黃廣喜

(廣西交通投資集團百色高速公路運營有限公司，廣西 百色 533000)

0 引言

挖方路基沉降通?？刹捎貌涣艄茏{進行處治，而高填方路基受土體滑移推力和剪切力作用，使不留管注漿形成的水泥土樁易被滑移推力和剪切力破壞，因此不留管注漿無法穩(wěn)定已滑移的高填方路基。高填方路基滑移沉降一般處治方案為：

(1)挖除原路基填土(開挖至滑動面以下)后重新填筑路基。該方案需封閉正在運營的高速公路，且工作量大、工期長、對天氣條件要求高、經(jīng)濟性差，需進行必要的支擋等，影響未開挖路基穩(wěn)定性，行車安全存在很大的隱患。

(2)采用抗滑樁加固的方案。該方案工作量大、施工工期較長、費用高，且施工機械對地形等條件要求高，在已運營的高速公路中施工相對困難。

(3)采用微型鋼管樁處治的方案。該方案施工工程量小、費用低、施工場地要求低，施工期間不需封閉交通，僅需進行交通管制，社會影響小，且在壓力的作用下水泥漿通過無縫鋼管預(yù)開的孔位填充樁周土體、擠密原填土層和原狀土等縫隙，可增強土體強度；通過漿液、無縫鋼管和土體三者的共同作用形成具有脈絡(luò)骨架結(jié)構(gòu)的“地下連續(xù)墻”，不僅增強土體的聯(lián)結(jié)作用和整體性，還在一定程度上抑制了滑動面的滑動[1]。

本文擬就微型鋼管樁群對路基滑移沉降處治的技術(shù)進行研究，為后期類似施工提供參考。

1 微型鋼管樁技術(shù)的簡介

微型樁(Micropiles)或迷你樁(Mini piles)是小直徑的樁，樁體主要由壓力灌注的水泥漿、水泥砂漿或細石混凝土與加筋材料組成，依據(jù)其受力要求加筋材料可為鋼筋、鋼棒、鋼管或型鋼等。微型樁可以是豎直或傾斜，成排或交叉網(wǎng)狀配置，交叉網(wǎng)狀配置的微型樁由于其樁群形如樹根狀，故亦被稱為樹根樁(Root pile)或網(wǎng)狀樹根樁(Reticulated roots pile)，在日本簡稱為RRP工法[2]。本文論述的微型鋼管樁施工技術(shù)是采用微型鋼管樁群對滑動面深度9.5 m和強風(fēng)化層位于原地面13.8 m以下的滑移沉降填方路基進行加固止滑。主要工藝為向鋼管中加注水泥漿，加大鋼管的剪切力；從鋼管的預(yù)留孔中通過靜力加壓將水泥漿擴散至半徑為0.6～1 m的土體內(nèi)，使?jié){液與原狀土、原填筑材料等結(jié)合，以達到加固填土的施工工藝。

微型鋼管樁也適用于滑塌邊坡的加固處治，在防洪堤壩加固、房建工程加固防震等工程項目中也得以應(yīng)用，也可以作為削坡減載、支擋結(jié)構(gòu)物的基礎(chǔ)施工或抗滑樁施工的輔助性加固措施，均有良好的經(jīng)濟效益和工程效果。

2 工程概況

本文研究的路基滑移沉降病害位于已運營11年且車流量呈逐年上升趨勢的百隆繞城高速公路B匝道，其路基填土高度為5.3～11.65 m，邊坡坡率為1∶1.50，原地面地勢為上行線高下行線低，地表植被主要為玉米等農(nóng)作物，無基巖出露。該段路基因路邊排水溝及泄水孔等設(shè)施老化，地表水持續(xù)下滲、地下水排泄不暢，導(dǎo)致路基軟化和蠕動變形。路面因路基滑移沉降而產(chǎn)生裂縫，大量地表水沿裂縫通道下滲路基內(nèi)部，引起地下水水位上升，從而加速土體軟化，同時導(dǎo)致飽水土體中的孔隙水壓力增大，土顆粒間的有效應(yīng)力減小，土體強度降低，由此引發(fā)水位以上的土體沉降、開裂變形。病害處置前，該路段因路基滑移沉降導(dǎo)致路面開裂最大寬度約為13.1 cm，路基最大沉降量約為10.5 cm。

