高壓旋噴樁在高速公路水毀處治中的應用

郭中杰

摘要：高壓旋噴樁具有加固體強度高、加固質量均勻、加固體形狀可控的特點，采用高壓旋噴樁進行加固處理已成為國內外工程界普遍接受的、多用、高效的地基處理方式。分析了高速公路路基產生沉降的主要原因，介紹了單管高壓旋噴成樁技術在高速公路水毀路基沉降中的應用，并闡述了該技術設計參數的選擇，施工工藝和加固效果，指出高壓旋噴樁技術控制沉降變形效果明顯，值得推廣。

關鍵詞：太原東環高速公路；高壓旋噴樁；路基沉降；加固處治

中圖分類號：U655.54＋4.1文獻標識碼：A 文章編號：2095－6835（2014）08－0075－03

1概述

太原東環高速公路為太原繞城高速G2001的重要組成部分，南起太舊高速公路武宿立交，北接原太高速公路。太原東環高速公路于1996-12正式建成通車，雙向4車道，設計時速80 km。隨著該段車流量的不斷增加，路面和路基也不斷出現病害。太原高速公司于2005-05開始對該段進行大修改造，對部分路段進行了拓寬，并于同年12月完成改造。

2012-07-30太原市普降大雨，由于雨量較大，造成太原東環高速公路路基養護里程K23+390—K23+475段（設計里程K268+810—K268+895）發生路基沉降。2012-08-01，在位于主路左半幅（東半幅）K23+461（設計里程K268+881）處靠近中央分隔帶附近形成一個橢圓形塌陷坑，坑長軸長4.2 m，短軸長3.6 m，深度約2 m，坑中積水，而且在東北側路基土塌陷量較大。發現此情況后，太原高速公司立即邀請上級單位和相關專家召開緊急會議，進一步研究處治方案。會議最后決定對該地段進行旋噴樁加固處理。

2路基沉降段勘察結果

采用調查、物探和鉆探這三種方法對沉降路段進行了綜合勘察，完成地質調查面積0.5 km2，地質雷達掃描探測面積約1 000 m2。在左、右幅沉陷路段完成鉆孔6個，總進尺118.6 m。具體勘察結果如下所示。

2.1左幅路基狀況

K23+395—K23+475段（設計里程K268+815—K268+895）左幅路基均有明顯沉降，沉降路段的巖性以粉土為主，0～24 m深度范圍內土體普遍濕軟、中密，含水量在18%～24.6%，飽和度為75%～90%，呈軟塑-流塑狀。K23+461（設計里程K268+881）處已經出現塌陷坑，塌陷坑面積約15 m2，坑深2 m。通過物探和鉆探查明，在左幅K23+397.5—K23+405（設計里程K268+817.5—K268+825）段路基和路面之間存在脫空現象，空隙高達1.2 m。

2.2右幅路基狀況

K23+390—K23+470段（設計里程K268+810—K268+890）右幅路基僅原有路基出現明顯的沉陷，2005年改造時加寬的部分沒有明顯沉陷，沉陷路基土巖性主要為粉土，0～15 m深度范圍內土體較濕軟，含水量在15.9%～22.8%，呈硬塑-可塑狀。通過物探和鉆探查明，K23+447.5（設計里程K268+867.5）右側5 m處為脫空區。脫空區呈圓形，直徑3 m，脫空深度約1.6 m。

綜上所述，該段路基土體濕軟且局部存在路面結構層與路基脫空的現象，容易發生路基滑塌和路面塌陷的情況。因此，必須對軟基和空洞進行處治，才能保證行車安全。

3路基沉降段處治方案

3.1脫空區充填

采用C35商品混凝土對左幅K23+461（設計里程K268 +881）塌陷坑、K23+397.5—K23+405（設計里程K268+817.5—K268+825）段脫空區和右幅K23+447.5（設計里程K268 +867.5）處脫空區進行充填，消除空洞。根據勘察的情況，K23+461（設計里程K268+881）處塌陷坑需要充填混凝土30.2 m3，K23+397.5—K23+405（設計里程K268+817.5—K268+825）段脫空區需要充填混凝土423 m3，右幅K23+447.5（設計里程K268 +867.5）處脫空區需要充填混凝土11.3 m3。

