陳泳鵬，吳能森

(福建農林大學交通與土木工程學院，福建福州350002)

1 工程概況

連江通港大道改擴建工程(一期)，呈東西走向，西南起于可門路，東至浦口鎮(zhèn)與浦口路相接，全長6 730 m，標準寬度60 m，雙向六車道，兩側各設輔道，按城市二級主干道標準設計，設計車速為50 km/h，路面設計標準軸載BZZ-100 kN。道路在K1+618～K1+656段下穿沈海高速橋連江敖江互通特大橋，其基礎結構形式為樁基，墩柱為薄壁墩，上部為現(xiàn)澆連續(xù)梁，穿叉位置位于特大橋12#～15#孔之間，法線交角約85°。其中輔道與人行道從12#、15#孔下穿，機動車道從13#、14#孔下穿，12#孔北側設有路肩擋土墻，橋墩布置于道路的中央及機非分隔帶中，并設置防撞墻(如圖1所示)。

圖1 通港大道下穿高速平面布置

高速下道路橫斷面布置為4.0 m人行道+3.5 m非機動車道+5.0 m綠化帶+4.0 m輔道+2.5 m綠化帶+12.25 m機動車道+7.5 m綠化帶+12.25 m機動車道+2.5 m綠化帶+4.0 m輔道+5.0 m綠化帶+3.5 m非機動車道+4.0 m人行道，總寬70 m。橋下凈空要求為機動車道≥5 m，非機動車道≥3.5 m，人行道≥2.5 m(如圖2所示)。

圖2 下穿道路橫斷面

據(jù)連江通港大道改擴建工程(一期)巖土工程勘察資料，場地工程地質情況如表1所示。

表1 地基土層物理力學參數(shù)

由于下穿路段存在淤泥土含水率高，孔隙比大，工程特性差的不良地基，根據(jù)工程地質勘查報告及設計文件，天然地基的承載力滿足不了道路使用要求，在鋪筑路基前，需對其進行處理。軟土路基處理后，要求復合地基承載力不小于110 kPa，樁身無側限抗壓強度不低于2.5 MPa。

2 地基處理方案及初步設計

據(jù)圖2可知本工程軟基處理方法的選擇受凈高約束很大，即下穿段凈高要求施工設備在6 m以下，實際處理的軟基深度均在15 m以上，屬于深層處理軟基，且要求對周圍環(huán)境如高架橋的薄壁橋墩不能有太大的擾動，以免影響已建高速公路的運營安全。根據(jù)要求，對常見地基處理方法進行比較(見表2)。

通過上表的對比分析，可知高壓噴射注漿法中的旋噴方式不但設備尺寸、處理深度滿足施工要求，而且具備對周圍構筑物影響小的特點。綜合考慮，初選高壓旋噴方式處理軟基。根據(jù)軟基相關計算，高壓旋噴樁深度需要處理至第二層淤泥底部，以粉質粘土作為加固土樁持力層［1-3］。

2.1 旋噴樁設計

本工程高壓旋噴樁樁長采用17 m，樁徑0.5 m。旋噴樁在平面上按正三角形布置。樁位偏差值應小于50 mm，樁的垂直度不超過1%，距樁頂2 m范圍內要求復噴，樁間頂面設置30 cm塊石嵌樁，如圖3所示。

處理范圍為下穿路段沿道路方向長約68 m，寬約65 m，由于高速公路橋墩正處兩側道路的中間，路基北側擋土墻基礎和綠化帶范圍內不做軟基處理，故高壓旋噴樁處理軟基實際施工中分成A、B、C三個片區(qū)，旋噴樁以直線MM為軸線對稱施打，施工順序為B→C→A，面積約為處理區(qū)域一半，2 210 m2。三片區(qū)列方向均布置56根;A、B、C三片區(qū)在行方向上分別布置6根、13根、6根。旋噴樁總數(shù)為1 400根，總工作量為21 062延米，其中路基部分為18 648延米，擋土墻基礎部分為2 414延米。具體如圖4所示。

表2 常見軟基處理方法比較

圖3 高壓旋噴樁軟基處理大樣圖

圖4 高壓旋噴樁樁位布置圖

2.1.1 單樁豎向承載力及復合地基承載力計算

根據(jù)處理后復合地基承載力不小于110 kPa的設計要求，采用以下復合地基承載力計算公式［5-6］進行計算。

式中:fspk—復合地基承載力特征值(kPa);fsk—樁間土承載力特征值，實際計算取天然地基承載力特征值80 kPa;Ap—樁的平均截面積，取值為0.196 m2;m—為復合地基樁土面積置換率，取值0.08;Ae—單根樁承擔的處理面積，取值2.4 m2;β—樁間土承載力折減系數(shù)，取值0.4;Rdk—單樁豎向承載力特征值(kN)，按下列兩式計算，取其中較小的值。

