探讨碎石注浆桩施工技术在公路工程施工中的应用

朱剑平 毕敬伟

摘 要：公路工程建设中需要应对各种复杂地质情况，当地基土质较差时会影响路基稳定，此时设置碎石注浆桩可加强稳固性。本文分析注浆桩的应用原理，分析了注浆桩的技术要点，说明其质控方法，并围绕案例展开分析。

关键词：碎石注浆桩;公路工程;施工技术;软土地基

0 前言

碎石注浆桩的优势众多，设备设施轻便，较易适应场地要求，施工不易产生过大噪音，对周围环境消极影响小，此外碎石注浆桩承载能力较高，操作易于实施，工程桩广泛应用此技术，在高速公路需要制作工程桩时应用价值较高。本文融合工程实践经验，针对公路工程中进行碎石注浆桩技术问题展开分析。

1 应用原理

在现代交通建设中公路工程技术持续显著进步，负责经济流通，促进产业集聚，具有关键作用。在建设中，部分路段建设基础较差，路基地质条件存在缺陷。注浆桩属于钻孔灌注桩，规格通常较小，碎石与水泥砂浆是主要成分，由材料胶结而成，基于此背景，分析成桩工艺时可将碎石注浆桩归入钻孔灌注桩类别，立足桩材料角度，该注浆桩则可归入胶结体桩。此类桩直径通常（30～70）cm，适用桩长≤30 m。原理主要是以小型钻机为工具，基于设计直径，按照设计深度钻进进而成孔，后续将注浆管置入孔底，投放碎石料。碎石料投放时，借助注浆管进行放水，对孔壁进行清洗。投放碎石料结束后可注浆，浆液通常采取由下向上的方式逆行灌注，浆液被灌注到地面之后可固结成桩。在钻孔中，浆液渗透碎石并固结碎石，形成所需桩柱，同时朝向周边土体渗透。在此作用下，桩体、土体间形成过渡带，土、砂浆在此区域结合，促进桩和周围土体有效摩擦，受此影响，基于受力特性分析，注浆桩又归为摩擦桩[1]。

2 技术要点

碎石注浆桩属于复合地基，对于软土层使用，可进行地基处理，例如当建设地点以淤泥质土或者粉质砂土等为主时，可选用此桩。通常适合用于含水量较小的路段，效果较为明显，含水量过大时功能存在局限性。碎石注浆桩施工应按此次序进行：钻孔——清孔——投石——注浆。上述工艺为施工必要工艺，并非完整技术要点，碎石注浆桩建设中应控制施工技术，科学控制技术环节，还应强化质量监测。

2.1 钻孔技术

常规公路工程桩直径通常为（30～70）cm，桩长通常≤30 m，故而钻机型号钻头应适中，直径大小符合要求，并了解单程钻深是否符合需要。钻孔指标方面，应控制垂直度偏差，还应控制泥浆的比重，并科学调整钻孔深度。

在钻孔过程中，钻孔应垂直，偏差≤1%。为促进钻孔垂直，应在监测同时钻孔。还应及时为钻头降温，延缓钻机钻头磨损，促进钻头服役周期延长。钻头降温通常采用边钻孔边注水的方法。钻进周期中可见众多砂土、泥质土，应予以及时清除，以期提高钻孔效率，避免堵塞钻孔。在钻进时应该持续检查泥浆比重。常规砂土比重为（1.17～1.25）区间，淤泥质土比重通常为（1.20～1.25），此种泥浆比重具有科学性，钻机钻孔较易推进。钻机钻孔中会留下部分泥土、砾石，因此钻孔实际深度应略深于设计孔深[2]。

2.2 清孔技术

清孔分为两次。初次清孔钻孔完成后实施，钻孔抵达设计深度，原位回转钻具，并采用循环冲孔方式排渣，清孔时观察沉渣厚度，当其<10 cm时，孔内泥浆比重约为1.15，泥浆比重符合要求后，进行提钻移机操作，测绳测量孔深，使用检孔器对孔径进行测量。二次清孔应实施于投石阶段，投石清洗同步进行，该阶段孔内泥浆比重约1.05。

