津晉高速公路路基施工中的軟土處理技術(shù)

唐建軍　宋金華

[摘要]津晉高速公路路基經(jīng)過(guò)軟土路段采用粉噴樁加土工格柵復(fù)合處理，提高路基的穩(wěn)定性，降低了沉降量。經(jīng)過(guò)四年多的交通運(yùn)營(yíng)，橋頭無(wú)明顯的下沉跳車現(xiàn)象，路基未出現(xiàn)塌方，滑坡等現(xiàn)象。粉噴樁加土工格柵復(fù)合處理軟土公路路基，明顯提高地基的承載力，效果顯著。

[關(guān)鍵詞]高速公路 軟弱土 粉噴樁 土工格柵

中圖分類號(hào)：TB1文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1671－7597（2009）0320069－02

津晉高速公路第一合同段處于南八里臺(tái)退海地地區(qū)，地下水豐富且埋藏淺。工程地質(zhì)資料顯示，淤泥軟土分布面積較廣，該路段地基具有含水量高、強(qiáng)度低、壓縮性高及低滲透性的軟基特點(diǎn)。高速公路在經(jīng)過(guò)該段的軟土地段時(shí)設(shè)計(jì)填高7米，局部填高8～9米。為確保其路基的穩(wěn)定，通過(guò)選取試驗(yàn)區(qū)試驗(yàn)研究，決定采用粉噴樁穿越軟基土層，粉噴樁施工完成，經(jīng)檢驗(yàn)合格后鋪設(shè)玻璃纖維土工格珊和填砂礫碎石墊層。上層和下層土工格柵間隔砂礫碎石20cm厚。土工格柵與砂礫碎石墊層壓實(shí)施工完成，再進(jìn)行路基或橋臺(tái)填筑施工。

一、水泥粉噴樁的設(shè)計(jì)參數(shù)[1]

1. 樁徑。根據(jù)試驗(yàn)，直徑取D＝500mm；

2. 樁長(zhǎng)。打成穿淤泥層，一般3～9m，個(gè)別橋頭達(dá)11.5m（準(zhǔn)確樁長(zhǎng)參照地質(zhì)資料并通過(guò)逐段試樁確定）；

3. 樁距。填方段軟基：1.5m×1.3m（排距），等腰三角形布置；橋頭20m以內(nèi)；1.0m×1.3m（排距）；

4. 水泥摻入量。樁噴粉量50㎏／m（42.5普通硅酸鹽水泥），摻入比約15％；

5. 樁身強(qiáng)度。90d齡期無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度為1200Kpa；

6. 單樁允許承載力為130KN；

7復(fù)合地基承載力為240KN。

二、粉噴樁施工[2]～[5]

（一）施工工藝

1．粉噴樁施工程序

整平原地面→鉆機(jī)定位→鉆桿下沉鉆進(jìn)→上提噴粉強(qiáng)制攪拌→復(fù)拌→提桿出孔→鉆機(jī)移位。

2．工藝性試樁

開工前先進(jìn)行工藝試樁3～5根，其目的在于提供滿足設(shè)計(jì)要求噴粉量的各種操作參數(shù)。入管道壓力、灰罐壓力、鉆機(jī)提升速度、噴粉機(jī)轉(zhuǎn)速等。并驗(yàn)證加固料的攪拌均勻程度及成樁質(zhì)量，了解下鉆機(jī)、鉆機(jī)提升的阻力情況，并采用相應(yīng)的措施，確保成樁質(zhì)量。

（二）施工方法

1．對(duì)正樁位，調(diào)整鉆機(jī)機(jī)身平穩(wěn)，保證鉆桿的垂直度，啟動(dòng)鉆機(jī)下鉆，待攪拌鉆頭接近地面時(shí)，啟動(dòng)空壓機(jī)送氣，開始鉆進(jìn)。

2．鉆到設(shè)計(jì)孔深時(shí)，關(guān)閉送氣閥門，噴送水泥加固料。

3．確認(rèn)水泥加固料已到樁底時(shí)，提升攪拌鉆頭，為便于控制成樁質(zhì)量，一般不得使用Ⅲ檔。

4．提升到設(shè)計(jì)樁頂標(biāo)高時(shí)，停止噴粉。

5．打開送氣閥，關(guān)閉送料閥，但空壓機(jī)不要停機(jī)，攪拌鉆頭提升到樁頂時(shí)停止提升，在原位轉(zhuǎn)動(dòng)2min，以保證樁頭均勻密實(shí)。