3 地勘及巖土評價

根據(jù)現(xiàn)場地質(zhì)調(diào)查及地勘揭示，地層主要由第四系人工堆積層、第四系殘坡積層及古近系漸-始新統(tǒng)那讀組基巖組成。其中，該段路基填土厚度為5.3～11.65 m，采用礫石含量約20%的黏性土夾礫石填筑。地勘顯示該層土濕度較高，壓密性較差，且存在局部松散情況；標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗標(biāo)準(zhǔn)值N=15.2擊。黏性土層厚度為3.00～9.50 m，濕度比填土大，局部見鈣質(zhì)或鐵錳結(jié)核；標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗平均值N=14.8擊，標(biāo)準(zhǔn)值N=13.6擊。泥巖層為泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，厚層狀構(gòu)造。如表1、表2所示。

表1 巖土脹縮性指標(biāo)表

表2 原位測試試驗成果表

4 微型鋼管樁截面及布設(shè)(圖1)

圖1 微型鋼管樁截面及布設(shè)示意圖(mm)

5 施工材料

微型鋼管樁對路基病害進行有效處治以及具有良好耐久性的關(guān)鍵，是材料的選用。材料的選擇直接關(guān)系到工程質(zhì)量及造價成本。微型鋼管樁群處治路基滑移沉降技術(shù)主材主要包含鋼管、水泥、水玻璃等。鋼管一般分為無縫鋼管和焊接鋼管，相較而言，無縫鋼管具有成分均勻、耐蝕和耐壓性能強、具有較強的抗剪能力等特點，因此本項目的微型鋼管樁選用外徑為108 mm、壁厚為5 mm的無縫鋼管，鋼管的力學(xué)性能如表3所示。注漿材料一般分為水泥基材料和非水泥基材料，其中水泥基材料主要是以水泥為主材配制注漿材料，常用的有水泥單液漿、超細水泥單液漿等；非水泥基材料指除水泥基材料以外的注漿材料，如水玻璃、環(huán)氧樹脂等。水泥基材料較非水泥基材料具有費用低、耐久性好、環(huán)保無毒等優(yōu)點，因此，本文采用的是水泥基注漿材料中的水泥雙液漿，水泥強度采用P·O42.5。配合比如表4所示。

表3 鋼管力學(xué)性能參數(shù)表

表4 水泥漿液配合比參數(shù)表

6 施工工藝

6.1 施工工藝流程

為確保工程實施效果和工程質(zhì)量，施工過程必須嚴(yán)格按照工藝流程進行，嚴(yán)格控制各個工序的施工順序、施工工藝、施工質(zhì)量等。其工藝流程如下：施工放線→坡腳場地平整、回填土→無縫鋼管加工→鉆孔放樣→鉆進成孔→清孔、成孔驗收→下放注漿無縫鋼管→密封孔口保證注漿壓力→注漿→澆筑系梁。施工應(yīng)按先外排后內(nèi)排、隔孔跳打的順序進行。

6.2 施工準(zhǔn)備

因滑坡推力、樁間距、樁的剛度、強度、樁前滑體的抗力大小以及樁的截面尺寸等因素，鋼管樁樁端須埋入穩(wěn)定土層4.5 m以上或泥巖層3.0 m以上，所以施工前應(yīng)先進行地質(zhì)勘探，確定路基滑動面、原狀土及穩(wěn)定土層或泥巖層的深度，以便確定鉆孔深度和無縫鋼管長度。根據(jù)地質(zhì)勘察結(jié)果可知，該段路基滑動面最大深度約為9.5 m，坡腳滑動面深度約為3 m，強風(fēng)化層距原地面深度為13.8 m。地質(zhì)勘察后須編制專項施工方案，如施工開始前應(yīng)準(zhǔn)備的鉆孔設(shè)備、注漿機械等設(shè)備，并對進場設(shè)備進行保養(yǎng)及試用，保證其工作性能正常。為避免因機械設(shè)備和過往車輛的振動導(dǎo)致注漿孔內(nèi)坍塌，須在鉆孔完成時及時放入無縫鋼管，所以在鉆孔前必須完成無縫鋼管焊接及鋼管開孔等工序。同時做好水泥漿、無縫鋼管等原材料的試驗檢測工作，確定各項技術(shù)參數(shù)。