式中:fcu—與旋噴樁樁身水泥土配比相同的室內加固土試塊在標準養(yǎng)護條件下28 d齡期的立方體抗壓強度平均值(kPa)，取2.5 MPa;η—樁身強度折減系數(shù)，取0.75;n—樁長范圍內所劃分的土層數(shù)，取4層—樁的平均值徑(m)，取0.5 m;hi—樁周第i層土的厚度(m)(i=1，2，3，4)，分別為3.6 m、5.5 m、2.1 m、5.4 m;qsi一樁周第i層土的側阻力特征值(kPa)(i=1，2，3，4)，分別取8 kPa、9 kPa、30 kPa、9 kPa;qp—樁端天然地基土的承載力特征值(kPa)，取180 kPa。由式(2)(3)計算單樁豎向承載力特征值分別為367.5 kN和333.4 kN，取其小者，=min{367.5，333.4}=333.4 kN，再由式(1)計算出復合地基承載力特征值fspk為168.3 kPa，大于110 kPa設計要求，說明初步設計可行。

2.1.2 多樁距沉降計算

根據(jù)不同巖土類別的孔隙壓縮特性，強風化凝灰?guī)r為非壓縮性土層，本次設計路段可不考慮強風化凝灰?guī)r土層的主固結沉降對路基工后沉降的影響，只須計算強風化凝灰?guī)r以上土層的沉降。樁長范圍內復合土層以及下臥層地基變形值應按現(xiàn)行國家標準《建筑地基基礎設計規(guī)范》(GB 50007)有關規(guī)定計算，復合土層的壓縮模量參見表1及部分根據(jù)地區(qū)經驗確定。通過計算，得出不同樁距條件下施工期沉降和工后沉降計算的結果如表3所示。

表3 不同樁間距沉降計算結果統(tǒng)計

根據(jù)上表計算結果所示，綜合考慮路基施工期間沉降與路基工后沉降對沈海高速橋墩與橋梁樁基的影響，樁間距設計采用1.5 m，如圖5所示。

圖5 樁間距平面示意圖

2.2 試樁

根據(jù)設計及施工規(guī)范要求，高壓旋噴樁正式施工前先作成樁試驗［6-7］。計劃試樁3根，位置分別為K1+600右機動車道、K1+640右機動車道、K1+660右機動車道，樁號分別記為1#、2#、3#。高壓旋噴攪拌樁水泥采用標號42.5MPa的普通硅酸鹽水泥，噴嘴壓力1#、2#、3#試樁分別采用20 MPa、25 MPa、30 MPa，提桿旋轉速度控制在10-20 r/min，噴嘴直徑分別采用2 mm、2.5 mm、3 mm，提升速度分別采用0.15 m/min、0.20 m/min、0.3 m/min，水灰比分別采用0.9∶1、1∶1、1.1∶1，水泥摻量分別采用180 kg/m、190 kg/m、200 kg/m。通過對1#、2#、3#鉆孔取芯，在室內進行芯體無側限抗壓強度試驗，檢驗結果如表4所示。

表4 取芯固結塊強度試驗結果

從表4中看出，結果表明最小、平均無側限抗壓強度均滿足通港大道復合地基旋噴樁設計中要求樁身無側限抗壓強度不小于2.5 MPa設計要求，與單樁豎向及復合地基承載力計算中fcu取值要求相當貼近，說明在承載力初步設計中參數(shù)取值具有一定合理性。

綜合以上試樁成果，在確保成樁滿足設計和質量要求前提下，得出以下最佳施工參數(shù)，如表5所示。

表5 旋噴樁最佳施工參數(shù)

3 工程實施效果

在確認試樁結果合格后，根據(jù)試樁研究所得的最佳施工參數(shù)，進行大面積高壓旋噴樁的施工。待三個片區(qū)施工完畢一定時間后，旋噴樁漿液逐漸凝結且達到一定強度，對三個片區(qū)的典型樁位進行開挖，檢測固結體垂直度、形狀和質量，開挖深度1～2 m。經現(xiàn)場測量和觀察，旋噴體垂直度良好，樁徑均達到500 mm以上，樁周的不同深度長有不規(guī)則的粗糙凸起，延伸長度普遍大于30 cm，樁土之間咬合較為密實、摩擦力較大，一定程度上提高了樁的承載能力，初步判斷開挖檢查符合要求。

