公路工程碎石注浆桩施工技术探究

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　　摘要:本文碎石注浆桩施工技术原理、施工工艺、碎石注浆桩技术特点、桩身质量的检测及监测方案进行讨论,并分析和总结了碎石注浆桩的施工技术及质量控制要点,对同类工程有借鉴意义。
　　关键词:施工工艺;碎石注浆桩技术;监测方案
　　
　　注浆桩是一种引入注浆技术的软基处理新方法,它是利用钻机按设计直径,钻进至设计深度成孔,放入注浆管后,投放石料。碎石注浆桩施工所占用的场地较小,在施工过程中无振动、无噪音、不挤土,对周围的建筑物影响很小,且施工机械轻便,速度快,同时在注浆过程中浆液可同时改善桩间土的强度及桩土摩擦阻力,提高承载力,因此碎石注浆桩有着较好的发展前景.
　　1.碎石注浆桩的加固机理
　　注浆桩主要是一种由碎石和水泥砂浆胶结而成的小型钻孔灌注桩。其基本原理是利用小型钻机按设计直径,钻进至设计深度成孔,然后先将注浆管放至孔底,再投放碎石料。在投放碎石料的过程中,利用注浆管放水清洗孔壁。碎石料投放完成后进行注浆,浆液一般由下向上逆行,当浆液灌注至地面以后便固结成桩。浆液除在钻孔中渗透固结碎石成桩外,也向周围土体渗透。使桩体与土体间形成一个土和砂浆结合的过渡带,增加了桩与周围土体的摩擦力,所以注浆桩从受力特性看又属于摩擦桩。注浆桩近年来有很大的发展,特别是在高速公路的地基处理中。可以很好地发挥它的优点。
　　1.1桩体的置换作用
　　碎石注浆桩桩体的强度和模量比桩间土大,在荷载作用下,桩顶应力比桩问土表面应力大。桩可将承受的荷载向较深的土层中传递并相应减少了桩间土承担的荷载。这样,在桩的作用下使复合地基承载力提高、变形减少。同时,桩体的渗透系数大于桩问土的渗透系数,桩体的置人有利于孔隙水压力消散,土体有效应力增长,桩间土强度和复合地基承载力的提高。
　　1.2浆液的扩散作用
　　浆液在压力作用下,向桩周土渗透,随着浆液材料的进入改变了桩周土体的组分,将土体中的空气、水置换成水泥水化物,从根本上解决了水、空气的人侵。由于浆液的渗人使得凝固后的桩间土整体密实度和有效应力大大提高。此外,浆液向桩侧渗人时,使得桩身与桩周土的胶结能力也增强,从而提高了侧摩阻力。
　　2. 施工工艺
　　碎石注浆桩的施工过程主要分为:钻孔、清孔、投石以及注浆四部分。
　　2.1 钻孔 钻机移至桩位后,用挂铅垂线法使转盘中心与桩位中心重合,偏差小于2cm,后调整钻机使机杆铅垂。钻进成孔:施工采用泥浆护壁的大泵量正循环方法作业,以便使沉渣顺利排出孔外。钻孔钻头直径根据不同桩号桩径钻进成孔,场地地层具有较好的造浆性能,因此第一个桩的钻孔注意孔壁稳定性,后续施工现场有充足的泥浆,开孔要慢转速,后续钻进中宜保持中速50～l00r/min,泥浆比重1.25～1.35,泥浆稠度18～25秒。钻进至设计深度后,钻杆上提30cm左右,至此位回转5～30分钟冲孔,保持沉渣小于30cm,经监理验收后方可终孔。
　　2.2 清孔。钻进至设计深度后,钻具原位回转、正循环冲孔排渣小于lOcm,再换泥浆。泥浆比重控制在1.15～1.25。最后提钻终孔并移开钻机。二次清孔是在投石时进行,一边投石一边清洗,此时孔内的泥浆比重应控制在1.05左右。
　　2.3 投石。投放石料将干净的石子(16―31.5ram)缓缓倒进孔内(石子宜采用单粒级配,以提高石子空隙率,使砂浆充分填充),投入量应大于计算桩孔体积。此时注浆管继续压入清水冲洗,直至溢出的泥浆比重小于1.05时为止,使石子空隙间的泥浆基本冲洗干净,有利于砂浆与石子问的胶结。
　　2.4 注浆。主要是利用砂浆泵将水泥砂浆通过注浆管压入孔内。砂浆泵可以用SGB-10型或与此相类似的砂浆泵,注浆管为普通钢管即可。砂浆材料主要为普通硅酸盐水泥,砂的粒径不大于0.5 mm,根据设计强度要求配比进行配置砂浆。当注浆达到一定量后,为防止泥浆在重力作用下向土体大量扩散,减小用浆量,应逐渐向上拔管,拔管速度应根据注浆量进行控制为主,每次拔管的间距为0.5 m,并不间断注浆。至孔口翻a浆比重达到注入砂浆比重95%时,可一次拔管。为确保注浆质量。在注浆的过程中由于注浆管的振动造成孔口石料下沉,故注浆过程中应不断补料。注浆后桩顶浆液会下沉,故应进行回灌作业。
　　3. 碎石注浆桩技术分析