3.2旋噴樁處治軟基方案

K23+395—K23+475（設計里程K268+815—K268+895）段左幅路基整體出現沉陷，且0～24 m深度范圍內土體普遍濕軟，因此，應該采用單管高壓旋噴樁進行加固處理，處理長度為80 m，左幅處治寬度為15 m（整幅路面），處理深度為12～24m。

K23+390—K23+470（設計里程K268+810—K268+890）段右幅路基僅原有路基出現沉陷，且0～15 m深度范圍內土體較軟，新加寬部分沒有明顯沉陷，且采用鉆探和物探勘察，在新加寬部分未發現明顯異常，因此，選用單管高壓旋噴樁僅對右幅原有路基進行加固處治，處治長度為80 m，處治寬度12 m，處治深度10～18 m。這里僅對高壓旋噴樁處治方案進行闡述。

4旋噴樁設計參數

4.1單樁噴射參數設計

單樁噴射直徑（樁徑）為600 mm，固結土強度要求達到3 MPa。樁共11排，排距1.3 m，樁數583根，樁長12～24 m。右幅第一排孔中心距隔離帶0.5 m，共7排，排距1.3 m，樁數376根（含脫空區補加的5根樁），樁長10～18 m。詳細情況見以下旋噴樁平面布置圖。

圖1旋噴樁平面布置圖

4.2施工工藝參數

漿液壓力為20 MPa，漿液流量為80 L/min，噴嘴孔徑為2～3 mm；注漿管提升速度為0.25 m/min，旋轉速度為20 r.p.m。

4.3注漿材料和用量

注漿液選用速凝漿液，這樣可防止噴射過程中路基附近產生變形，從而造成路面與路基脫空。水泥選用32.5級硅酸鹽水泥，漿液配合比為0.8∶1，另加2%～4%早強劑（水玻璃）。

漿量采用噴量法進行計算，計算公式為：

Q=（H/v）q（1+β）.（1）

式（1）中：Q——漿量，m3；

H——噴射長度，m；

v——提升速度，m/min；

q——單位時間噴漿量，m3/min；

β——損失系數，通常取0.1～0.2.

根據設計要求的工藝參數，每米噴漿量為0.325 m3，每米水泥用量為328 kg。

4.4空隙消除措施

在漿液與土攪拌混合后的凝固過程中，由于漿液析水作用（一般均有不同程度的收縮），使得固結體頂部與原有路基之間產生空隙。加固方案為對既有路基進行加固，不設褥墊層，因此，必須消除固結體頂部與原有路面結構層間可能產生的空隙。

采用兩次注漿的辦法進行消除，旋噴注漿完成后，在原旋噴孔位上，進行第二次注漿，漿液配合比選用0.8∶1.

4.5工程量

本項目左、右幅路基施工完成后共用高壓旋噴樁959根，總長度16 221 m，噴漿量5 709.79 m3，水泥用量5 320.49 t，水用量4 256.39 t，早強劑（水玻璃） 212.82 t。其中，左幅旋噴樁583根，總長度10 965 m，噴漿量3 859.68 m3，水泥用量3 596.52 t，水用量2 877. 22 t，早強劑（水玻璃）143.86 t；右幅旋噴樁376根，總長度5 256 m，噴漿量1 850. 11 m3，水泥用量1 723.97 t，水用量1 379.17 t，早強劑（水玻璃）68.96 t。

