(福建省高速公路有限責(zé)任公司漳州管理分公司，漳州363100)

高壓旋噴樁在運(yùn)營(yíng)高速公路軟基沉降處治工程中的應(yīng)用

■陳春鳳

(福建省高速公路有限責(zé)任公司漳州管理分公司，漳州363100)

高壓旋噴樁是使用大壓力快轉(zhuǎn)速的噴嘴將水泥漿連續(xù)和集中地作用在土體上，使注入的水泥漿和土拌合凝固形成新的連續(xù)搭接的固結(jié)體。該技術(shù)雖已在市政工程地基處理中得到廣泛應(yīng)用，但在高速公路軟基處理方面應(yīng)用較少。本文以某高速公路運(yùn)營(yíng)過程中軟基段處治工程為例，從施工角度出發(fā)，對(duì)高壓旋噴樁單管法的施工過程要求及質(zhì)量控制進(jìn)行闡述，以期為同類工程提供借鑒經(jīng)驗(yàn)。

高速公路軟基沉降處治高壓旋噴樁質(zhì)量控制

0 引言

隨著國(guó)家對(duì)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)投入力度的加大，高速公路通車?yán)锍痰娜找嫜由?，某些軟基路段由于施工技術(shù)欠缺或管理不到位等原因，通車后發(fā)生不均勻沉降、跳車等病害，影響行車的舒適性和安全性。當(dāng)前對(duì)于高速公路運(yùn)營(yíng)中出現(xiàn)軟基不均勻沉降的處治，最常用的做法是用瀝青砼面層進(jìn)行調(diào)平處理，但這種方法無法從根本上解決軟基不均勻沉降問題，尤其對(duì)于終年沉降不穩(wěn)定的軟基收效甚微。雖經(jīng)調(diào)平，沉降仍在繼續(xù)發(fā)展，會(huì)出現(xiàn)頻繁調(diào)平的現(xiàn)象。為解決高速公路軟基在運(yùn)營(yíng)過程中出現(xiàn)不均勻沉降的問題，建設(shè)者們嘗試引進(jìn)廣泛運(yùn)用于市政工程的高壓旋噴樁地基處理技術(shù)[1]。

1 工程概況

某高速公路BK2347+980E～BK2348+150E路段處于軟土地基，建設(shè)時(shí)采用CFG樁復(fù)合地基處理技術(shù)。該路段于2012年5月建成通車后很快出現(xiàn)不均勻沉降，路面出現(xiàn)不平順、跳車等病害。2012年5月至2014年12月，養(yǎng)護(hù)單位先后三次對(duì)該段路面進(jìn)行調(diào)平處理，由于沉降未穩(wěn)定，路基不均勻沉降仍繼續(xù)發(fā)展。為準(zhǔn)確了解現(xiàn)場(chǎng)情況，項(xiàng)目業(yè)主委托地質(zhì)勘查部門對(duì)該段路基進(jìn)行地質(zhì)補(bǔ)勘。現(xiàn)場(chǎng)補(bǔ)勘資料顯示，本段軟基地勢(shì)較為平坦，屬于剝蝕丘陵間沖洪積谷地地貌，地層從上至下依次為：(1)素填土：厚0～1.5m、堆積時(shí)間小于10年；(2)淤泥：深灰色、流塑、飽和、厚10～15m；(3)亞粘土：灰黃色、灰色、軟塑、厚約7m。根據(jù)地質(zhì)勘查資料，通過查看原CFG樁設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)及施工記錄，發(fā)現(xiàn)CFG樁處理段落未穿透淤泥層，樁底仍有3～4m的淤泥，沉降較大。

2 路基沉降加固方案的確定

為加快沉降穩(wěn)定，進(jìn)一步協(xié)調(diào)該路段沉降變形，保證道路使用質(zhì)量及安全性，經(jīng)原設(shè)計(jì)單位和專家研究，軟基處治主要采取以下處理方案：

