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(shè)過程中面臨的主要問題。在工程技術(shù)快速發(fā)展的背景下，出現(xiàn)了很多新穎的軟基加固處理技術(shù)，碎石注漿樁就是其中一種。該技術(shù)屬于復(fù)合地基加固范疇，能大幅提高地基的強(qiáng)度和承載力。為了使這項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用達(dá)到理想成效，有必要結(jié)合工程實(shí)際情況，分析其施工工藝方法及要點(diǎn)。

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(wěn)定性，防止由于地基軟弱產(chǎn)生沉降，導(dǎo)致路面施工受到影響或?qū)е乱咽┕ね瓿傻穆访嬖獾狡茐?。根?jù)前期地質(zhì)勘察報(bào)告提出的土體物理力學(xué)指標(biāo)建議值（見表1）、各單元層壓縮性與滲透性（見表2），并結(jié)合施工機(jī)械設(shè)備等現(xiàn)場(chǎng)施工條件，最終決定采用碎石注漿樁施工技術(shù)進(jìn)行軟基處理。

表1 土體物理力學(xué)指標(biāo)建議值

表2 各單元層壓縮性與滲透性

2 作用機(jī)理

碎石注漿樁作用機(jī)理主要包含以下兩個(gè)方面：其一，使鉆孔內(nèi)的漿液與砂卵石充分固結(jié)形成樁體，以提高地基承載力；其二，注漿時(shí)，漿液持續(xù)滲入周圍土體，起到一定程度的膠結(jié)作用，提高樁間土強(qiáng)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(shí)，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(fù)合地基，一同承受所有上部荷載。因樁體強(qiáng)度與模數(shù)均遠(yuǎn)大于樁間土，所以當(dāng)復(fù)合地基的頂部存在荷載時(shí)，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(jìn)一步減小樁間土所受的荷載。這樣的置換作用可以提升復(fù)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(jìn)一步提高復(fù)合地基的承載能力[3]。

3 設(shè)計(jì)計(jì)算

對(duì)于單樁承載力，其設(shè)計(jì)值可采用公式（1）計(jì)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(zhǎng)（單位：m）；n表示樁長(zhǎng)范圍內(nèi)土體層數(shù)；qsi表示樁周第i層土體對(duì)應(yīng)的側(cè)阻力特征值；li表示樁長(zhǎng)范圍內(nèi)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(jù)現(xiàn)行設(shè)計(jì)規(guī)范確定；a表示樁端天然地基土承載力的折減系數(shù)，一般在0.4～0.6 范圍內(nèi)取值。

此外，以樁體試塊抗壓強(qiáng)度平均值為依據(jù)，采用公式（2）計(jì)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(shù)；fcu表示樁體試塊在標(biāo)準(zhǔn)條件下，連續(xù)養(yǎng)護(hù)28d 后的實(shí)測(cè)抗壓強(qiáng)度平均值（試塊為立方體，邊長(zhǎng)為150mm，單位：kPa）。

對(duì)于形成的復(fù)合地基，其承載力可采用公式（3）計(jì)算得出：

式（3）中：fspk表示復(fù)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(duì)應(yīng)的折減系數(shù)，通常參考地區(qū)經(jīng)驗(yàn)選取，若無可參考的經(jīng)驗(yàn)則可以在0.75～0.95 的范圍內(nèi)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(qū)經(jīng)驗(yàn)選取，若無可參考的經(jīng)驗(yàn)可直接采用天然地基對(duì)應(yīng)的承載力特征值。

對(duì)于面積置換率，可采用公式（4）計(jì)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(xù)作用后，復(fù)合地基加固范圍內(nèi)壓縮量可借助樁身壓縮量法確定。假設(shè)樁底進(jìn)入下臥層后，使下臥層發(fā)生的變形量為Δ，則可采用公式（5）計(jì)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(jìn)入下臥層后，使下臥層發(fā)生的變形量（單位：mm）。若樁側(cè)摩阻力能做到平均分布，則樁身壓縮量可采用公式（6）計(jì)算得出：

式（6）中：LP表示樁長(zhǎng)，即加固區(qū)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(qiáng)體樁體承受的荷載（單位：kN/m2）；ξ表示樁周摩阻力分布系數(shù)；η表示樁身塑性變形模型系數(shù)，主要與樁身材料有關(guān)。

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(yán)格按照以下工藝流程進(jìn)行：樁位測(cè)量放樣—護(hù)筒埋設(shè)—鉆機(jī)就位—鉆進(jìn)成孔—一次清孔與泥漿制作—下導(dǎo)向管—下注漿管—碎石投放—洗孔—壓力注漿—結(jié)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(gè)部分，即鉆進(jìn)成孔、投入石料、注入漿液和形成樁體。

