碎石注浆桩施工技术在高速公路工程施工中的应用

涂厚龙

（吉安市公路建设和养护中心永丰分中心，江西吉安 331500）

0 引言

高速公路工程建设质量关系着国家经济发展和人民群众的生活水平。我国地域广阔，地质条件复杂多变，高速公路工程面临着多层次、多方面的地质问题。

传统的地基基础施工技术在一些地质条件较为恶劣的区域表现出一定的局限性，如在软弱土层、高地下水位等情况下，路基的承载能力和稳定性难以达到设计要求。因此，有必要对碎石注浆桩施工技术进行深入研究，以满足高速公路工程对安全性、稳定性和可持续性的要求。

1 工程概况

某高速公路工程全长50km，设计速度为80km/h，双向四车道，采用沥青混凝土路面结构。经地质勘察发现，施工区域的地质条件复杂。上层土层为2.2m厚的亚砂土地层，下方是8.6m 厚的灰色淤泥质保护软土层。其中，软土路基面积比重较高，在很大程度上提高了工程的施工难度。在此情况下施工，工程将面临路基不均匀变形风险，会严重影响高速公路承载能力。在综合考虑地质情况、工程需求及施工难度后，施工单位选择碎石注浆桩施工技术，以有效克服软土路基带来的挑战，提高路基的稳定性和承载能力。

2 碎石注浆桩施工技术作用机理

碎石注浆桩施工技术是一种高效的地基处理方法，在高速公路工程中发挥着重要作用。碎石注浆桩施工技术作用机理主要如下：

第一，碎石注浆桩的作用机理体现在对钻孔内浆液与砂卵石的固结方面。浆液与砂卵石充分固结，能够形成坚实的桩体，有效提升地基承载力。此过程是成孔完成后的重要步骤，而后填入的碎石则发挥着挤压桩周土体的作用，使土体颗粒重新分布与排列，通过减小孔隙提升密度，进一步增强地基承载能力。

第二，注浆时浆液持续渗入周围土体，可发挥胶结作用。这一过程是通过浆液的渗透使周围土体发生胶结，提高桩间土强度，使原状地基土具有更高的承载力。碎石注浆桩成孔后，所注入的浆液能够与桩底沉渣充分混合，消除沉渣可能造成的不利影响，这种胶结作用不仅能够形成完整的碎石桩，还能够与桩周土形成复合地基，共同承受上部荷载。

第三，由于桩体强度与模数均远大于桩间土，因此当复合地基的顶部存在荷载时，桩身所受的荷载将大于桩间土，且桩体能将所受荷载传递至深层土体，进一步减小桩间土所受的荷载，这样的置换作用不仅能提升复合地基的整体承载能力，还能避免地基大幅沉降。

3 碎石注浆桩施工技术应用

3.1 准备工作

为确保工程顺利进行，提高施工效果，进行碎石注浆桩施工前，需做好各项准备工作。

首先，应进行测量和放样工作，以确定桩位中心。清除施工区域地面上的杂物，测量和标定桩位中心。以桩位中心为圆心，桩身半径加护臂厚度为钻孔半径，在地面上画出钻孔圆周并撒上石灰线。在此过程中，要求桩位偏差不超过设计要求的±20mm，以确保桩位的准确性和稳定性。

其次，为防止钻孔过程中出现孔口坍塌现象，需要将钢护筒埋设到孔口段处，钢护筒埋设长度通常为1m，同时利用黏土填实护筒周围，以防止孔口泥浆流失，保证钻孔的稳定性和孔口的完整性，为后续的钻孔工作创造良好的条件。

最后，在钻机就位前，仔细调整钻机位置，将位置偏差控制在10cm 之内，从而保证钻机精确就位。钻机达到指定位置后，必须采用方木对钻机进行整平，以保证钻机的稳定性，进而确保钻孔的准确性。

3.2 钻孔

在碎石注浆桩施工中，钻孔为关键环节，涉及多个方面，从钻机选择、泥浆护壁到实际钻进过程，每个步骤都会影响工程的整体施工效果。在该工程中，管理人员基于实际情况选择了低噪声、高效率的旋挖钻机，其不仅具备出色的性能，且能在软土地层全断面取芯，通过筒式钻具一次性取出土层填入筒内，从而保证施工效率，并确保成孔速度在10～15m/h 的合理范围内。

