會影響路基穩定，此時設置碎石注漿樁可加強穩固性。本文分析注漿樁的應用原理，分析了注漿樁的技術要點，說明其質控方法，并圍繞案例展開分析。

關鍵詞：碎石注漿樁;公路工程;施工技術;軟土地基

0 前言

碎石注漿樁的優勢眾多，設備設施輕便，較易適應場地要求，施工不易產生過大噪音，對周圍環境消極影響小，此外碎石注漿樁承載能力較高，操作易于實施，工程樁廣泛應用此技術，在高速公路需要制作工程樁時應用價值較高。本文融合工程實踐經驗，針對公路工程中進行碎石注漿樁技術問題展開分析。

1 應用原理

在現代交通建設中公路工程技術持續顯著進步，負責經濟流通，促進產業集聚，具有關鍵作用。在建設中，部分路段建設基礎較差，路基地質條件存在缺陷。注漿樁屬于鉆孔灌注樁，規格通常較小，碎石與水泥砂漿是主要成分，由材料膠結而成，基于此背景，分析成樁工藝時可將碎石注漿樁歸入鉆孔灌注樁類別，立足樁材料角度，該注漿樁則可歸入膠結體樁。此類樁直徑通常（30～70）cm，適用樁長≤30 m。原理主要是以小型鉆機為工具，基于設計直徑，按照設計深度鉆進進而成孔，后續將注漿管置入孔底，投放碎石料。碎石料投放時，借助注漿管進行放水，對孔壁進行清洗。投放碎石料結束后可注漿，漿液通常采取由下向上的方式逆行灌注，漿液被灌注到地面之后可固結成樁。在鉆孔中，漿液滲透碎石并固結碎石，形成所需樁柱，同時朝向周邊土體滲透。在此作用下，樁體、土體間形成過渡帶，土、砂漿在此區域結合，促進樁和周圍土體有效摩擦，受此影響，基于受力特性分析，注漿樁又歸為摩擦樁[1]。

2 技術要點

碎石注漿樁屬于復合地基，對于軟土層使用，可進行地基處理，例如當建設地點以淤泥質土或者粉質砂土等為主時，可選用此樁。通常適合用于含水量較小的路段，效果較為明顯，含水量過大時功能存在局限性。碎石注漿樁施工應按此次序進行：鉆孔——清孔——投石——注漿。上述工藝為施工必要工藝，并非完整技術要點，碎石注漿樁建設中應控制施工技術，科學控制技術環節，還應強化質量監測。

2.1 鉆孔技術

常規公路工程樁直徑通常為（30～70）cm，樁長通常≤30 m，故而鉆機型號鉆頭應適中，直徑大小符合要求，并了解單程鉆深是否符合需要。鉆孔指標方面，應控制垂直度偏差，還應控制泥漿的比重，并科學調整鉆孔深度。

在鉆孔過程中，鉆孔應垂直，偏差≤1%。為促進鉆孔垂直，應在監測同時鉆孔。還應及時為鉆頭降溫，延緩鉆機鉆頭磨損，促進鉆頭服役周期延長。鉆頭降溫通常采用邊鉆孔邊注水的方法。鉆進周期中可見眾多砂土、泥質土，應予以及時清除，以期提高鉆孔效率，避免堵塞鉆孔。在鉆進時應該持續檢查泥漿比重。常規砂土比重為（1.17～1.25）區間，淤泥質土比重通常為（1.20～1.25），此種泥漿比重具有科學性，鉆機鉆孔較易推進。鉆機鉆孔中會留下部分泥土、礫石，因此鉆孔實際深度應略深于設計孔深[2]。

2.2 清孔技術

清孔分為兩次。初次清孔鉆孔完成后實施，鉆孔抵達設計深度，原位回轉鉆具，并采用循環沖孔方式排渣，清孔時觀察沉渣厚度，當其<10 cm時，孔內泥漿比重約為1.15，泥漿比重符合要求后，進行提鉆移機操作，測繩測量孔深，使用檢孔器對孔徑進行測量。二次清孔應實施于投石階段，投石清洗同步進行，該階段孔內泥漿比重約1.05。