6．鉆頭再鉆到設(shè)計(jì)樁底，進(jìn)行二次攪拌。

7．將攪拌鉆頭提出地面，停止主電機(jī)、空壓機(jī)，填寫施工記錄。

8．移動(dòng)到下一個(gè)樁位。

（三）操作要點(diǎn)

1．機(jī)身調(diào)平以鉆桿是否垂直為依據(jù)，操作時(shí)以鉆錘吊線進(jìn)行控制。

2．鉆頭鉆至設(shè)計(jì)深度時(shí)，應(yīng)有一定的滯留時(shí)間，以保證加固粉料到達(dá)樁底。一般2～5分鐘。

3．進(jìn)行噴粉或噴氣，當(dāng)氣壓表的數(shù)值達(dá)到0.45Mpa時(shí)，管路可能堵塞，此時(shí)應(yīng)停止噴粉，將鉆頭提出地面，切斷空壓機(jī)電源，停止送氣，查明堵塞原因，予以排除。

4．整個(gè)制樁過(guò)程一定要保證邊噴粉、邊提升連續(xù)作業(yè)。當(dāng)空氣濕度大、粉體流動(dòng)性差、噴氣壓力大、單位樁長(zhǎng)噴粉量大時(shí)，應(yīng)開通灰罐進(jìn)氣閥，以對(duì)料罐加壓。如出現(xiàn)斷粉，應(yīng)及時(shí)補(bǔ)噴，補(bǔ)噴重疊長(zhǎng)度不小于0.5米。

5．粉體固化料入罐時(shí)必須過(guò)篩，以保證入罐固化劑粒徑最大不超過(guò)0.5cm，無(wú)紙屑石塊等雜物。

6．噴粉開始時(shí)，應(yīng)將電子稱顯示屏置零，使噴粉過(guò)程在電子計(jì)量稱示下進(jìn)行。噴粉時(shí)，記錄人員應(yīng)隨時(shí)觀察電子稱的變化顯示，以保證各段噴粉均勻。

（四）施工組織

一臺(tái)粉噴樁設(shè)備為一個(gè)施工班組，每班組由9～10人組成，具體分工見(jiàn)表1。

三、玻璃纖維土工格珊施工[4]

（一）土工格柵的設(shè)置

粉噴樁施工完成，經(jīng)檢查合格后，在路基地面40cm處鋪設(shè)底層土工格柵。底層土工格柵肋成橫向（垂直路基方向），上層土工格柵肋成縱向（順路基方向），兩肋搭接時(shí)用10號(hào)鐵絲捆綁牢固。

（二）土工格柵施工

1．場(chǎng)地平整：對(duì)準(zhǔn)備鋪設(shè)地段的路基進(jìn)行整平，局部不平或松散地段處理整平達(dá)到要求，以保持路基整潔。

2．測(cè)量放線：按設(shè)計(jì)樁號(hào)和寬度放出大樣，并用白灰劃出界限。

3．平鋪土工格柵：按撒好的灰線，開始鋪設(shè)，并鋪出灰線以外10cm。然后用Ф6鋼筋加工成U型卡，將兩邊固定，鋪設(shè)道路對(duì)面，寬度按邊線鋪好，每隔5.0m用U型卡固定，兩格柵搭接?xùn)爬呒s6cm，并每隔3～4格柵縱肋用雙根10號(hào)鐵絲綁扎牢固。

（三）土工格柵施工要求

1．原地面必須整平，確保土工格柵形成整體，保證抗拉強(qiáng)度的最大值發(fā)揮，鋪設(shè)面的平整度控制在±10cm以內(nèi)。

2．搭接長(zhǎng)度不小于6cm。

四、質(zhì)量控制及檢測(cè)

（一）粉噴樁質(zhì)量控制

粉噴樁成樁應(yīng)按試驗(yàn)確定的技術(shù)參數(shù)進(jìn)行，操作人員應(yīng)隨時(shí)記錄壓力、粉噴量、鉆進(jìn)速度、等有關(guān)參數(shù)的變化。并滿足下列表2要求：