为了防止孔壁坍塌，可通过注入泥浆的方式护壁，以确保施工过程的安全性和稳定性。对于不易保持稳定性的孔壁，可采用膨润土添加适量碱的方式进行人工造浆护壁，其间需要保证泥浆供应充足，为后续施工创造有利条件[1]。

具体钻进流程如下：

首先，在钻孔施工过程中，普遍存在孔底残留砾石或泥土的情况，因此需要有效处理孔底残留物，且实际的钻孔深度需要稍微超过设计深度，但不得超过20cm。根据该工程软土层的实际情况，施工人员确定桩长度为27m，并采用泥浆护壁大泵量循环施工方式。考虑到土质特点，在前2～3m 深度采用干钻法，在钻孔的同时注入泥浆，以起到护壁作用，确保施工的安全性和稳定性，同时充分考虑软土层的实际情况，保证最终的工程质量符合预期标准。

其次，在钻进过程中需要调慢转速，维持在50～100r/min，并检查泥浆比重，确保将相关参数控制在合理范围内，进而保证钻孔质量。

再次，钻进过程中会产生一定量的泥质土和砂土，需及时进行清理，以确保施工顺利进行。

最后，达到设计规定的钻孔深度后，需提升钻杆（上提0.3m），并使钻杆处于回转状态，并保持这一状态5～30min。之后采用冲孔技术清理孔底沉渣。

3.3 清孔

在碎石注浆桩施工中，清孔是保证施工质量和地基稳定性的重要环节。具体而言，进行碎石注浆桩施工时，清孔工作分为两个阶段。

第一次清孔在钻机取出后，实际操作过程中，要求孔底沉渣厚度小于0.1m，同时进行泥浆比重检测，确保其小于1.15，以保证第一次清孔的效果。

第二次清孔在投石施工环节进行，采用边清孔边投石的方式，第二次清孔的关键在于控制泥浆比重，确保其不得超过1.15。在整个清孔过程中，要始终保持对泥浆比重的监测并采取相应的措施，以防止泥浆比重超过规定范围，在保证施工进度的同时，提高地基的稳定性和施工质量。

3.4 投放石料

在高速公路碎石注浆桩施工过程中，投放石料是关键步骤，其质量和效果直接影响桩体的稳定性和地基的承载力。因此，需要严格遵照施工规范开展该环节作业。

投放石料前，需要合理安排清孔过程，确保在第一次清孔后的30min 内完成石料投放工作，以保证石料投放效果。石料一般为直径在15～40mm 之间的碎石，此规格的碎石能够在投放过程中更好地填满孔底，提高整个桩体的密实度。在投放石料时，可采用串筒方式，将清洗过的碎石通过串筒投放到孔内。串筒的作用在于避免石料投放过程对孔壁产生过大的扰动，确保碎石能够垂直落入孔底[2]。

同时，需要在孔口设置长方形钢板，在钢板上钻设圆孔，防止其他杂物落入钻孔内，保证投放石料的准确性。

此外，为进一步提高碎石的密实度，施工中可采用注浆管注入清水的洗孔工艺，在投放石料的过程中不间断注入清水，以控制出浆比不超过1.05，该步骤能够有效清除孔内杂物和泥浆，确保碎石完全填充孔隙，提高注浆效果。

3.5 注浆

注浆是碎石注浆桩施工中的一道关键工艺，浆液能够有效填充碎石之间的空隙，使碎石与浆液固结成桩，同时可确保浆液向孔壁周围的土体渗入，起到加固作用，提高地基土的强度。

在注浆过程中需要合理确定注浆参数、控制注浆压力，同时进行分段注浆、拔管等操作，以切实保证注浆效果。

首先，确定注浆参数是开展注浆工作的基础。施工前必须进行充分的试验研究，明确注浆压力、注浆水灰比等关键参数，同时需确定孔底端注浆管的注浆量以及每提升1m 注浆管的注浆量。该工程选用水泥砂浆作为注浆材料，施工过程中需要将水泥与细砂的水灰比控制在0.5～0.6 之间，并适当加入粉煤灰，以提高水泥砂浆的流动性和易性。