(1)根據(jù)測(cè)量資料，CFG樁處理段落由于樁底淤泥層的存在，沉降將長(zhǎng)期發(fā)展。經(jīng)過綜合分析，決定采用高壓旋噴樁單管法[2]對(duì)BK2347+980E～BK2348+150E段落CFG樁的樁間軟土及樁底軟土進(jìn)行加固，增強(qiáng)軟土強(qiáng)度及壓縮模量，從而減少和控制路基沉降。高壓旋噴樁采用樁徑0.5m、樁間距2.5m、樁長(zhǎng)11～16m過渡變化，要求水泥土固結(jié)體強(qiáng)度的28天無側(cè)限抗壓強(qiáng)度大于2MPa。

(2)根據(jù)路面實(shí)際情況，待高壓旋噴樁全部施工完成后，對(duì)BK2347+980E～BK2348+150E段落的路面進(jìn)行銑刨，采用瀝青混泥土混合料重新調(diào)整路面平整度。

3 高壓旋噴樁施工過程要求及質(zhì)量控制

3.1 施工材料和機(jī)械設(shè)備的選擇

水泥采用42.5R早強(qiáng)型普通硅酸鹽水泥，要求新鮮、不得受潮和混入雜物且無結(jié)塊。水采用干凈水。水泥漿液宜在旋噴前半小時(shí)以內(nèi)配制，使用時(shí)慮去硬塊、砂石等，以免堵塞管路和噴嘴。

鉆機(jī)采用XP-20A型旋噴鉆機(jī)。該型鉆機(jī)采用全液壓技術(shù)，鉆進(jìn)和施噴提升時(shí)使用無級(jí)調(diào)速模塊，可精確控制提升速度且速值保持穩(wěn)定，保證施噴成樁質(zhì)量。該型鉆機(jī)所需作業(yè)空間小，施工時(shí)操作方便，適用于本工程施工環(huán)境。

3.2 施工準(zhǔn)備

(1)施工時(shí)要保證高速公路通行，須采用半幅通車半幅施工的平面作業(yè)方式，施工前應(yīng)向路政和交警部門辦理施工許可。施工前要做好施工布控工作，確保施工安全和行車安全。

(2)根據(jù)施工平面圖要求，聯(lián)接施工用電、接通施工用水、開挖泥漿沉淀池。在施工作業(yè)面和行車車道分界處設(shè)置縱向防泥擋板，防止施工時(shí)冒出的泥漿流向通行車道，影響行車安全。

(3)施工前必須先打試驗(yàn)樁，以檢驗(yàn)機(jī)具性能及施工工藝中的各項(xiàng)技術(shù)參數(shù)，包括最佳的灰漿稠度、工作壓力、鉆進(jìn)和提升速度等。還應(yīng)根據(jù)試驗(yàn)樁的成樁情況及被加固土的性質(zhì)，確定水泥摻入量，最終確定施工參數(shù)。

3.3 施工工藝及參數(shù)[3～4]

(1)樁位現(xiàn)場(chǎng)定位誤差不得大于50mm，若樁位與原CFG樁相沖突，可適當(dāng)調(diào)整位置，鉆孔傾斜度不得超過0.5%，鉆孔深度誤差不得超過10cm。

(2)施工參數(shù)：旋噴樁直徑50cm，水灰比1.0，漿液噴射壓力22～25MPa，提升速度15～20cm∕min，旋轉(zhuǎn)速度20轉(zhuǎn)∕min。

3.4 施工流程

(1)孔位放樣。為避免和原有樁位相沖突，須先找出原有CFG樁位置。由于原CFG樁已被路基填土覆蓋，參照竣工圖紙，在兩側(cè)路堤坡腳開挖尋找出原CFG樁，從而測(cè)定原CFG樁位，最終測(cè)量待施工的旋噴樁孔位并用油漆標(biāo)注在路面上。

(2)引孔。由于運(yùn)營(yíng)中的瀝青砼路面結(jié)構(gòu)層厚且堅(jiān)硬，在其上面施工旋噴樁時(shí)，旋噴鉆機(jī)無法鉆透堅(jiān)硬的路面結(jié)構(gòu)層，須用普通地質(zhì)鉆機(jī)引孔，引孔直徑為11cm。

(3)鉆機(jī)就位。根據(jù)引孔后的孔位進(jìn)行鉆機(jī)就位，要求將鉆頭對(duì)準(zhǔn)孔位中心，同時(shí)鉆機(jī)平面應(yīng)放置平穩(wěn)、水平。