5旋噴樁施工程序

高壓旋噴樁施工工藝流程如下圖2所示，并應按如下程序進行施工。

圖2高壓旋噴樁施工工藝

5.1施工準備

5.1.1管線調查和場地布置

正式進場施工前，應進行管線調查，確保施工過程不破壞公路下面敷設的管線和涵洞等構造物。同時，合理布置施工機械、輸送管路和電力線路位置，確保施工場地整齊有序。

5.1.2樁位放樣

施工前，用全站儀測定旋噴樁施工的控制點，埋石標記，經過復測驗線合格后，用鋼尺和測線實地布設樁位，并用白漆標注，一樁一標注。測定誤差不大于5 cm。

5.1.3修建排污和灰漿拌制系統

在旋噴樁施工過程中將會產生10%～20%的返漿量。在公路外側設置沉淀池，將廢漿液引入沉淀池中，沉淀后的清水根據場地條件可進行無公害排放。灰漿拌制系統應設置在水泥附近，便于作業。該系統主要由灰漿拌制設備、灰漿儲存設備和灰漿輸送設備組成。

5.2鉆機就位

鉆機就位后，對樁機進行調平、對中，調整樁機的垂直度，保證鉆桿應與樁位一致，偏差應在10 mm以內，鉆孔垂直度誤差小于1.5%.鉆孔前，應調試空壓機、泥漿泵，使設備運轉正常。同時，校驗鉆桿長度，并用紅油漆在鉆塔旁標注深度線，保證孔底標高滿足設計深度。

5.3引孔鉆進

把鉆機移至鉆孔位置，對準孔位用水平尺掌握機臺水平，立軸垂直、墊牢機架、鉆機的垂直度滿足精度要求，經技術人員驗測合格后方可開鉆。如果發現鉆機傾斜，則停機找平后再開鉆。鉆進過程中，遇到異常情況應及時查明原因，并采取相應措施。對地層變化、顆粒大小、硬度等要進行詳細記錄。鉆孔結束后，由技術人員進行質量檢查，合格后方可移位進行下一個孔的鉆進。

5.4下噴射管

將噴射臺車移至成孔處，先在地面進行漿、氣試噴，檢查各項工藝參數是否符合設計要求。檢查合格后，將噴射管下至設計深度，經現場質檢人員檢查認可后方可進行高噴灌漿施工。噴射過程中如果遇到特殊情況，比如漿壓過高或噴嘴堵塞等，應將噴射管提出地面進行處理，處理好后再進行施工。

5.5噴漿材料和制漿

采用325普通硅酸鹽水泥攪制漿，水泥應新鮮、無結塊。通過0.08 mm方孔篩的篩余量應不大于5%，每批次進場水泥必須有生產廠家的產品合格證，并根據有關規定進行抽查檢驗。旋噴樁必須滿足《建筑地基處理技術規范》（JGJ 79—2002），旋噴樁用水滿足《混凝土攪拌用水》（JGJ 63—89）要求，水灰比為0.8∶1.

按設計配比進行漿液攪制。在制漿過程中應隨時測量漿液比重，每孔高噴灌漿結束后要統計該孔的材料用量。漿液用高速攪拌機攪制，拌制漿液必須連續、均勻，攪拌時間不小于30 s，每次攪拌所用時間應控制在4 h以內。

5.6噴射提升

當噴射管下至設計深度時，開始送入符合要求的水泥漿。待注入漿液冒出孔口時，按設計的提升方式和速度自下而上提升，直至提升到設計的終噴高程。噴射過程中，值班技術人員應隨時檢查各環節的運行情況。以上操作應注意以下兩點：①接、卸換管要快，防止塌孔和堵嘴；②噴射因故障中斷，應酌情處理。如果發生機械故障，要盡力縮短中斷時間，及早恢復灌漿；如果中斷時間超過1 h，要采取補救措施；恢復噴射時，噴射管要多下至少0.3 m，保證凝結體的連續性。

