注浆碎石桩在上海公路软基处理中的应用

杨媛媛

（上海公路投资建设发展有限公司，上海市 200335）

0 引言

注浆碎石桩是碎石桩与压力注浆两者融合在一起的新型软基加固技术，属非挤土刚性桩[1]。近年来在杭州、宁波等沿海高等级公路的软基加固中得到了应用。同时该技术已成功用于沿海铁路甬台温线和温福线场地受限时或对挤土桩敏感的即有建筑的深厚层软土地基加固中[2]。目前在上海应用很少。注浆碎石桩通过加固场地的桩位成孔、投碎石、通过预埋注浆管向碎石桩体及桩周土体进行注浆。在注浆过程中，浆液通过渗透、压密、劈裂以及与周围土体的相互作用，既提高了桩体自身强度，又改善了桩间土体的性能，使桩间土性能有较大程度的提高，由此形成注浆碎石桩、改性桩周土体及桩间土的复合地基。

1 工程概况

S26沪常高速公路工程位于上海市青浦区,主线采用高架方案，为节约土地资源，高架下方设地面道路系统。主线高速公路设计速度取100km/h，地面道路为二级公路，设计速度取60km/h。工程沿线浅部地层由上至下依次发育的土层为：①1填土、②1褐黄～灰黄色粉质粘土、②2兰灰～灰色粉质粘土、③1灰色淤泥质粉质粘土、③t灰色砂质粉土、④1-1灰色粘土、④1-2灰色粉质粘土、④2暗绿～草黄色粉质粘土、④3灰黄～灰色砂质粉土、⑤3-1灰色粉质粘土、⑤3-2灰色粉质粘土夹粉土、⑤3-3灰色砂质粉土夹粉质粘土。

1.1 原设计情况

谊桥江地面桥位于工程5标范围内，桥台处地表清表后地基为2.0～3.0 m粘性土硬壳层，其下为8～12 m左右的粉质或淤泥质软粘土，该层地基土为道路路基不良土层，是桥接坡地基产生桥后跳车的主要因素，因而需将此不良地质土进行处治。原设计采用水泥搅拌桩处理桥台后30 m，桩径70 cm，桩长17 m，正三角形布桩，桩间距1.8 m。该工艺要求先进行地面桥桩基施工后架设高架梁。

1.2 设计变更情况

由于工期调整，5标高速部分先行通车，高架桥先于地面桥桩基施工。5标箱梁施工完毕后，桥台处净空（12m）远小于搅拌桩桩机高度（约22m），搅拌桩无法施工，见图1。因此需对原设计方案进行调整。

图1 施工现场示意图

综合技术经济比较后，确定采用注浆碎石桩来代替原来的搅拌桩。注浆碎石桩具有以下优点：

（1）施工工艺灵活，桩架轻便较小、移位方便，对施工场地的要求较低，特别是在高架桥面已施工而使地面道路施工净空受到限制的条件下，依然能够施工作业。

（2）注浆碎石桩是刚性桩复合地基，可提供较好的地基承载力，对于桥后控制沉降效果较好。可在软基中形成低标号的桩体完整、成型较好的素混凝土刚性桩，施工质量易于控制，可避免如水泥搅拌桩喷浆量不足，水泥土强度不够，成桩性能不好的质量通病。

（3）使桩侧及桩端阻力和土层的承载力及变形模量均有相当幅度的提高，具有较高的复合地基承载力和较强的控制变形能力。

（4）与其它非散体材料桩复合地基相比，具有桩间距大、直径小、置换率较低的特点，可充分发挥桩周土的承载力。

2 注浆碎石桩设计

2.1 变更后的设计方案

注浆碎石桩桩径60 cm，桩长17 m，状体抗压强度等级不小于C15，正方形布桩，桩间距2.0 m。

为了避免桩顶向上发生刺入破坏，桩顶设置桩帽以提高桩体荷载分担比。桩帽厚20 cm，采用C20混凝土。

2.2 注浆碎石桩技术指标

（1）水泥宜采用42.5级普通硅酸盐水泥，水泥砂浆的水灰比控制在0.5～0.6；

（2）桩径集料采用不大于50mm的碎石或卵石，砂浆用砂粒径小于0.5 mm，含泥量不大于5%；

（3）注浆的水泥砂浆强度不小于M20， 砂浆比重1.05左右，注浆压力0.3～0.7 MPa；

（4）拔管速度0.5～0.3 m/min；

（5）成孔至投放碎石时间小于30 min。

2.3 注浆量计算

注浆前应对该桩的注入砂浆量进行计算，以便指导了解该桩的注浆情况，一般情况下单桩注浆量不得少于该桩体积的一半。为了保证注浆质量，根据工艺试验结果，本工程中要求水泥注入量不少于65 kg/m为宜。