2.3 投石技術

清孔后立即投放碎石，將注漿管置入孔底然后投石。投放時應預防碎石沖刷孔壁，所以孔頂部應設置碎石導向管，保證碎石直徑（20～40）mm，投石抵達孔口標高可停止。

2.4 注漿技術

借助砂漿泵輸送水泥砂漿，以注漿管為通道壓入孔內，選用SGB-10型砂漿泵，或同類型，砂漿泵注漿管選用普通鋼管，砂漿材料選用常規硅酸鹽泥。砂粒徑≤0.5 mm。以設計強度為依據控制砂漿配比，注漿量達標后，應避免泥漿受重力影響向土體大規模擴散，縮減用漿量，向上緩慢拔管，速率取決于注漿量，拔管間距0.5 m/次，同時持續注漿，孔口翻漿比重為95%注入砂漿比重時，實施一次拔管。注漿質量應嚴格控制，在注漿時受到注漿管振動影響，孔口石料下沉，因而注漿時應持續補料，注漿后可見樁頂漿液下沉，需要回灌作業[3]。

3 質量監控

鉆孔、清孔以及投石、注漿工序完成后，應檢驗樁質量。根據相關標準，施工結束后，應檢查樁身質量。檢測手段多采用：鉆孔取芯、聲波透射或者高應變動力試驗等方法，碎石注漿樁多行鉆孔取芯檢測以及無損低應變動態檢測。基本施工結束，檢測樁質量，經初步判斷未見不合格，此時無法保證未來運行周期安全性。應檢測完工的碎石注漿樁，監測沉降情況與水平位移，觀察地表沉降，分析地基沉降情況，還應對地基土體和地面的水平位移情況進行監測，檢查空隙水壓力，分析土壓力。

3.1 水平位移監測

（1）地基土體。實施測斜管觀測，選用塑料管作為測斜管，在路堤邊坡的趾部區域埋設。埋設施工中，鉆機導孔應控制垂直偏差率為≤1.5%。測斜管底部深度控制要求為入粉砂層、亞粘土層約100 cm，管頂應高于地面50 cm，此外加蓋保護。

（2）地面。實施位移邊樁觀測，路堤兩側趾部進行埋設，在坡腳處埋設一根，其余在邊溝外側埋設。邊樁為10 cm×10 cm規格砼預制樁，埋入深度要求1.5 m，露出地面要求10 cm。埋置時選擇打入法，回填密實樁周。

（3）孔隙水、土壓力。孔隙水壓力計選擇“一孔多只孔壓計”方法埋設，自砂墊層底部起步，2 m為間隔埋設。鉆孔埋設過程中，詳細記錄鉆孔。單孔壓計埋設完成，立即實施接收儀器檢查，確保孔壓計正常。監測土壓力時選擇土壓力計，采用挖坑水平埋設方式，坑底處理平整密實，經過埋設，土壓力計保證位置正確穩固，空間方位20 cm左右均以細砂填實。埋設單只后應立即測試，糾正問題，及時調換。埋設結束后土壓力計可見初讀數進入穩定狀態時，然后開展后續填筑工作。

（4）承載力。水泥攪拌樁需要實施承載力觀測。該觀測需要開展單樁載荷試驗、多樁載荷試驗。水泥攪拌樁進行載荷試驗應為施工3 m后實施，水泥攪拌樁在進行單樁容許承載力檢測時，其值應≥120 kN，也就是設計承載力參數。

（5）觀測監測。承載力行單獨觀測，路堤施工時其余項目觀測頻率均相同。觀測頻率應根據時期差異而定。填土期觀測（1～2）次/d;預壓期第（1～4）w中2日1次;預壓期第3 w～至3 m要求1次/w;預壓期3個月后直到上路面結束前觀測頻率15 d進行1次。營運開始，在設計觀測期結束前，6個月為間隔觀測1次。設計觀測期應從施工初期至營運期2年內。路堤填筑施工中，第一級加載控制為3.0 m，不含砂墊層，1.5個月速度加載，砂墊層填筑、頂部填土，都應依據上述頻率予以觀測，同時控制加載速度為適中狀態，保證加載厚度控制在均勻狀態，避免高集中料堆殘留[4]。

3.2 沉降監測

以地表沉降、地基分層沉降為主要內容。前者使用沉降板，后者依據分層沉降標。設置沉降板在工格柵、土工格室之上，也可選擇砂墊層。埋設在路基中心、路肩或者坡趾以及兩側路幅中心。沉降板底槽埋設應平整，其下鋪設砂墊層，規格為60 cm×60 cm×20 cm。分層沉降標選擇鉆孔埋設方式，鉆孔垂直偏差≤1.5%，杜絕塌孔縮孔，下套管、泥漿護壁，隨埋隨接波紋管、導管，在觀測分層沉降測點是應設置間距為1 m。

