公路工程中碎石注浆桩施工技术探讨

唐新平

新疆路桥桥梁工程建设有限责任公司，新疆乌鲁木齐 830000

1 工程概况

某公路工程桥梁桥台位于水塘内， 塘底黄海平均标高为5.97 m， 上层为灰黄色～褐黄色为主的亚砂土地层，平均层厚为2m，压缩性中等； 中层为伴有河流冲积相亚砂土和粉砂交互层的灰色淤泥质饱和软土层，平均层厚为8.5m，压缩性中等，可作为该工程路基压缩层和持力层；底层为灰色夹粉细砂的亚砂土层，该层压缩性为中等，性能较好，是良好的压缩层。在浅部地层中主要以冲击相的亚砂土和粉砂为主的松散土类孔隙潜水含水量，无承压，平均水位埋深在0.75m左右。公路桥梁工程1号桥台路基填筑高度为10m，桥台位于水塘内，平均水深为4m。考虑桥头地基承载力、工后沉降和桥头跳车程度，桥头软土路基采用碎石注浆桩进行加固处理。

2 碎石注浆桩施工工艺

2.1 技术原理

碎石注浆桩从桩的材料看属于胶结体桩而从成桩工艺看属于钻孔灌注桩，主要是一种由水泥砂浆和碎石胶结而成的钻孔灌注桩。碎石注浆桩的基本原理是利用按设计直径配置的小型钻机钻入地基土层至设计深度，在投放碎石料前先将注浆管放至孔底，然后同时进行注浆管放水清洗孔壁和投放碎石料的工作。完成上述工作后开始进行注浆，浆液从孔由下至上灌满至地面以后固结成桩，同时浆液也渗透周围土体，砂浆和土结合，使土体与桩体间形成一个的过渡带，提高了周围土体与桩的摩擦力。碎石注浆桩近年来在高速公路的地基处理中有很大的发展，可以很好地发挥它的优点。

2.2 施工工艺

碎石注浆桩的施工过程主要分为：成孔、投石注浆和现浇盖板3部分：

1）成孔。桩位测放时要求控制桩位偏差在±20mm 之内；为确保钻进顺利预防钻孔时发生坍塌，应在孔口处埋设直径为60cm埋深1.2m～1.5m的钢护筒，为确保护筒不发生偏移护筒周围土体通过夯实处理，为保证钻孔中心桩位增设骑马桩；采用地表水加黄泥造比重为1.15g/cm3～1. 25g/cm3泥浆，钻孔灌注桩与其成孔作业方法大致相同，为保证垂直度，要加强对钻杆的垂直度和钻机的平稳性检查， 确保成孔垂直度偏差小于1%；钻进土层至设计深度后，通过钻头原位空转利用正循环泵进行清孔排渣，清孔至沉渣厚度小于10cm，要控制泥浆比重在1.15 左右，在撤离钻机后要用检孔器测量垂直度和孔径；

2）投石注浆。采用1.0m～1.5m厚度为10mm方型钢板作为孔口板，圆孔直径为600mm，保持投石导向管的垂直度并固定投石导向管；注浆管则通过两口中心处的导向环来固定，并通过导向环插进离孔底10cm～15cm处；通过导向管将粒径为20mm～ 40mm碎石填入孔内，投石直至设计孔口标高，同时，通过注浆管不间断注入清水洗孔，洗至孔口时控制孔口泥浆的比重在1.05g/cm3内；碎石注浆桩桩体混凝土采用C15，水泥浆配合比为水：水泥：砂=0.5:1:0.75:0. 80，采用砂浆机拌制水泥浆，存放于注浆槽内，采用边注浆边拔管的方法将通过0.8mm×0.8mm 的水网过滤后的水泥浆通过注浆管压入孔内；以注浆量控制拔管的距离，拔管间距控制在0.3m～0.5m，注浆过程要求连贯；注浆至孔口翻浆比重达到砂浆标准比重的95%时，注浆结束。在整个拔管和注浆的过程中，孔口石料会因为注浆管的振动而下沉，所以在整个过程中要及时补充碎石，另外注浆后桩顶浆液会下沉，必要时应进行回灌作业；

3）现浇盖板。盖板可以使路基传下的力较均匀分布在各桩体上，同时还可以增大土复合地基和桩之间的承载能力。当桩体强度达到70%设计强度时，在挖凿桩头松散部分支立钢模板浇筑1.5m×1.5m厚20cm的桩顶盖板，桩顶盖板建筑后养护3天后进行拆模工序，完成后四周回填夯实。

3 桩身质量试验结果

为了确保桩体本身质量和桩体承载能力的大小能满足设计要求，对碎石注浆桩进行检测试验。对桩体体质量检测结果显示，实际注浆量要比理论注浆量大50kg/m，符合注浆量要求，采用低应变动测法检测桩体完整性，结果显示随机抽取的15%成品桩中均为I类桩。

此外，抽取一组进行静载试验，图1为三桩六边形复合路基，总面积为24.4m2。试验加载方式采用压重平台反力装置按每级加载量650kN逐级加载，为了监测桩周围土压力和桩压力变化实验时在桩周围土和桩顶通过设置土压力盒观测土压力变化情况。

图1 静载试验复合路基示意图

静载试验的Q-S曲线如图2所示，试验中单桩复合荷载平均值为2 200kN，最大荷载和最大沉降量分别为6 500kN和114mm，在整个卸载过程中，复合路基的回弹率达到9%。从图中可知，复合路基的沉降曲线的变化缓慢，说明路基表现出稳定的沉降，桩的承载能力很好，证明桩身不存在折断现象。图3为加载过程中桩间土和桩顶的应力变化曲线。从曲线可以看出，土压应力在三根桩的桩顶处变化基本一致，与荷载的增加呈正相关，且受荷载影响较大；土压力在桩间土处与荷载的增加也呈正相关，但受荷载影响较小。结果表明，桩间土和桩共同承担上部荷载，且桩身承担了大部分上部荷载，证明经碎石注浆桩加固处理的路基具有较好的复合路基效应和良好的承载能力。

图3 桩、土压应力变化曲线

4 结论

本文结合实际工程简单介绍碎石注浆桩的加固原理和其施工工艺，并进行静载试验，分析了桩基荷载变化规律桩和桩土间的应力变化情况，结果表明，碎石注浆桩承载能力较好并能发挥较好的复合路基效应。

[1]龚晓南.复合地基理论及工程应用[D].北京：中国建筑工业出版社，2002.

[2]张伟华.碎石注浆桩施工技术在公路工程中的应用[J].工程技术，2009(19).