2.3 投石技术

清孔后立即投放碎石，将注浆管置入孔底然后投石。投放时应预防碎石冲刷孔壁，所以孔顶部应设置碎石导向管，保证碎石直径（20～40）mm，投石抵达孔口标高可停止。

2.4 注浆技术

借助砂浆泵输送水泥砂浆，以注浆管为通道压入孔内，选用SGB-10型砂浆泵，或同类型，砂浆泵注浆管选用普通钢管，砂浆材料选用常规硅酸盐泥。砂粒径≤0.5 mm。以设计强度为依据控制砂浆配比，注浆量达标后，应避免泥浆受重力影响向土体大规模扩散，缩减用浆量，向上缓慢拔管，速率取决于注浆量，拔管间距0.5 m/次，同时持续注浆，孔口翻浆比重为95%注入砂浆比重时，实施一次拔管。注浆质量应严格控制，在注浆时受到注浆管振动影响，孔口石料下沉，因而注浆时应持续补料，注浆后可见桩顶浆液下沉，需要回灌作业[3]。

3 质量监控

钻孔、清孔以及投石、注浆工序完成后，应检验桩质量。根据相关标准，施工结束后，应检查桩身质量。检测手段多采用：钻孔取芯、声波透射或者高应变动力试验等方法，碎石注浆桩多行钻孔取芯检测以及无损低应变动态检测。基本施工结束，检测桩质量，经初步判断未见不合格，此时无法保证未来运行周期安全性。应检测完工的碎石注漿桩，监测沉降情况与水平位移，观察地表沉降，分析地基沉降情况，还应对地基土体和地面的水平位移情况进行监测，检查空隙水压力，分析土压力。

3.1 水平位移监测

（1）地基土体。实施测斜管观测，选用塑料管作为测斜管，在路堤边坡的趾部区域埋设。埋设施工中，钻机导孔应控制垂直偏差率为≤1.5%。测斜管底部深度控制要求为入粉砂层、亚粘土层约100 cm，管顶应高于地面50 cm，此外加盖保护。

（2）地面。实施位移边桩观测，路堤两侧趾部进行埋设，在坡脚处埋设一根，其余在边沟外侧埋设。边桩为10 cm×10 cm规格砼预制桩，埋入深度要求1.5 m，露出地面要求10 cm。埋置时选择打入法，回填密实桩周。

（3）孔隙水、土压力。孔隙水压力计选择“一孔多只孔压计”方法埋设，自砂垫层底部起步，2 m为间隔埋设。钻孔埋设过程中，详细记录钻孔。单孔压计埋设完成，立即实施接收仪器检查，确保孔压计正常。监测土压力时选择土压力计，采用挖坑水平埋设方式，坑底处理平整密实，经过埋设，土压力计保证位置正确稳固，空间方位20 cm左右均以细砂填实。埋设单只后应立即测试，纠正问题，及时调换。埋设结束后土压力计可见初读数进入稳定状态时，然后开展后续填筑工作。

（4）承载力。水泥搅拌桩需要实施承载力观测。该观测需要开展单桩载荷试验、多桩载荷试验。水泥搅拌桩进行载荷试验应为施工3 m后实施，水泥搅拌桩在进行单桩容许承载力检测时，其值应≥120 kN，也就是设计承载力参数。

（5）观测监测。承载力行单独观测，路堤施工时其余项目观测频率均相同。观测频率应根据时期差异而定。填土期观测（1～2）次/d;预压期第（1～4）w中2日1次;预压期第3 w～至3 m要求1次/w;预压期3个月后直到上路面结束前观测频率15 d进行1次。营运开始，在设计观测期结束前，6个月为间隔观测1次。设计观测期应从施工初期至营运期2年内。路堤填筑施工中，第一级加载控制为3.0 m，不含砂垫层，1.5个月速度加载，砂垫层填筑、顶部填土，都应依据上述频率予以观测，同时控制加载速度为适中状态，保证加载厚度控制在均匀状态，避免高集中料堆残留[4]。

3.2 沉降监测

以地表沉降、地基分层沉降为主要内容。前者使用沉降板，后者依据分层沉降标。设置沉降板在工格栅、土工格室之上，也可选择砂垫层。埋设在路基中心、路肩或者坡趾以及两侧路幅中心。沉降板底槽埋设应平整，其下铺设砂垫层，规格为60 cm×60 cm×20 cm。分层沉降标选择钻孔埋设方式，钻孔垂直偏差≤1.5%，杜绝塌孔缩孔，下套管、泥浆护壁，随埋随接波纹管、导管，在观测分层沉降测点是应设置间距为1 m。