(4)水泥漿制備。根據(jù)施工速度選用高80cm、直徑110cm的泥漿攪拌桶拌合水泥漿液，配制時(shí)，先將水、水泥根據(jù)設(shè)計(jì)配合比依次加入攪拌桶拌合約1min至均勻，然后把攪拌桶配制完成的水泥漿通過桶底閥門排往挖好的泥漿池。

(5)鉆孔。在預(yù)定的樁位鉆孔，以便旋噴桿放置到設(shè)計(jì)要求的地層中。

(6)旋噴。鉆孔到達(dá)設(shè)計(jì)深度時(shí)即可開始自下而上地進(jìn)行旋噴作業(yè)，旋噴頭部邊旋轉(zhuǎn)邊上升。此時(shí)旋噴作業(yè)系統(tǒng)的各項(xiàng)工藝參數(shù)必須嚴(yán)格按照預(yù)先設(shè)定的要求加以控制，并隨時(shí)做好關(guān)于旋噴時(shí)間、用漿量、冒漿情況、壓力變化等記錄。

(7)沖洗。旋噴管被提升到設(shè)計(jì)標(biāo)高頂部時(shí)，該孔的噴射即告完成，將卸下的旋噴管逐節(jié)拆下，進(jìn)行沖洗，以防漿液在管內(nèi)凝結(jié)堵塞。

(8)移動(dòng)鉆機(jī)到下一孔位。

其施工流程如圖1所示。

圖1 高壓旋噴樁單管法施工工藝流程

3.5 施工質(zhì)量控制要點(diǎn)

為確保工程質(zhì)量，一定要嚴(yán)格控制施工流程，重視每一施工環(huán)節(jié)。

(1)施工前進(jìn)行對(duì)每個(gè)作業(yè)工人進(jìn)行技術(shù)交底，讓他們熟悉機(jī)械設(shè)備操作規(guī)程、掌握各項(xiàng)施工參數(shù)的控制方法、明白施工質(zhì)量要求內(nèi)容。

(2)施工期間，應(yīng)安排責(zé)任心強(qiáng)的工程技術(shù)員進(jìn)行全過程旁站，重點(diǎn)監(jiān)督鉆孔深度、鉆頭提升速度、高壓泥漿泵壓力和水灰比等設(shè)計(jì)參數(shù)。

(3)嚴(yán)格控制水泥漿配合比，水泥漿質(zhì)量好壞直接影響水泥土固結(jié)體的強(qiáng)度，應(yīng)把拌制好的水泥漿排往水泥漿池，清空攪拌桶再繼續(xù)拌制，杜絕邊拌制邊加水泥邊使用的作業(yè)方式。

3.6 施工注意事項(xiàng)

為進(jìn)一步提升高壓旋噴樁的施工質(zhì)量，在施工時(shí)應(yīng)當(dāng)注意如下幾點(diǎn)：

(1)施工時(shí)，對(duì)高壓泥漿泵要全面檢查和清洗干凈，防止泵體的殘?jiān)丸F屑存在；各密封圈應(yīng)完整無泄漏，安全閥中的安全銷要進(jìn)行試壓檢驗(yàn)，確保能在額定最高壓力時(shí)段銷卸壓；壓力表應(yīng)定期檢查，保證正常使用，一旦發(fā)生故障，要停泵機(jī)排除故障。

(2)高壓膠管不能超過壓力范圍使用，使用時(shí)彎曲應(yīng)不小于規(guī)定的彎曲半徑，防止高壓管爆裂傷人。

(3)高壓噴射旋噴注漿是在高壓下進(jìn)行，高壓射流的破壞力較強(qiáng)，漿液應(yīng)過濾，使顆粒不大于噴嘴直徑；高壓泵必須有安全裝置，當(dāng)超過允許泵壓后，應(yīng)能自動(dòng)停止工作；因故需較長(zhǎng)時(shí)間中斷旋噴時(shí)，應(yīng)及時(shí)地用清水沖洗輸送漿液系統(tǒng)，以防硬化劑沉淀管路內(nèi)。

(4)操作鉆機(jī)人員要有熟練的操作技能，了解注漿全過程及鉆機(jī)旋噴性能，嚴(yán)禁違章操作。

(5)鉆機(jī)就位后，應(yīng)進(jìn)行水平和垂直校正，鉆桿應(yīng)與樁位一致，偏差應(yīng)在10mm以內(nèi)，以保證垂直度正確。