3 施工技术

3.1 工艺流程

测量放线及定桩位→护筒埋设→钻机就位→钻进成孔→清孔→下注浆管→碎石投放→安装桩帽连接钢筋→压力注浆→拔管→桩帽施工。

3.2 操作方法

（1）定位放线：根据设计图，确定桩位轴线和桩位点，用φ12钢筋插在桩位中心点上，并撒上白灰做明显标记。桩位偏差小于±20 mm。

（2）护筒埋设：防止成孔、投石过程中孔口发生坍塌，孔口段埋设钢护筒，护筒长1 m。护筒周围用粘土填实，防止注浆过程中浆液流失。

（3）成孔设备就位、成孔：成孔可以采用钻机或桩机。设备进场后，按照装配图纸进行组装。施工采用泥浆护壁正循环方法作业。

（4）一次清孔：钻进至设计深度后清孔至沉渣小雨10 cm，再换稀泥浆，泥浆比重控制在1.15～1.25。

（5）下注浆管：成孔后，下注浆管，两根直径为1 in的注浆管，注浆管下至距孔底40 cm处，安装时应对称布置，以利于控制注浆质量。

（6）碎石投放：碎石通过串筒投放至孔内，投入量应大于计算桩孔体积，并填灌至孔口标高。

（7）安装桩帽连接钢筋：在投放碎石至设计桩帽链接筋底标高时，应先安放桩帽连接钢筋，然后再继续投放碎石。

（8）压力注浆：注浆采用水泥砂浆，水泥采用425号普通硅酸盐水泥，砂为细砂。水泥砂浆的水灰比控制在0.5～0.6，并适当使用碱水剂、粉煤灰等外加剂。采用边拔边注浆的方法，注浆压力控制在0.3～0.7 MPa，不同的孔深采用不同的注浆压力。

（9）拔管：拔管过程中要随时在桩顶填充碎石，并在1～2 m范围内补充注浆，直至孔口标高断面上浆液充分外溢充盈后停止。注浆管拔出。

（10）桩帽施工：待桩身强度达到设计值的80%时，可帮扎桩帽钢筋，浇筑桩帽混凝土。

4 质量检测

（1）注浆碎石桩的质量检验标准应符合表1规定。

表1 注浆碎石桩的质量检验标准

（2）桩身质量检测

a.桩体达到一定强度后，采用低应变检测，抽检数量不得少于总数3%。

b.桩身强度采用留样做试块试验，C15桩身强度采用试块强度控制，试块数量每块场地不少于3个。

（3）承载力检测

采用单桩荷载承载板试验对处理段桥头加固桩进行检测每个桥头不得少于1根，28 d单桩极限承载力不小于400 kN，复合地基承载力不小于240 kPa。

（4）检测结果

根据第三方检测报告显示，单桩承载力、复合地基的承载力及混凝土试块强度均满足设计要求，所检测基桩均为I类桩。

5 结语

（1）注浆碎石桩是碎石桩和压力注浆融合在一起的新型软基加固技术，与目前常用的水泥搅拌桩处理效果相当或者更优。

（2）施工桩架轻便较小、移位方便，对施工场地的要求较低，特别是在高架桥面已施工而使地面道路施工净空受到限制的条件下，依然能够施工作业。

（3）注浆碎石桩在上海应用不多，采用该技术时，设计单位应提出明确的技术指标和设计要求，选择具有经验的施工单位实施，根据地层清孔进行必要的工艺试验。

[1]《地基处理手册》编委会.地基处理手册[M].北京：中国建筑工业出版社,2008.

[2]叶春林.碎石注浆桩在深厚层软基处理中的应用[J].岩土工程技术，2008，22（1）：42-46.