首先，成孔采用鉆機(jī)進(jìn)行，通過鉆進(jìn)形成樁孔后，依次下入導(dǎo)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(nèi)持續(xù)注入清水洗孔。向鉆孔內(nèi)投入預(yù)先備好的石料，石料經(jīng)料斗和導(dǎo)向管進(jìn)入鉆孔，直到孔口標(biāo)高。在投入石料的同時(shí)做好洗孔，避免在石料投入過程中與孔壁之間發(fā)生碰撞導(dǎo)致塌孔。必要時(shí)，可以在孔底注入清水，以沖出已經(jīng)塌落的土體。待石料填滿整個(gè)鉆孔需繼續(xù)洗孔，待孔口處流出的漿液的比重滿足相關(guān)要求方可停止洗孔。利用注漿管向鉆孔內(nèi)注入預(yù)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(shí)均勻拔管。拔管間隔距離按照0.5m 控制，保證注漿的連續(xù)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(guī)模注漿開始前，應(yīng)先通過試驗(yàn)注漿確定各項(xiàng)關(guān)鍵參數(shù)，包括漿液水灰比與注漿壓力。因注漿管注漿時(shí)會(huì)發(fā)生振動(dòng)，容易導(dǎo)致在孔口處下料產(chǎn)生下沉，為保證最終的注漿質(zhì)量，在注漿時(shí)要根據(jù)實(shí)際情況隨時(shí)補(bǔ)料。若注漿完成后，發(fā)現(xiàn)樁頂部的漿液發(fā)生下沉，則要做好回灌處理[6]。

4.3 施工注意事項(xiàng)

在現(xiàn)場(chǎng)施工操作中要注意以下事項(xiàng)：

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(rèn)真檢查注漿泵與灰漿攪拌機(jī)等機(jī)械設(shè)備，確保其狀態(tài)良好。若發(fā)現(xiàn)異常情況應(yīng)立即處理，以免影響后續(xù)施工。

第三，為保證漿液的性能與質(zhì)量，在投料過程中，必須嚴(yán)格計(jì)量，以有效控制水灰比。若水泥受潮或發(fā)生變質(zhì)，則禁止在施工中使用。

第四，注漿過程必須保持連續(xù)。若因故中斷，必須立即處理，盡快恢復(fù)正常注漿，以免影響注漿質(zhì)量。

第五，在注漿過程中，對(duì)注漿壓力、注漿量和時(shí)間等參數(shù)做好記錄，并對(duì)出現(xiàn)的所有異常情況進(jìn)行記錄，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并處理潛在問題[7]。比如，注漿時(shí)發(fā)現(xiàn)漿液注入率較低，可通過適當(dāng)增加注漿壓力的方式解決；注漿時(shí)發(fā)現(xiàn)漿液注入率很高但注漿壓力較低，可通過適當(dāng)降低漿液水灰比來解決。

第六，在注漿過程中，應(yīng)嚴(yán)格控制注漿壓力與注漿量，還要做好屏漿，以免發(fā)生回漿現(xiàn)象。

第七，注漿結(jié)束后，及時(shí)將樁頭表面的余漿鑿除，并嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)要求澆筑強(qiáng)度等級(jí)與砂漿相符的混凝土。

第八，注漿開始前，需通過計(jì)算，確定各樁的注漿數(shù)量，為現(xiàn)場(chǎng)注漿施工提供指導(dǎo)。通常，單樁實(shí)際注漿量不能少于樁體積的1/2，注漿數(shù)量的計(jì)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(zhǎng)（單位：m）；n表示石料孔隙率，在0.45～0.50 的范圍內(nèi)取值；K表示砂漿自身充盈與損耗系數(shù)，在沒有特殊要求的情況下取1.25[8]。

第九，在施工過程中，應(yīng)重視并做好廢棄物回收及處理，以免對(duì)附近水域與農(nóng)田造成污染。

5 質(zhì)量檢測(cè)

碎石注漿樁是典型的地下隱蔽工程。所有材料進(jìn)場(chǎng)前，要對(duì)其合格證明、驗(yàn)收憑證以及抽檢資料進(jìn)行檢查，未經(jīng)檢查或檢查發(fā)現(xiàn)資料不齊全的，一律禁止入場(chǎng)。在現(xiàn)場(chǎng)施工中，需對(duì)包含樁距、垂直度、樁體外徑、樁長(zhǎng)、砂漿強(qiáng)度、混凝土強(qiáng)度、單樁承載力、樁身完整性在內(nèi)的指標(biāo)進(jìn)行嚴(yán)格檢測(cè)和記錄[9]。

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

6 結(jié)語

綜上所述，碎石注漿樁施工技術(shù)憑借施工簡(jiǎn)單、效果顯著等優(yōu)勢(shì)，在當(dāng)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(yīng)用。文章結(jié)合高速公路軟基段的實(shí)際情況，對(duì)在軟基加固處理過程中，碎石注漿樁技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用進(jìn)行初步分析與總結(jié)，提出包含作用機(jī)理、設(shè)計(jì)計(jì)算、施工工藝流程、方法及要點(diǎn)等，以期為高速公路軟基段加固處理施工提供技術(shù)參考。