■ 中鐵十八局集團(tuán)第一工程有限公司 陳長(zhǎng)洪

隨著交通基礎(chǔ)行業(yè)建設(shè)的不斷發(fā)展，現(xiàn)行道路已難以滿足日益劇增的道路交通量需求，對(duì)現(xiàn)有道路進(jìn)行改擴(kuò)建成為必然。路基改擴(kuò)建的重難點(diǎn)在于新老路基結(jié)合的整體穩(wěn)定性，特別是軟土路基段，由于其具有含水量高、天然空隙比大及靈敏度高等特點(diǎn)[1]-[2]，與新老路基壓實(shí)度及固結(jié)沉降期存在較大差異，擴(kuò)寬拼接位置易出現(xiàn)縱向裂縫，因此，軟土路基處理是路基沉降控制的關(guān)鍵[3]-[4]。本文依托某擴(kuò)建高速公路工程，結(jié)合設(shè)計(jì)及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際施工經(jīng)驗(yàn)，對(duì)水泥攪拌樁+鋼塑格柵及預(yù)應(yīng)力管樁+鋼塑格柵兩種軟基拼寬施工關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行研究，并通過現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)對(duì)處理效果進(jìn)行驗(yàn)證，以期為類似擴(kuò)建高速公路軟基拼寬路段設(shè)計(jì)與施工提供參考。

1.工程概況

某擴(kuò)建高速公路位于東南沿海，采用標(biāo)準(zhǔn)的路基兩側(cè)擴(kuò)寬方案，擴(kuò)寬段為雙向八車道，路基寬度為41m，其中，行車道寬2×4×3.75m、硬路肩寬2×3.0m、土路肩2×0.75m、中間帶寬3.5m，如圖1所示。該段路基主要位于海積平原區(qū)，區(qū)域不良地質(zhì)現(xiàn)象不發(fā)育，海積平原區(qū)場(chǎng)地上分布厚層海積淤泥、淤泥質(zhì)黏土等，總厚度一般可達(dá)8m～15m。軟土路段上部主要為老路路基填土，其下為海積黏土，而場(chǎng)地上部為海積淤泥，其下為沖湖積可塑粉質(zhì)黏土、坡洪積含黏土角礫、含碎石粉質(zhì)黏土等，下伏基巖為侏羅紀(jì)凝灰?guī)r，強(qiáng)度較高；其上部土層性質(zhì)較差，土體中含水量較高、土體可壓縮性高，承載力低，固結(jié)沉降緩慢等，易發(fā)生路基側(cè)向滑移、過量沉降、橋頭跳車及樁基縮徑等問題。路基擴(kuò)寬段上部軟土地基處理是控制整個(gè)路基工程施工的關(guān)鍵。

2.軟土地基加固關(guān)鍵技術(shù)

該擴(kuò)建路基工程綜合考慮軟土地基深度、填土高度、軟基深度縱橫向變化及經(jīng)濟(jì)性方面等主要因素，采用不同的軟土地基處理方式，其中包括堆載預(yù)壓、雙向攪拌樁加固、預(yù)應(yīng)力管樁等處理方法。

針對(duì)該工程一般擴(kuò)建路段填方段，當(dāng)填方高度小于2.2.m時(shí)，主要采用堆載預(yù)壓法處理；當(dāng)填方高度位于2.2m～4.5m時(shí)，主要采用雙向水泥攪拌樁加固處理；當(dāng)填方高度大于4.5m時(shí)，主要采用預(yù)應(yīng)力管樁處理。但針對(duì)橋頭等結(jié)構(gòu)物路段，當(dāng)填方高2m～5m，且軟土深度小于15m時(shí)，采用無擴(kuò)大頭雙向水泥攪拌樁；當(dāng)填方高2m～5m，且軟土深度大于15m時(shí)，3.5m以下主要采用不打穿的雙向攪拌樁，打設(shè)深度15m～18m，而3.5m以上采用預(yù)應(yīng)力管樁；當(dāng)填高大于5m時(shí)，采用預(yù)應(yīng)力管柱。為加強(qiáng)新舊路堤搭接，減少不均勻沉降，應(yīng)采取以下措施：將原路基邊坡挖成臺(tái)階狀，每級(jí)臺(tái)階高度應(yīng)控制在1m～2m之間，臺(tái)階開挖順序應(yīng)從下往上進(jìn)行，應(yīng)注意及時(shí)采取防護(hù)措施和填筑拼寬路基，防止雨水沖刷等引起邊坡滑坍，下級(jí)臺(tái)階及拼寬路基回填并壓實(shí)后方可進(jìn)行上一級(jí)臺(tái)階的開挖。對(duì)新舊路堤搭接處施工時(shí)應(yīng)進(jìn)行增強(qiáng)補(bǔ)壓，以確保其壓實(shí)度在路面結(jié)構(gòu)底部沿著老路邊坡線對(duì)稱鋪設(shè)一層寬度為5m的鋼塑格柵。