其次，在注浆过程中，施工人员需精确操作，将两根注浆管对称放置于钻孔内，并确保管口无杂物影响[3]。注浆管与孔壁之间应保持适当距离，确保出浆口高于孔底15～30cm。需要根据实际情况灵活调整注浆压力，通常在0.3～0.7MPa。采用边提升注浆管边注浆的方法，以有效控制注浆量。注浆压力升至1.5～2MPa 时启动分段注浆。为提高水泥浆的流动性，可在浆液中添加适量减水剂，并精确控制砂、水、水泥、减水剂的配比，以确保注浆效果稳定、可靠。

最后，在拔管过程中需及时填充石料，有效控制拔管速度和浆液下沉参数等。注浆达到桩顶后，为防止浆液下沉，需进行浆液回注，并持续30s。桩身强度达到设计值的80%时进行桩帽钢筋绑扎，并开始浇筑桩帽混凝土，从而完成整个注浆工作。注浆过程的具体操作需细致入微、精确控制参数，以保证碎石注浆桩施工整体质量。

4 碎石注浆桩施工技术应用注意事项

碎石注浆桩施工技术是一项先进、高效的基础施工方法，从施工前期准备、施工工艺、质量控制等多个方面分析施工过程注意事项，以更好地发挥碎石注浆桩施工技术应用效果。

4.1 施工准备阶段注意事项

在施工前期准备阶段，施工方需充分了解地质情况，包括地层结构、土层性质、地下水位等，以便合理选择碎石注浆桩规格和类型。针对地下水位较高的区域，可选用水泥防水碎石注浆桩，以防止浆液外渗，影响施工效果。同时，对施工现场进行详细勘测，确保施工区域的平整度和稳定性，为后续施工工作奠定坚实基础。

4.2 施工工艺方面注意事项

在施工工艺方面，施工人员需熟练掌握碎石注浆桩的施工步骤和要领。

首先，合理选择注浆桩的位置，并进行现场标定，确保桩位布置符合设计要求。

其次，在钻孔过程中，根据地质情况选择合适的钻孔方式，防止土体坍塌和桩孔变形[4]。

最后，钻孔深度达到设计要求后，及时清理桩孔，确保孔底清晰可见，便于后续碎石注浆作业的开展。

进行碎石注浆作业时，需根据设计要求选择适当的碎石颗粒和注浆材料，并确保浆液的配比符合标准。在浆液注入过程中，需要合理控制注浆压力和流量，确保浆液充分填充桩孔，并在浆液固化后形成坚固的注浆桩体。

此外，为保证注浆桩的整体质量，施工过程中应定期进行质量检测、调整施工参数，以达到设计要求的稳固性和承载能力。

4.3 施工安全方面注意事项

在现场施工安全方面，应加强对施工人员的培训，确保其熟悉施工操作规程，并严格遵守安全操作规定。施工现场应设置明显的安全警示标志，保障工作区域的安全通行。在注浆桩施工过程中，需要及时清理施工现场，防止碎石和浆液溅落到周围，影响交通和环境卫生[5]。

4.4 施工后期注意事项

在碎石注浆桩施工后期，需要进行工程验收和监测。进行工程验收时，需要全面检查注浆桩数量、位置、质量等，确保施工符合设计要求。

同时，对注浆桩的承载能力进行监测，以保证工程的长期稳定性和安全性。

5 结语

综上所述，在高速公路工程施工中，有效应用碎石注浆桩施工技术，能够进一步保证工程质量与安全性。为此，施工团队需要从钻孔、清孔、投放石料、注浆等环节入手，把好工程质量关，同时要关注技术应用注意事项，以更好地发挥技术应用效果。未来，相关人员需要继续深化对该技术的研究，不断提升施工水平，以更好地满足社会对高速公路工程安全、高效、可持续发展等方面的要求。