5.7回灌

噴射結束后，隨即在噴射孔內進行靜壓充填灌漿，直至漿面不再下沉為止，保證高噴防滲墻固結后墻頂標高。回灌漿液一般采用鄰孔高噴冒漿靜壓充填。

5.8記錄

對施工中鉆孔、高噴灌漿的各道工序應進行詳細、及時、準確的記錄，且所有記錄需按要求使用統一表格。

6施工中的注意事項

在施工過程中，需注意以下兩點：①為保證高速公路的正常運行，在該地段處治中不得中斷太原東環高速公路的交通。同時，為了確保施工段不造成車輛擁堵，在白天施工過程中要保證開放一條半車道。如果遇車輛較多時，要根據實際情況調整封閉的車道寬度，避免造成擁堵。另外，晚間24時后，在保證安全的前提下，可以封閉兩條車道進行作業。②為確保施工現場人員和設備的安全，進入施工現場的所有人員必須身著統一的標志服，所有施工車輛必須安裝警示標志，施工單位必須安排安全員維持施工現場的秩序。

7整治效果

該工程于2012-08-03開工， 2012-09-16完工。經過一年的定期觀察可知，采用旋噴樁處理過的路基地段下沉得到了有效控制，沒有再繼續發展，達到了處治的預期效果，為太原東環高速公路的安全運行打下了堅實的基礎。

（下轉第80頁）

5旋噴樁施工程序

高壓旋噴樁施工工藝流程如下圖2所示，并應按如下程序進行施工。

圖2高壓旋噴樁施工工藝

5.1施工準備

5.1.1管線調查和場地布置

正式進場施工前，應進行管線調查，確保施工過程不破壞公路下面敷設的管線和涵洞等構造物。同時，合理布置施工機械、輸送管路和電力線路位置，確保施工場地整齊有序。

5.1.2樁位放樣

施工前，用全站儀測定旋噴樁施工的控制點，埋石標記，經過復測驗線合格后，用鋼尺和測線實地布設樁位，并用白漆標注，一樁一標注。測定誤差不大于5 cm。

5.1.3修建排污和灰漿拌制系統

在旋噴樁施工過程中將會產生10%～20%的返漿量。在公路外側設置沉淀池，將廢漿液引入沉淀池中，沉淀后的清水根據場地條件可進行無公害排放。灰漿拌制系統應設置在水泥附近，便于作業。該系統主要由灰漿拌制設備、灰漿儲存設備和灰漿輸送設備組成。

5.2鉆機就位

鉆機就位后，對樁機進行調平、對中，調整樁機的垂直度，保證鉆桿應與樁位一致，偏差應在10 mm以內，鉆孔垂直度誤差小于1.5%.鉆孔前，應調試空壓機、泥漿泵，使設備運轉正常。同時，校驗鉆桿長度，并用紅油漆在鉆塔旁標注深度線，保證孔底標高滿足設計深度。

5.3引孔鉆進

把鉆機移至鉆孔位置，對準孔位用水平尺掌握機臺水平，立軸垂直、墊牢機架、鉆機的垂直度滿足精度要求，經技術人員驗測合格后方可開鉆。如果發現鉆機傾斜，則停機找平后再開鉆。鉆進過程中，遇到異常情況應及時查明原因，并采取相應措施。對地層變化、顆粒大小、硬度等要進行詳細記錄。鉆孔結束后，由技術人員進行質量檢查，合格后方可移位進行下一個孔的鉆進。

5.4下噴射管

將噴射臺車移至成孔處，先在地面進行漿、氣試噴，檢查各項工藝參數是否符合設計要求。檢查合格后，將噴射管下至設計深度，經現場質檢人員檢查認可后方可進行高噴灌漿施工。噴射過程中如果遇到特殊情況，比如漿壓過高或噴嘴堵塞等，應將噴射管提出地面進行處理，處理好后再進行施工。

5.5噴漿材料和制漿

采用325普通硅酸鹽水泥攪制漿，水泥應新鮮、無結塊。通過0.08 mm方孔篩的篩余量應不大于5%，每批次進場水泥必須有生產廠家的產品合格證，并根據有關規定進行抽查檢驗。旋噴樁必須滿足《建筑地基處理技術規范》（JGJ 79—2002），旋噴樁用水滿足《混凝土攪拌用水》（JGJ 63—89）要求，水灰比為0.8∶1.