3.1 靜載結果

為了檢驗旋噴樁加固后形成的復合地基的加固效果，在旋噴樁施工結束后28 d，根據(jù)《建筑樁基技術規(guī)范》(JGJ94-2008)附錄C中的有關條款進行單樁載荷試驗，采用慢速維持荷載法，荷載分為10級，共分9次加載，首次加載值為分級值的2倍，卸載時每級卸載值為每級加載值的2倍。工程選取樁號K1+630、K1+640、K1+650典型單樁進行試驗。試驗結果表明平均單樁承載力340 kN，大于計算值333.4 kN，且累計沉降小于25 mm，滿足設計要求。

復合地基平均承載力則根據(jù)《建筑地基處理技術規(guī)范》(JGJ79-2012)中復合地基靜載試驗要點進行。試驗中采用的壓板為方板，壓板下用粗砂墊層找平。荷載分為9級，共分8次加載，首次加載值為分級值的2倍，最大加載值根據(jù)設計荷載值的2倍及壓板面積確定，卸載分為三級卸載。工程實際采用三樁聯(lián)合檢測的方法，選取K1+625、K1+635、K1+645典型樁進行試驗。試驗結果表明復合樁地基平均承載力130 kPa，累計沉降小于30 mm，相較于原淤泥土層地基容許承載力提高了1.4倍，滿足不小于110 kPa的設計要求。進一步分析發(fā)現(xiàn)，實測復合地基承載力小于計算值168.3 kPa，說明采用理論公式的計算值偏于保守，有利于工程安全。

3.2 抗壓強度檢測

為了檢測旋噴樁質量，依照設計要求由中國水電顧問集團華東勘測設計研究院對A、B、C三片區(qū)抽取總樁數(shù)2%，數(shù)量28根樁的水泥加固土進行現(xiàn)場樁長范圍內鉆孔取芯，做標準試件進行室內力學試驗，取芯位置為每根樁徑1/4處，即距注漿中心125 mm左右。通過低應變反射波法檢測得抽測的28根樁芯樣完整且均勻致密，水泥土體膠結良好，證明表3中確定的旋噴樁施工參數(shù)合理有效。取各芯樣不同深度的84組試樣進行標貫試驗和強度試驗，測得A、B、C三片區(qū)樁身28d無側限抗壓強度統(tǒng)計情況如表6。

表6 各片區(qū)試樣無側限抗壓強度統(tǒng)計

由表6知，各片區(qū)水泥加固土平均抗壓強度在3.0～3.5 MPa范圍內，滿足樁身無側限抗壓強度(28d)≥2.5 MPa的設計要求。

經過近6個月的工時、工后跟蹤測量，路基實測沉降:施工期平均為11.2 cm，工后沉降平均為3.5 cm，路面趨于穩(wěn)定。與表3的計算結果比較，可知施工期實際沉降略大于計算值，這是由于施工期間受設備、材料等外部荷載引起;另外實測工后沉降約為計算值的50%，說明隨著時間增長，旋噴樁樁身強度在一定時期內得到增長，沉降變緩直至趨于穩(wěn)定，地基穩(wěn)定性明顯提升，路段地基取得良好的加固效果。總體上，處理后的路基沉降完全能滿足主、次干路容許工后沉降≤30 cm的道路沉降要求。

4 結語

針對后建道路受下穿高速公路互通特大橋凈空限制的情況，考慮到具體地質條件、加固要求、施工可行性等因素，提出采用高壓旋噴樁的地基處理方案及施工設計，鑒于碰到的類似工程實例較少，所以工程處理實踐具備一定的新穎性。綜合工程實施效果，可知高速公路橋墩處于兩側道路中間，兩側道路路面標高一致，恒載作用下兩邊無壓力差，對橋墩不產生任何影響。只有動荷載對橋墩產生影響，但動荷載等代荷載不大，動荷載作用通過高壓旋噴樁能直接傳到持力層，因此側向壓力很小，對橋梁樁身影響微弱，不影響橋梁質量。施工全程對通港大道舊路部分進行跟蹤觀測，得出現(xiàn)有道路經過十幾年的營運，路基沉降已經基本穩(wěn)定，路基承載力能滿足要求。從通港大道下穿路段現(xiàn)已建成通車經運營一年多來看，軟基處理路段的路面平整，路況良好。

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