6.3 微型鋼管樁施工

6.3.1 無縫鋼管加工

本工程采用外徑和壁厚分別為108 mm和5 mm的無縫鋼管。根據(jù)注漿需要應(yīng)將1/3～1/4桿長范圍內(nèi)的管壁上按梅花形開孔徑為8～10 mm的滲漿孔，軸向孔距為200 mm、環(huán)向角度為90°，并在托板上設(shè)置直徑約12 mm的排氣孔。為下放鋼管時減少受力，應(yīng)將桿體的前端加工成端部封閉且≤45°的尖角。為發(fā)揮微型鋼管樁的抗滑及支擋作用，避免被滑坡體推移，根據(jù)地質(zhì)勘察和設(shè)計文件要求，本工程加工的鋼管樁可直接預(yù)制或焊接連接制成，長度為14 m。無縫鋼管焊接加工時需采用大一號的鋼管焊接制成，嚴(yán)禁采用對口焊接。

因路基最大填土厚度約為11.65 m，強風(fēng)化巖層距原地面深度為13.8 m，如果樁群布設(shè)于路面，則鋼管樁最大樁長為25.45 m。為避免鋼管過長而被滑動土體剪切力或推移力破壞，將鋼管樁群布設(shè)于坡腳。

6.3.2 鉆孔設(shè)備的選擇

施工過程中應(yīng)根據(jù)場地條件、地質(zhì)條件、施工效率等因素選擇相應(yīng)的鉆孔設(shè)備。本文采用潛孔鉆機干法成孔。

6.3.3 鉆孔定位

場地平整后根據(jù)圖紙給出的坐標(biāo)，采用全站儀進行孔位定位，并打好木樁進行標(biāo)記。為保證施工精度，控制成樁的傾斜度，鉆孔孔位與圖紙或設(shè)計的偏差應(yīng)控制在25 mm范圍以內(nèi)，同時角度與水平面垂直，誤差應(yīng)控制在1%以內(nèi)。

6.3.4 鉆孔及下放無縫鋼管

為保證成孔質(zhì)量，在鉆孔過程中應(yīng)對孔徑、孔深、鉆孔傾斜度進行控制。鉆孔采用跳孔進行施工，對孔壁穩(wěn)定性較差且可能會發(fā)生塌孔的樁孔應(yīng)及時下放無縫鋼管以避免發(fā)生塌孔。樁孔按梅花形布設(shè)且縱橫向排距為60 cm×45 cm，孔徑為180 mm，孔位偏差≤50 mm。為保證鉆孔垂直度偏差不超過±1%，施工前應(yīng)先將鉆架調(diào)整至符合要求的角度，鉆孔過程中應(yīng)隨時檢測垂直度并及時調(diào)整鉆架。對孔深、孔徑及孔間距等進行復(fù)測無誤后放入驗收合格的鋼管。