圖1 擴(kuò)建路基標(biāo)準(zhǔn)斷面圖

圖2 水泥攪拌樁+鋼塑格柵軟基處理橫斷面圖（單位：cm）

圖3 雙向水泥攪拌樁施工流程圖

圖4 雙向水泥攪拌樁現(xiàn)場(chǎng)施工圖

圖5 預(yù)應(yīng)力管樁+鋼塑格柵軟基處理橫斷面圖（單位：cm）

3.軟土地基加固施工工藝

3.1 雙向水泥攪拌樁施工

雙向水泥攪拌樁主要通過在同心雙軸鉆桿上設(shè)置正向切削旋轉(zhuǎn)葉片和反向切削旋轉(zhuǎn)葉片，并在葉片上設(shè)置噴漿孔，雙軸鉆桿在轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)噴出高壓水泥漿液，經(jīng)過內(nèi)外同軸鉆桿上葉片旋轉(zhuǎn)攪拌形成質(zhì)量均勻的水泥攪拌樁體。如圖2所示，攪拌樁材料采用42.5號(hào)普通硅酸鹽水泥，設(shè)計(jì)水灰比為1：0.45～0.55。上部擴(kuò)大頭長(zhǎng)度為3.0m、直徑1.0m，設(shè)計(jì)水泥用量為260kg/m；下部樁長(zhǎng)12m～15m、樁徑0.5m，設(shè)計(jì)水泥用量為65kg/m；擴(kuò)大頭部分采用四攪兩噴工藝施工，下部狀體采用兩攪一噴工藝施工。噴漿壓力不小于0.5MPa，擴(kuò)大頭28d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度應(yīng)不小于1.0MPa，下部樁體28d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度應(yīng)不小于0.6MPa。施工前必須先選取典型路段，通過試打獲得合理的施工工藝參數(shù)，試柱數(shù)量不得少于3根。雙向水泥攪拌樁具體施工工藝，如圖3所示。

首先，平整場(chǎng)地按照設(shè)計(jì)樁位布置型式及尺寸放出各樁位置并標(biāo)記清除，同時(shí)做好路基上部防排水措施，雙向攪拌機(jī)就位后，定位安裝準(zhǔn)確，并進(jìn)行樁位及垂直度校正，如圖4所示。

雙向攪拌設(shè)備安裝就位后進(jìn)行調(diào)試，并通過現(xiàn)場(chǎng)雙向水泥攪拌樁試驗(yàn)，確定相應(yīng)施工參數(shù)，后續(xù)根據(jù)實(shí)際效果再進(jìn)行及時(shí)調(diào)整。

攪拌下沉：雙向攪拌機(jī)鉆頭鉆進(jìn)前，先進(jìn)行通水試驗(yàn)，檢查噴漿管路是否堵塞，然后詳細(xì)切削土體直至設(shè)計(jì)深度，下沉鉆進(jìn)速度保持一致，確保切削土體均勻。

噴漿攪拌提升與重復(fù)攪拌下沉：鉆進(jìn)至設(shè)計(jì)深度時(shí)，打開噴漿閥門，邊噴漿邊向上攪拌提升至樁頂標(biāo)高，提升速度應(yīng)控制在1.0m/min～1.5m/min，然后再次攪拌下沉與提升，下沉速度應(yīng)控制在1.5m/min～2.0m/min（重復(fù)攪拌時(shí)可提高一個(gè)檔位），以保證成樁質(zhì)量。