　　我国软土分布很广,在大量的工程建设中会遇到软土地基处理问题。
　　3.1常用的竖向增强体复合地基方法.主要有散体材料桩、柔性桩、刚性或半刚性桩等。散体材料桩由于桩体强度低、在强度很低的软土地基中成桩困难,质量无法保证;柔性桩由于桩身强度也比较低,对承载力要求较高的工程中由于要求间距很密,使得造价反而超过刚性桩处理方法。
　　3.2高速公路高填土深厚软土地基处理.近年来已经引进以往在房建等对地基要求更高工程中使用的一些刚性桩地基处理技术(素混凝土或CFG桩、薄壁管桩、Y型桩)、预应力管桩等,这些桩强度高,处理效果好,应用较为广泛,特别在浙江地区的高速公路建设中应用较早并相对较多。但从各种振动沉管桩的施工工艺来看,施工振动很大,会对周围环境造成很大的影响,且往往存在大量挤土效应使地面隆起、桩身缩小并出现断桩、移位,影响处理效果,对其他附近的结构物、房屋建筑、桩基、加宽工程中的老路基等都具有一定的破坏作用,引起事故或工程纠纷。
　　3.3采用素(贫)混凝土钻孔灌注桩来解决.素混凝土钻孔灌注桩成孔扰动、水下作业使桩周及桩端土体遇水软化,土体强度急剧下降,桩周泥皮存在如同桩与土体之间加上润滑剂,大大降低了桩侧摩阻力,另外桩底沉渣、土体扰动严重影响桩端承载力的发挥,引起附加沉降;并且其直径一般不能小于50cm,桩体强度不能太低,一般不小于C20,否则都会引起灌注困难,对路基这种复合地基来说,有时并不需要太高的强度或太大的直径;还有在深厚软土地基由于桩长较长,在混凝土灌注的过程中,可能会引起混凝土离析、桩径缩小、泥浆进入甚至断桩等质量事故。
　　4. 桩身质量的检测方案
　　软基处理施工应实行动态控制,严格按监控指标和要求实施,在施工过程中应加强监测频率。同一路段、不同观测项目的测点宜布置在同一横断面上。施工时,建议按监测仪器设置表布设的断面、位置实施,并可根据实际情况作出适当的调整。
　　4.1沉降观测
　　沉降观测包括地表沉降观测和地基分层沉降观测。地表沉降观测采用沉降板,分层沉降观测采用分层沉降标。沉降板应设在钢塑土工格栅、土工格室或砂垫层之上。沉降板埋设于路基中心、路肩、坡趾和左右路幅中心。埋设时,沉降板底槽应平整,其下铺设60cm×60cm×20cm的砂垫层。
　　分层沉降标采用钻孑L埋设,要求钻孔垂直偏差率应≤1.5%,并无塌孔缩孔存在,在埋设中应下套管或泥浆护壁,波纹管与导管应随埋随接。分层沉降测点间距为1m。
　　4.2.地基土体水平位移观测
　　采用测斜管观测。测斜管采用塑料管,埋设于路堤边坡趾部。埋设时,钻机导孑L的垂直偏差率应≤1.5%。测斜管底部进入粉砂层或亚粘土层l00cm,管顶高出地面50cm,并加盖保护。
　　4.3地面水平位移观测
　　采用位移边桩观测,埋设在路堤两侧趾部,其中一根位于坡脚处,其余位于边沟外侧。边桩采用10cm×10cm砼预制桩,埋入深度为1.5m,露出地面10cm。埋置时采用打入法,桩周应回填密实。
　　4.4孔隙水压力及土压力观测
　　孔隙水压力计采用“一孔多只孔压计”埋设法,从砂垫层底部开始埋设,每隔2m埋设一只。钻孔埋设时,应做好钻孔的详细记录。每只孔压计埋设后,应及时采用接收仪器检查孔压计是否正常。土压力观测采用土压力计,应挖坑水平埋设,坑底应平整密实,埋设后的土压力计必须位置正确而稳固,上下四周约20cm范围用细砂填实。每只埋设完应及时测试,发现问题及时纠正或调换。埋设后的土压力计在初读数稳定后,方可进行其上的填筑工作。
　　4.5承载力观测
　　水泥搅拌桩应做承载力观测。承载力观测应采用单桩和多桩载荷试验。水泥搅拌桩载荷试验应至少在施工3个月后进行,要求水泥搅拌桩单桩容许承载力值不低于120kN(单桩设计承载力值。
　　5.结束语
　　注浆桩目前应用很少,对它的合理施工工艺有许多值得研究的内容。对散体材料颗粒大小、级配情况,浆液配比和浓度、桩体强度控制、压力大小、各种材料的用量和合理配置等方面均需要经过一定的试桩和检测手段加以研究。
　　
　　参考文献:
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　　[3] 李德洲. 碎石注浆桩在工程中的应用[J]. 西部探矿工程, 2000,(06)

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