6.3.5 注漿

水泥漿液配制采用P·O42.5的水泥和0.75∶1的水灰比。注漿采用壓力為0.2～0.7 MPa的靜力壓漿，如漏漿過快或注漿壓力未見上升，可摻入占水泥質(zhì)量3%～5%的速凝材料。注漿時排氣管冒漿后應(yīng)及時對排氣管進行封堵后停止注漿，并維持注漿值預(yù)定壓力且封閉鋼管口。如注漿壓力不足或擴散半徑<60 cm，應(yīng)在第一次注漿暫停約20 min后，再進行二次或多次注漿，并據(jù)實際情況調(diào)整注漿壓力。注漿時應(yīng)觀察周圍土體或構(gòu)筑物等，如有漏漿應(yīng)及時停止注漿，待漏漿部位漿液凝固后方可繼續(xù)注漿。出現(xiàn)以下情況則可停止注漿：(1)區(qū)域頂面漏漿或者出現(xiàn)裂縫;(2)注漿壓力達到0.7 MPa并維持8 min，或地面有抬升并持續(xù)5 min；(3)注漿壓力不變，但注漿流量明顯減小，且小于初始流量的30%。為使微型鋼管樁群聯(lián)成一個整體，增加樁群的抗力和反推力作用，需將樁群用高1 m的鋼筋骨架系梁聯(lián)結(jié)。

注漿加固效果評價采用兩次試驗和長期觀測的方式進行：(1)漿液試件養(yǎng)生24 h后進行彎沉檢測；(2)注漿結(jié)束28 d后，鉆芯取樣對施工質(zhì)量和漿液擴散半徑進行檢測，輔以標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗或重型動力觸探等方法。鉆芯檢測孔≥6個且與注漿孔中心距≥60 cm。原位測試在孔內(nèi)進行，測試點間距≤1.5 m。如檢驗點不合格率>30%，應(yīng)對不合格灌漿區(qū)設(shè)施重復(fù)灌漿。本文微型鋼管樁實施前后各項數(shù)據(jù)的變化如表5～7所示。

表5 微型鋼管樁注漿前后路面彎沉值對比表

表6 微型鋼管樁注漿前后鉆芯取樣試驗數(shù)據(jù)對比表

表7 微型鋼管樁注漿前后裂縫、沉降部分數(shù)據(jù)對比表

7 效果分析

根據(jù)工程實際，全部挖除換填費用約為2.70萬元/延米，微型樁處治費用約為1.74萬元/延米，因此采用微型樁處治的費用較低，且施工難度小、工期短，不產(chǎn)生廢棄土方和借土填方，對環(huán)境污染小。根據(jù)施工完成后兩者的對比，相比較于路基全部挖填、換填和抗滑樁等處治方案，并結(jié)合該項目前后期觀測的數(shù)據(jù)分析來看，未實施微型鋼管樁時，該處路基的裂縫以5.92 mm/d的速度發(fā)展，但是采用微型鋼管樁進行處治后，1年多來路面無明顯裂縫和沉降，說明該方案可行，達到了預(yù)期的處治效果，工程費用也較抗滑樁和全挖換填費用小，并且施工過程和后期安全性高。綜上所述，微型鋼管樁有以下優(yōu)點：(1)管徑小，不需要大型設(shè)備，所以施工機械受場地限制小、擾動性小、孔位布置形式靈活和適應(yīng)性強；(2)工程造價低，經(jīng)濟效益較高；(3)施工工期短，施工方便快捷，安全影響因素弱；(4)材料用量少，機械要求程度較低；(5)多排微型鋼管樁與土體形成土墻，起到穩(wěn)固土體、增強抗滑力的作用；(6)施工過程對運營高速公路影響小，安全風(fēng)險小。

8 結(jié)語

微型鋼管樁以無縫鋼管和注漿技術(shù)相融合，在處治路基滑移沉降過程中既發(fā)揮無縫鋼管的抗彎和抗剪的作用，通過穿過滑動面的方式強化土體抗滑能力；又發(fā)揮水泥漿的固結(jié)、聯(lián)結(jié)作用，填充土體空隙，強化土體強度；通過水泥漿的聯(lián)結(jié)作用使得鋼管和土體形成具有地下連續(xù)墻和抗滑樁作用的一個整體，從而進一步強化土體抗滑和抗水能力。由此可見，微型鋼管樁對于路基滑移沉降的處治是可靠和可行的，并取得了良好的社會效益和經(jīng)濟效益，可供類似工程參考。