1．嚴(yán)格控制噴粉標(biāo)高，不得中斷噴粉，確保樁體長(zhǎng)度；嚴(yán)禁在尚未噴粉的情況下進(jìn)行提升鉆桿作業(yè)。

2．樁身根據(jù)設(shè)計(jì)要求在地面以下1／2～1／3樁長(zhǎng)不小于5米的范圍內(nèi)必須進(jìn)行重復(fù)攪拌，使固化料與地基土均勻拌和；施工中發(fā)現(xiàn)噴粉量不足，應(yīng)整樁復(fù)打，復(fù)打到噴粉量應(yīng)不小于設(shè)計(jì)用量。噴粉中斷復(fù)打時(shí)，其重疊段應(yīng)大于1米。

3．施工機(jī)具設(shè)備的粉體發(fā)送器必須配置粉料計(jì)量裝置，并記錄水泥的瞬時(shí)噴入量。

4．應(yīng)控制重復(fù)攪拌時(shí)的提升和下沉速度，以保證加固深度范圍內(nèi)每一深度均得到充分?jǐn)嚢琛?/p>

（二）土工格柵質(zhì)量控制

1．上土?xí)r，應(yīng)順著格柵的方向順序而上，不得在路基范圍內(nèi)亂填亂上。

2．U型卡要嵌入土內(nèi)至少5cm，以保證土工格柵穩(wěn)固。

3．為防地基不均勻沉降，搭接時(shí)要注意搭接寬度和鐵絲綁扎牢固。

（三）質(zhì)量保證措施

1．開工前及時(shí)進(jìn)行水泥土比例土樣試驗(yàn)，確定每米的噴灰量，做3～5根工藝性試驗(yàn)樁。根據(jù)試驗(yàn)樁已掌握的各種置樁技術(shù)參數(shù)，如含灰量、鉆進(jìn)速度、鉆桿提升速度等，試驗(yàn)結(jié)果經(jīng)監(jiān)理工程師批準(zhǔn)后作為工程樁的施工依據(jù)，并及時(shí)向施工人員進(jìn)行技術(shù)交底。

2．施工中根據(jù)要求召開質(zhì)量專題會(huì)議，不得使用不合格的施工機(jī)具及不合格或失效的水泥。

3．控制鉆頭下沉和提升速度，保證加固范圍內(nèi)每一深度都得到充分?jǐn)嚢瑁瑖?yán)格按要求進(jìn)行復(fù)拌。

4．隨時(shí)檢查施工記錄，對(duì)照施工工藝對(duì)每根樁進(jìn)行質(zhì)量評(píng)定，不合格的樁根據(jù)具體情況采取補(bǔ)救措施。

5．選取一定數(shù)量的樁體開挖，檢查樁體外觀質(zhì)量、搭接質(zhì)量和整體性。

（四）粉噴樁現(xiàn)場(chǎng)質(zhì)量檢測(cè)

本工程采用了28d齡期全樁長(zhǎng)抽芯取樣的檢驗(yàn)方法，即對(duì)每批達(dá)到28d齡期成樁按1％進(jìn)行抽芯檢驗(yàn)，以了解全樁長(zhǎng)的樁身結(jié)構(gòu)及測(cè)定各樁段的強(qiáng)度。雖在時(shí)間和費(fèi)用上花費(fèi)較多，但對(duì)確保軟基處理質(zhì)量起了重要作用。

抽芯開始時(shí)，使用單管普通鉆機(jī)在1／4樁徑處抽芯取樣（管徑89mm），發(fā)現(xiàn)芯樣擾動(dòng)較大，采樣率低（0.6左右）。后改用XY-1型鉆機(jī)雙管軸芯取樣，對(duì)芯樣擾動(dòng)小，采樣率達(dá)85％以上，較真實(shí)反映樁身結(jié)構(gòu)狀況，對(duì)每樁芯樣提出檢驗(yàn)報(bào)告并拍照片存檔。

（五）粉噴樁的質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)