鉆機(jī)移位：將攪拌鉆頭提升至樁頂以上時(shí)停止鉆機(jī)，并向進(jìn)料斗中注入清水，清洗管路防止?jié){液凝固堵塞鉆桿。

3.2 預(yù)應(yīng)力管樁加固施工

如圖5所示，預(yù)應(yīng)力管樁外徑采用40cm，壁厚不小于60mm，每根管樁包含接樁和開口（閉口）型柱尖，樁尖采用閉口型，樁帽采用100×100×35cm型C30現(xiàn)澆混凝土樁帽。在場(chǎng)地允許的情況下，應(yīng)盡量采用靜壓法沉樁。針對(duì)橋臺(tái)預(yù)應(yīng)力管樁施工時(shí)，應(yīng)提前預(yù)留出管樁施工位置，若樁位與管樁位置存在沖突時(shí)，可進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，確保與灌注樁凈距應(yīng)大于1.0m。采用預(yù)應(yīng)力管樁處理路段，樁頂50cm厚的填筑材料應(yīng)采用粒徑不大于10cm，含泥量小于10%的清宕渣墊層。而鋼塑格柵施工次序?yàn)椋呵寤笙蠕佋O(shè)20cm清宕渣并壓實(shí)，然后鋪設(shè)第一層格柵；對(duì)設(shè)置多層鋼塑格柵的，在下層格柵上鋪設(shè)30cm的路基填料并壓實(shí)，再鋪設(shè)上層鋼塑格柵。施工前必須選取典型路段，通過試打獲取合理施工工藝參數(shù)，試樁數(shù)量不小于3根。預(yù)應(yīng)力管樁具體施工施工工藝過程如下：

預(yù)應(yīng)力管樁施工前應(yīng)進(jìn)行場(chǎng)地平整與清理，再進(jìn)行墊層鋪設(shè)，墊層高度與樁帽高度保持一致，柱帽澆筑前先挖除相應(yīng)面積的墊層再進(jìn)行樁帽的澆筑，第一層水平加筋鋪設(shè)在樁帽頂面。

預(yù)應(yīng)力管樁應(yīng)按照路基橫向由中間向兩邊，路基縱向由存在結(jié)構(gòu)物側(cè)向路基段逐排打設(shè)。

準(zhǔn)確定位后應(yīng)采取可靠的施工工藝，確保柱體質(zhì)量。防止因振動(dòng)、擠土等作用導(dǎo)致柱體傾斜、折斷、柱體上浮、向外位移和地面隆起等。

4.路基施工檢測(cè)與監(jiān)測(cè)

4.1 路基施工檢測(cè)

擴(kuò)建路基工程軟基處理施工中應(yīng)嚴(yán)格按照相關(guān)規(guī)范及設(shè)計(jì)資料進(jìn)行相應(yīng)雙向水泥旋噴樁及預(yù)應(yīng)力管樁施工質(zhì)量檢查項(xiàng)目的量測(cè)與檢驗(yàn)試驗(yàn)[5]，如表1和表2所示。根據(jù)檢測(cè)控制指標(biāo)及時(shí)調(diào)整施工技術(shù)參數(shù)，確保軟基加固施工質(zhì)量，有利于控制路基填筑沉降，從而提升軟基處理的承載力和穩(wěn)定性。

4.2 樁基承載力試驗(yàn)

通過鉆芯取樣法對(duì)不同深度的雙向水泥攪拌樁28d成樁無側(cè)限抗壓強(qiáng)度進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如表3所示。從表中可以看出，雙向水泥攪拌樁擴(kuò)大頭（0～3m）28d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度平均值為1.38MPa，下部3m～9m樁身與9m～15m樁身平均抗壓強(qiáng)度分別為0.82MPa和0.74MPa，均大于設(shè)計(jì)要求值。

從圖6中可以看出，預(yù)應(yīng)力管樁打樁承載力要高于水泥攪拌樁，按照規(guī)范[6]中相關(guān)單樁承載力確定方法，單樁承載力荷載位移曲線出現(xiàn)典型陡降變化時(shí)，明顯陡降拐點(diǎn)對(duì)應(yīng)荷載即為改樁的承載力，所以水泥攪拌樁單樁承載力達(dá)到310kN，預(yù)應(yīng)力管樁單樁承載力為615kN，均高于設(shè)計(jì)要求單樁承載力檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)的200kN和400kN。

