用无砂混凝土小桩控制高填方路基变形

摘要：本文综述了高填土路基处理方法及适用条件，分析无砂混凝土小桩工作机理。根据工程实例，以实测变形验证该技术的实际效果，提出该技术进一步发展需要解决的问题。

关键词：路基；变形；无砂混凝土小桩；监测

1 公路工程中的地基处理技术

公路路基的处理方法有换填法、强夯法、碎石桩法、注浆法、高压喷射注浆法、深层搅拌桩法、加筋土法、土工合成材料法等，这些方法均各有其有缺点，有其相应的工程实用范围。

换填法适用于淤泥、淤泥质土、湿陷性黄土、素填土、杂填土及暗沟、暗塘等土层的浅层处理，是通过碾压或振密施工方法将砂石、素土、灰土、工业废渣等垫层材料压实，使不良原状地基土强度得到加强。但压实过程中要求含水量满足最佳压实含水量水平。

强夯法适用于处理碎石土、砂土、低饱和度的粉土和黏性土、湿陷性黄土、杂填土以及素填土地基，夯实效果主要受原状土含水量的影响。碎石桩法适用于处理松散砂土、素填土和杂填土等地基，对饱和黏性土地基当变形条件不是设计控制条件时也可采用。碎石桩在饱和黏性土地基处理中可起到挤密、排水作用，从而使原状土强度得到加强。注浆法适用于加固砂土、淤泥质土、粉质黏土、黏性土及素填土、杂填土等土层，可显著提高地基土的强度和变形模量。高压喷射注浆法适用于处理淤泥、淤泥质土、黏性土、粉土、黄土、砂土、杂填土及碎石土等土层，适用面广，对原状土强度的提高幅度大，但喷射注浆压力一般较大，施工中可能由此导致施工机具故障率有所提高，施工过程中水泥流失量较大。深层搅拌桩法适用于处理淤泥、淤泥质土、粉土和含水量较高且地基承载力标准值不大于120kPa的黏性土等地基，其对原状土强度的提高幅度受到一定的限制。当路基宽度受到限制，而所需填方高度较大时，常采用加筋土方法处理，此法通过横向加筋体的强度保证路基边坡的强度和稳定性。

2 无砂混凝土小桩的特点及地基加固机理

投石压浆无砂混凝土小桩复合地基加固技术，是在压力灌浆和小桩加固技术基础上研究开发的一种地基处理新技术。

该技术通过在被加固场地的桩位成孔、投碎石，然后通过桩孔中的注浆管及碎石桩体向桩周土体进行低压灌浆，待水泥浆液初凝后，再进行高压注浆，使孔内水泥浆进一步密实，并使桩周土体受到压密灌浆处理，由此形成投石压浆混凝土小桩复合地基。复合地基由中心部位的刚性碎石混凝土小桩和周围压力灌浆后的水泥加固土共同组成，有以下特点。

2.1 具有广泛的土层适应性

投石压浆无砂混凝土小桩复合地基不仅适于处理包括淤泥、淤泥质土、粉土、黏性土、粉砂砂土、砂砾等在内的常见土层，而且特别适用于处理湿陷性黄土、膨胀性土及处理可液化的砂土等区域性特殊地基，这是由于压力注浆除起到渗入灌浆加固处理改变土性之外，还在地基中形成了有相对较高承载力和较低的极身压缩变形的“增强体”。无砂混凝土小桩不仅适合地下水位以上土的施工，也能适合地下水位以下土的施工。

2.2 地基土强度得到加强

由于压浆过程中有部分浆液渗入周围桩间土中，提高了土的抗剪强度、变形模量及桩间土承载力。

2.3 较好的质量保证

无砂混凝土小桩成孑L在无地下水时可采用人工洛阳铲或机械洛阳铲成孔，有地下水时则可用钻机成孔，因其直径较小，成孔护孔相对容易，有效地解决了灌注桩的缩径问题。桩体骨料采用5～15mm细石，计量振捣较为方便，不会产生空洞现象。注浆采用通长钢质管沿全桩长范围一次灌注，且注浆管不拔出，不会产生离析、断桩等现象。

2.4 较强的可操作性

投石压浆无砂混凝土小桩的施工机具为：成孔设备：钻机或机械(人工)洛阳铲；压装设备：小功率泥浆泵或砂浆泵；管路系统：低压胶管、管接头、连接压紧环；浆液制配系统：搅拌机、水箱、泥浆。以上均为常规国产设备，投资小、故障率低、操作简便易行，只需按有关规程计算出用浆量、控制注浆压力，按时补浆即可保证质量，操作极为方便。