3.3 綜合控制

碎石注漿樁建設期，從開孔開始到結束需要維持連貫作業，避免中途停工。測量定位應精準。成孔施工質量應嚴格控制，關注成孔這一關鍵環節。避免塌孔事故，當發生塌孔情況時及時停止鉆進，對塌孔部位情況予以實際勘查，及時對癥處理，避免偏孔事故，建設開始前應加強場地平整，完善基礎工作。鉆孔過程中應該堅持“三點一線”，鉆孔偏斜意外發生后，應及時應急處理，采用相應辦法解決此事故。清孔質量應行嚴格監測，遵循科學清孔程序實施清理操作。注漿質量控制需要在注漿前明確孔內以及管中雜物，檢查注漿器材設備，予以性能檢查和校正，在進行注漿操作時應嚴格控制注漿壓力，控制泥漿土質比重，保證規范注漿。

4 應用案例分析

4.1 工程背景

本研究所選案例為某公路路段，該公路為雙向公路，公路寬度為八車道。路段長度129.5 km，預期時速要求120 km/h。該路段所在區域地理位置為山區，環境條件為日常較長，降雨充沛，最低氣溫-7.5℃，最高氣溫36℃，常年處于（17.9～20.7）℃區間，年均降水170 d左右，降水量為（1 560～2 231）mm/年。該工程為軟土地基施工，施工區域以軟土為主，土層厚度不均勻。軟土厚度多在（16～21）m之間，以海積軟土、沖積軟土為主，分布以相對連續性質居多，多為黏土、淤泥以及細砂。該處土壤具有較高孔隙比，土壤中水分含量較大，經檢驗為高壓縮性土質。施工區域內經過一些沖擊形成水塘和溝渠，另有部分為湖沼堆積形成，此類區域為軟土土質，分布不集中，常規厚度（50～100）cm。該處固結程度不佳，流變性表現明顯。工程分析顯示，本次工程施工地質不利因素為土層厚度不均勻且濕度過高，土壤中存在大量有機質，穩定性差，抗剪度弱，同時可見高壓縮表現。

4.2 施工過程

針對路段穩定性差問題，需要采用碎石注漿樁進行加固，防控不均勻沉降。加固路段共計499 m，設置樁徑（40～60）m，長度為（16～22）m，樁間距參數4 m。本次樁基墊層鋪設中先鋪設0.6 m厚的隨時，然后設置土工格柵2層，再行鋪設0.6 m厚度灰土，最后鋪設木工格柵2層。處理地基表面后使樁機抵達施工位置，標注樁孔。鉆桿垂直度應≤1%。在鉆進的同時加注泥漿，避免塌孔。觀察土質情況，先實施干鉆，入土（2～3）m。使用加堿膨潤土制成人工造漿護壁。開孔時設置為慢速，鉆進工程中維持（50～100）r/m。在此過程中泥漿比重參數應為（1.25～1.35），稠度要求（18～25）m。鉆孔深度符合設計要求后，鉆桿提起0.3 m，回轉（3～30）min，沖孔施工，監測孔底沉渣厚度，厚度≤0.3 m停止。驗收鉆孔。最終鉆孔深度>設計深度0.3 m，孔底部位沉渣0.1 m，分析孔中泥漿比重，比重值≤1.15。鉆孔結束后進行一次洗孔，然后在投放碎石料時二次洗孔。

所用石料粒徑要求（0.2～4.0）cm，30 min內投放完畢。注漿時要求壓力參數（1.5～2.0）MPa。砂漿中水和砂的投入單位為1U，水泥為1/2U，減水劑在未0.008U。在上拔注漿管時，速率控制為（0.5～0.3）m/min，監測孔口翻漿比重，符合標準后繼續注漿30 s。靜載荷試驗檢測數據曲線如圖1。

5 結論

綜上所述，公路施工的核心部分為路基，選擇碎石注漿樁可促進降低成本，提高施工效率，還可增強路基堅固性，提高路基穩定性。在具體工程中，應全面掌握現場情況，予以科學分析，嚴格控制鉆孔、清孔、投石以及漿液灌注全周期工作，加強質量監控，做好偏差處理預案，監控注漿樁建設質量，提高公路質量，促進交通經濟發展。

參考文獻：

[1]張富山.碎石注漿樁施工技術在公路工程中的應用概述[J].四川水泥，2020（8）：265+267.

[2]黃琳達.碎石注漿樁施工技術在公路工程中的應用[J].黑龍江交通科技，2020，43（2）：55-56.

[3]何進.碎石注漿樁在公路軟土地基處理中的應用[J].青海交通科技，2019（5）：78-80.

[4]曹群峰.碎石注漿樁施工技術在公路工程施工中的應用[J].中國新技術新產品，2019（3）：128-129.