3.3 综合控制

碎石注浆桩建设期，从开孔开始到结束需要维持连贯作业，避免中途停工。测量定位应精准。成孔施工质量应严格控制，关注成孔这一关键环节。避免塌孔事故，当发生塌孔情况时及时停止钻进，对塌孔部位情况予以实际勘查，及时对症处理，避免偏孔事故，建设开始前应加强场地平整，完善基础工作。钻孔过程中应该坚持“三点一线”，钻孔偏斜意外发生后，应及时应急处理，采用相应办法解决此事故。清孔质量应行严格监测，遵循科学清孔程序实施清理操作。注浆质量控制需要在注浆前明确孔内以及管中杂物，检查注浆器材设备，予以性能检查和校正，在进行注浆操作时应严格控制注浆压力，控制泥浆土质比重，保证规范注浆。

4 应用案例分析

4.1 工程背景

本研究所选案例为某公路路段，该公路为双向公路，公路宽度为八车道。路段长度129.5 km，预期时速要求120 km/h。该路段所在区域地理位置为山区，环境條件为日常较长，降雨充沛，最低气温-7.5℃，最高气温36℃，常年处于（17.9～20.7）℃区间，年均降水170 d左右，降水量为（1 560～2 231）mm/年。该工程为软土地基施工，施工区域以软土为主，土层厚度不均匀。软土厚度多在（16～21）m之间，以海积软土、冲积软土为主，分布以相对连续性质居多，多为黏土、淤泥以及细砂。该处土壤具有较高孔隙比，土壤中水分含量较大，经检验为高压缩性土质。施工区域内经过一些冲击形成水塘和沟渠，另有部分为湖沼堆积形成，此类区域为软土土质，分布不集中，常规厚度（50～100）cm。该处固结程度不佳，流变性表现明显。工程分析显示，本次工程施工地质不利因素为土层厚度不均匀且湿度过高，土壤中存在大量有机质，稳定性差，抗剪度弱，同时可见高压缩表现。

4.2 施工过程

针对路段稳定性差问题，需要采用碎石注浆桩进行加固，防控不均匀沉降。加固路段共计499 m，设置桩径（40～60）m，长度为（16～22）m，桩间距参数4 m。本次桩基垫层铺设中先铺设0.6 m厚的随时，然后设置土工格栅2层，再行铺设0.6 m厚度灰土，最后铺设木工格栅2层。处理地基表面后使桩机抵达施工位置，标注桩孔。钻杆垂直度应≤1%。在钻进的同时加注泥浆，避免塌孔。观察土质情况，先实施干钻，入土（2～3）m。使用加碱膨润土制成人工造浆护壁。开孔时设置为慢速，钻进工程中维持（50～100）r/m。在此过程中泥浆比重参数应为（1.25～1.35），稠度要求（18～25）m。钻孔深度符合设计要求后，钻杆提起0.3 m，回转（3～30）min，冲孔施工，监测孔底沉渣厚度，厚度≤0.3 m停止。验收钻孔。最终钻孔深度>设计深度0.3 m，孔底部位沉渣0.1 m，分析孔中泥浆比重，比重值≤1.15。钻孔结束后进行一次洗孔，然后在投放碎石料时二次洗孔。

所用石料粒径要求（0.2～4.0）cm，30 min内投放完毕。注浆时要求压力参数（1.5～2.0）MPa。砂浆中水和砂的投入单位为1U，水泥为1/2U，减水剂在未0.008U。在上拔注浆管时，速率控制为（0.5～0.3）m/min，监测孔口翻浆比重，符合标准后继续注浆30 s。静载荷试验检测数据曲线如图1。

5 结论

综上所述，公路施工的核心部分为路基，选择碎石注浆桩可促进降低成本，提高施工效率，还可增强路基坚固性，提高路基稳定性。在具体工程中，应全面掌握现场情况，予以科学分析，严格控制钻孔、清孔、投石以及浆液灌注全周期工作，加强质量监控，做好偏差处理预案，监控注浆桩建设质量，提高公路质量，促进交通经济发展。

参考文献：

[1]张富山.碎石注浆桩施工技术在公路工程中的应用概述[J].四川水泥，2020（8）：265+267.

[2]黄琳达.碎石注浆桩施工技术在公路工程中的应用[J].黑龙江交通科技，2020，43（2）：55-56.

[3]何进.碎石注浆桩在公路软土地基处理中的应用[J].青海交通科技，2019（5）：78-80.

[4]曹群峰.碎石注浆桩施工技术在公路工程施工中的应用[J].中国新技术新产品，2019（3）：128-129.