25 具有较高的单桩承载力

投石压浆无砂桩小桩的压浆作用，使得小桩桩侧摩阻力与桩端阻力均高于其他形式的灌注桩。桩侧摩阻力一般可提高30％，极端阻力的提高可作为安全储备考虑。

2.6 具有较均匀的桩体

投石压浆无砂混凝土小桩因其质量易于控制，强度利用值高于其他非散体材料桩。

2.7 可采用疏桩理论

计算复合地基承载力可根据建筑物对复合地基的变形要求，设计计算复合地基的承载力，从而大幅度节省工程造价，减少用桩量。

2.8 工程适应性强

既可用于新建工程的地基处理，也可用于现有建筑物的地基加固和基础托换工程。

3 应用实例

3.1 郑石高速公路26标1号涵高填方路基处理

工程概况。郑石高速公路26标1号涵位于平顶山市鲁山县境内，石人山风景区东。涵洞洞身为呈南北向，与南北向的县道正交，进深30m，由自南向北的6个拱圈并列组成。涵洞跨度5m,洞内净高6m，为块石砌筑的 拱形结构。在涵洞主拱砌筑完成后，上部回填2m厚的碎石土，最大石块尺寸约为1m×1m×1m。在涵洞施工完成，拆除拱下模板后，发现1号和6号拱圈在拱顶正中央处出现竖向裂缝，最大裂缝宽度约20mm；同时，涵洞内地面在距东部拱脚l/3跨度处也出现沿涵洞进深方向的裂缝。

补充勘探发现涵洞西端拱脚坐落在40年前的人工填土上，而东端拱脚却落在原状土层上。原地基承载力标准值为250～350kPa，而设计承载力标准值却取为450kPa，原地基承载力远不能满足设计要求，是导致涵洞的开裂主要因素。

处理方案。补充勘探及调查分析认定郑石高速公路26标1号涵开裂原因是地基不均匀沉降引起的。在此基础上，决定采用无砂混凝土小桩技术进行加固处理。设计桩总数为175根,设计桩径d=130mm，桩端落在卵石层内不少于200mm。注浆管采用φ45mm(壁厚3mm)的无缝钢管。

施工简介。由于在涵洞顶部成孔时要穿透回填的杂石土，成孔较困难，经常有塌孔现象，小桩施工中采用了泥浆护壁。填石采用粒径5～10mm级配良好的碎石。注浆采用水泥浆与水泥比为O.8，第一次和第二次注浆的间隔时间控制为2～3h，且第二次注浆时压力不小于lMPa，实际施工每米桩长的水泥用量大致在45～75kg之间。沉降监测及结果。加固施工开始于2007年1月24日，结束于2007年4月24日。在加固施工过程中，沉降监测结果表明，拱脚仍处于沉降变形之中，并有速率增大的现象。最大单日单点沉降量达2.2mm(2007年3月10日，晚6点)。

2007年4月25日后开始回填，2007年5月1日通车。其后，沉降监测工作持续进行至2007年7月9日结束，此时，郑石高速公路26标1号涵沉降已进入稳定期。

3.2 结果分析

①郑石高速公路26标1号涵从5月26目前后开始，逐渐进入沉降稳定期；东西拱脚沉降发展趋势相近，但绝对沉降值悬殊：西拱脚与东拱脚最大差值近70mm。差异沉降是郑石高速公路26标1号涵拱顶及洞内地面沿涵洞进深方向裂缝的形成与发展原因。②经过无砂混凝土小桩技术处理，郑石高速公路26标1号涵差异沉降逐渐停止，裂缝不再发展，实现了控制裂缝发展，加固涵洞的根本目的，显示了该项技术在同类工程中应用的技术优势。③郑石高速公路26标1号涵在4月10日～5月10日这一段时间内沉降速率陡增。西端拱脚的沉降增大了约．40mm原因分析如下：为了实现“五一”通车，在无砂混凝土小桩施工完成后随即进行了回填，填土速率较快，回填过程中压路机的振动作用，无砂混凝土小桩强度的不足，成孔过程中土层中含水量增加等因素综合作用导致上述结果。

结论：

①采用无砂混凝土小桩技术进行高填方路基的加固有施工方便，加固效果好，工后沉降稳定速度快等技术优势。

②在施工过程要严格控制冲孔的用水量，回填土的时间和速率，以防止沉降量的过量增大。

参考文献

[1]中华人民共和国交通部标准．公路桥涵地基与基础设计规范(JGJ 024-85)．北京：人民交通出版社，1985.

[2]中华人民共和国国家标准．建筑地基基础设计规范(GB 50007-2002)．2002.

[3]高大钊主编．土力学与基础工程．北京：中国建筑工业出版社，1998.

[4]周同和，李民生，胡维军．无砂混凝土小桩复合地基试验研究．锚固与注浆面向新世纪国际会议论文集，广州：广州大学出版社，2000.

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