表1 雙向水泥攪拌樁施工質(zhì)量檢查與控制標(biāo)準(zhǔn)

表2 預(yù)應(yīng)力管樁施工質(zhì)量檢查項(xiàng)目及控制標(biāo)準(zhǔn)

表3 雙向水泥攪拌樁無側(cè)限抗壓強(qiáng)度（MPa）

圖6 不同軟基處理單樁承載力曲線圖

圖7 路中沉降板布置圖

圖8 YK24+170典型斷面沉降時(shí)程曲線圖

表4 路中沉降板監(jiān)測(cè)結(jié)果

4.3 試驗(yàn)段路基監(jiān)測(cè)

由于該工程所在區(qū)域廣泛分布海相沉積深厚軟土，路基填筑沉降大，同時(shí)高速公路對(duì)地基變形要求較高（如工后沉降、不均勻沉降及路面平整度等），因此需要對(duì)路基進(jìn)行沉降觀測(cè)，同時(shí)根據(jù)沉降分析也可檢驗(yàn)軟基處理的效果。軟基處理段主要采用路中沉降板進(jìn)行路基沉降觀測(cè)，試驗(yàn)段路基50m每個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，路中沉降板由沉降板、測(cè)桿、連接管及護(hù)套管組成，隨著路基填筑高度不斷升高，測(cè)桿不斷接長(zhǎng)，如圖7所示。施工期監(jiān)測(cè)頻率為1d/次，預(yù)壓期3d/次～7d/次，沉降穩(wěn)定期15d/次，試驗(yàn)段監(jiān)測(cè)周期為7個(gè)月，選取不同軟基處理試驗(yàn)段路基沉降，監(jiān)測(cè)結(jié)果如表4所示。

從表4可以看出，路基試驗(yàn)段經(jīng)過水泥攪拌樁和預(yù)應(yīng)力管樁加固處理后的路基累計(jì)沉降量較小，最大累計(jì)沉降量為38.77mm，均小于設(shè)計(jì)允許工后沉降標(biāo)準(zhǔn)值50mm，且月平均沉降均小于7mm/月的沉降速率控制指標(biāo)。此外，從圖8可以看出，路基沉降變化較大值主要位于前期施工預(yù)壓堆載階段，隨著路基上部逐層堆載，路基沉降變形主要呈現(xiàn)“先緩慢增長(zhǎng)-快速增長(zhǎng)-逐漸趨于穩(wěn)定”3個(gè)階段，堆載預(yù)壓后連續(xù)兩個(gè)月沉降速率均小于5mm，表明路基沉降達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，同時(shí)也說明擴(kuò)建路基拼寬段軟基處理達(dá)到了預(yù)期效果。

5.結(jié)語

本文對(duì)比分析了3種軟基處理施工技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)及適用范圍，結(jié)合擴(kuò)建高速路基填筑高度、下部軟土深度及縱橫向變化等因素，確定了不同路基填筑段的軟基處理方法，并詳細(xì)介紹了雙向水泥攪拌樁和預(yù)應(yīng)力管樁的加固施工工藝、參數(shù)及相應(yīng)施工質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)。為防止路基拼寬段不均勻沉降，路基分層填筑時(shí)設(shè)置多層鋼塑格柵，確保擴(kuò)寬路基的整體穩(wěn)定性。軟基處理加固承載力試驗(yàn)結(jié)果表明，雙向水泥攪拌樁不同深度無側(cè)限抗壓強(qiáng)滿足設(shè)計(jì)要求，且單樁承載力均大于規(guī)范檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)值。而堆載預(yù)壓階段通過路基沉降監(jiān)測(cè)結(jié)果表明：路基沉降主要經(jīng)過“緩慢增長(zhǎng)-快速增長(zhǎng)-逐漸趨于穩(wěn)定”3個(gè)階段，累計(jì)沉降量及沉降速率均符合路基填筑沉降控制標(biāo)準(zhǔn)，表明擴(kuò)建路基處理取得較好效果。