(6)在旋噴過程中往往有一定數(shù)量的土粒隨著一部分漿液沿注漿管壁冒出地面，如冒漿量小于注漿量的20%，可視為正常現(xiàn)象，超過者或出現(xiàn)不冒漿時(shí)，應(yīng)查明原因，采取相應(yīng)措施。通常冒漿量過大是有效噴射范圍與注漿量不適應(yīng)所致，可采取提高噴射壓力，適當(dāng)縮小噴嘴孔徑，加快提升和旋噴速度等措施，以減少冒漿量；不冒漿大多是地層中有較大空隙所致，可采取在漿液中摻加適量的速凝劑，縮短固結(jié)時(shí)間或增大注漿量，填滿空隙，再繼續(xù)正常噴射。

(7)鉆桿的旋轉(zhuǎn)和提升應(yīng)連續(xù)進(jìn)行，不得中斷；拆卸鉆桿要保持鉆桿伸入下節(jié)有100mm以上的搭接長(zhǎng)度，以免樁體脫節(jié)。鉆機(jī)發(fā)生故障，應(yīng)停止提升鉆桿和旋噴，以防斷樁，并應(yīng)立即檢修排除故障；為提高樁的承載力，在樁底部1m范圍內(nèi)應(yīng)適當(dāng)增加旋噴時(shí)間。作為端承樁應(yīng)深入持力層2m為宜。

圖2 高壓旋噴樁高速公路軟基處理現(xiàn)場(chǎng)示意圖

3.7 質(zhì)量檢驗(yàn)

旋噴加固體在地下施工，屬于隱蔽工程。其質(zhì)量檢驗(yàn)可以采用開挖檢查、鉆取巖芯、標(biāo)準(zhǔn)貫入、載荷試驗(yàn)或壓水試驗(yàn)等多種方法進(jìn)行。檢驗(yàn)點(diǎn)的數(shù)量為旋噴孔數(shù)量的2%～5%，并不少于5個(gè)點(diǎn)。不合格者應(yīng)進(jìn)行補(bǔ)噴。樁的質(zhì)量檢驗(yàn)應(yīng)在旋噴施工結(jié)束4周后進(jìn)行。介于本工程特點(diǎn)，本工程選用巖芯取樣進(jìn)行質(zhì)量檢驗(yàn)。巖芯取樣在已經(jīng)成形的旋噴固體結(jié)體上鉆取巖芯，并將巖芯做成標(biāo)準(zhǔn)試件，進(jìn)行室內(nèi)物理力學(xué)試驗(yàn)。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)取芯試驗(yàn)，水泥土結(jié)固體強(qiáng)度符合設(shè)計(jì)要求(試驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)詳見表1)。

表1 芯樣抗壓結(jié)果

4 結(jié)束語

該段軟基采用高壓旋噴樁處治后，經(jīng)過半年的運(yùn)營(yíng)觀察，沉降基本穩(wěn)定，路面平順，沒有跳車現(xiàn)象，由此說明用高壓旋噴樁施工技術(shù)處理該段軟基是成功的。通過該項(xiàng)工程試驗(yàn)成果，為解決運(yùn)營(yíng)中高速公路軟基出現(xiàn)不均勻沉降病害提供了一種良好的處理方法，該方法操作方便、質(zhì)量容易控制、施工過程環(huán)保無污染，對(duì)節(jié)約養(yǎng)護(hù)資金具有重大的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。因此，高壓旋噴樁技術(shù)值得在運(yùn)營(yíng)中高速公路軟基處治領(lǐng)域或公路工程建設(shè)領(lǐng)域推廣應(yīng)用。

[1]《地基處理手冊(cè)》(第二版)編寫委員會(huì)[編].地基處理手冊(cè)[M].中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2000.

[2]顧伯祿.旋噴樁和攪拌樁符合低級(jí)設(shè)計(jì)探討[J].東南大學(xué)學(xué)報(bào),1999 (S1).

[3]孫旺.高壓旋噴樁處理軟弱地基的研究[J].建材技術(shù)與應(yīng)用,2017 (02).

[4]韓東，趙雪，丁潤(rùn)華.高壓旋噴樁施工工藝[J].油氣田地面工程,2014 (04).