按照設(shè)計(jì)要求，樁身無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度為1200Kpa（90d強(qiáng)度），28d強(qiáng)度按標(biāo)貫強(qiáng)度60％計(jì)為720Kpa。考慮到含水量及攪拌不均勻等因素，其最小值按85％考慮，即不小于720×85％＝612Kpa（相當(dāng)于標(biāo)慣試驗(yàn)的14擊），故檢測(cè)過(guò)程中按1%的樁數(shù)進(jìn)行標(biāo)慣抽檢，標(biāo)準(zhǔn)確定如下：

1．抽檢的最低標(biāo)貫擊數(shù)大于14擊。

2．每批抽檢的各樁最低強(qiáng)度的平均值大于720Kpa（相當(dāng)于標(biāo)貫試驗(yàn)的16.5擊）。

符合上述標(biāo)準(zhǔn)為合格，否則為不合格。對(duì)不合格樁，采取措施進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)處理。

（六）處理效果

1．在本段軟基處理工程中，施工粉噴樁28486根／計(jì)190000m，其中粉噴樁處理橋頭路基8處／46000m（最大樁長(zhǎng)11.5m），人工鋪土工格柵2500m2。在成樁28d后，由業(yè)主委托檢測(cè)單位抽芯285根，做標(biāo)貫1995次。抽芯結(jié)果表明：粉噴樁樁體攪拌均勻，樁身連續(xù)，樁長(zhǎng)符合設(shè)計(jì)要求。標(biāo)貫最低N大于14擊，各樁最低擊數(shù)的平均值大于16.5擊，一般為20～25擊，符合設(shè)計(jì)要求。

2．本段路基經(jīng)粉噴樁加土工格柵復(fù)合處理后，填筑路堤到設(shè)計(jì)標(biāo)高，進(jìn)行路面的底基層和基層施工。第二年的5月施工瀝青面層。根據(jù)通車二年來(lái)的沉降觀測(cè)資料顯示，路基沉降值僅為5cm。而在相同條件下，只進(jìn)行粉噴樁處理（未使用土工格柵）的路基沉降達(dá)20.15cm。經(jīng)本方法處理的8個(gè)橋頭，開放通車至現(xiàn)今沉降觀測(cè)結(jié)果，最大總沉降量為4.5mm，橋頭無(wú)明顯下沉跳車現(xiàn)象。

五、結(jié)語(yǔ)

1．根據(jù)施工中的分層沉降觀測(cè)資料。各層的沉降均達(dá)到了設(shè)計(jì)控制標(biāo)準(zhǔn)。

2．粉噴樁加土工格柵復(fù)合處理的地基后，因其土工格柵在填土中的又約束了顆粒的側(cè)向位移，降低了填方路基出現(xiàn)滑坡和塌方的可能性，增加了路基的穩(wěn)定性，減少地基沉降量，提高了地基的承載力。

3．粉噴樁使用水泥、粉煤灰或石灰等粉狀加固料，使其與原位軟土混合、壓密、通過(guò)一系列物理化學(xué)作用，使軟土硬化具有整體性、水穩(wěn)性和一定強(qiáng)度的柱狀加固土，并與原位軟弱土層組成復(fù)合地基[5]。在施工前的選取試驗(yàn)區(qū)試驗(yàn)研究中還發(fā)現(xiàn)，粉噴樁施工后隨著填土的完成，樁土應(yīng)力分配達(dá)到平衡，樁土應(yīng)力比最終穩(wěn)定在1～3.5范圍，明顯提高了地基的承載力。

4．本方法適用于強(qiáng)度低壓縮性高、排水性能差的軟土，尤其是8～20m深范圍內(nèi)無(wú)理想持力層的軟土地基。

參考文獻(xiàn)：

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[4]王洪江、符長(zhǎng)青，公路工程施工組織設(shè)計(jì)編制手冊(cè)[M].北京：人民交通出版社，2005.

[5]徐平、夏唐代、辛公鋒，高速公路粉噴樁復(fù)合地基的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)研究[J].施工技術(shù)，2006，(1)9-11.

作者簡(jiǎn)介：

唐建軍，男，工程師，學(xué)士，從事施工技術(shù)管理工作；宋金華，女，工程師，學(xué)士，從事施工技術(shù)管理工作。