按設計配比進行漿液攪制。在制漿過程中應隨時測量漿液比重，每孔高噴灌漿結束后要統計該孔的材料用量。漿液用高速攪拌機攪制，拌制漿液必須連續、均勻，攪拌時間不小于30 s，每次攪拌所用時間應控制在4 h以內。

5.6噴射提升

當噴射管下至設計深度時，開始送入符合要求的水泥漿。待注入漿液冒出孔口時，按設計的提升方式和速度自下而上提升，直至提升到設計的終噴高程。噴射過程中，值班技術人員應隨時檢查各環節的運行情況。以上操作應注意以下兩點：①接、卸換管要快，防止塌孔和堵嘴；②噴射因故障中斷，應酌情處理。如果發生機械故障，要盡力縮短中斷時間，及早恢復灌漿；如果中斷時間超過1 h，要采取補救措施；恢復噴射時，噴射管要多下至少0.3 m，保證凝結體的連續性。

5.7回灌

噴射結束后，隨即在噴射孔內進行靜壓充填灌漿，直至漿面不再下沉為止，保證高噴防滲墻固結后墻頂標高。回灌漿液一般采用鄰孔高噴冒漿靜壓充填。

5.8記錄

對施工中鉆孔、高噴灌漿的各道工序應進行詳細、及時、準確的記錄，且所有記錄需按要求使用統一表格。

6施工中的注意事項

在施工過程中，需注意以下兩點：①為保證高速公路的正常運行，在該地段處治中不得中斷太原東環高速公路的交通。同時，為了確保施工段不造成車輛擁堵，在白天施工過程中要保證開放一條半車道。如果遇車輛較多時，要根據實際情況調整封閉的車道寬度，避免造成擁堵。另外，晚間24時后，在保證安全的前提下，可以封閉兩條車道進行作業。②為確保施工現場人員和設備的安全，進入施工現場的所有人員必須身著統一的標志服，所有施工車輛必須安裝警示標志，施工單位必須安排安全員維持施工現場的秩序。

7整治效果

該工程于2012-08-03開工， 2012-09-16完工。經過一年的定期觀察可知，采用旋噴樁處理過的路基地段下沉得到了有效控制，沒有再繼續發展，達到了處治的預期效果，為太原東環高速公路的安全運行打下了堅實的基礎。

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5旋噴樁施工程序

高壓旋噴樁施工工藝流程如下圖2所示，并應按如下程序進行施工。

圖2高壓旋噴樁施工工藝

5.1施工準備

5.1.1管線調查和場地布置

正式進場施工前，應進行管線調查，確保施工過程不破壞公路下面敷設的管線和涵洞等構造物。同時，合理布置施工機械、輸送管路和電力線路位置，確保施工場地整齊有序。

5.1.2樁位放樣

施工前，用全站儀測定旋噴樁施工的控制點，埋石標記，經過復測驗線合格后，用鋼尺和測線實地布設樁位，并用白漆標注，一樁一標注。測定誤差不大于5 cm。

5.1.3修建排污和灰漿拌制系統

在旋噴樁施工過程中將會產生10%～20%的返漿量。在公路外側設置沉淀池，將廢漿液引入沉淀池中，沉淀后的清水根據場地條件可進行無公害排放。灰漿拌制系統應設置在水泥附近，便于作業。該系統主要由灰漿拌制設備、灰漿儲存設備和灰漿輸送設備組成。

5.2鉆機就位

鉆機就位后，對樁機進行調平、對中，調整樁機的垂直度，保證鉆桿應與樁位一致，偏差應在10 mm以內，鉆孔垂直度誤差小于1.5%.鉆孔前，應調試空壓機、泥漿泵，使設備運轉正常。同時，校驗鉆桿長度，并用紅油漆在鉆塔旁標注深度線，保證孔底標高滿足設計深度。

5.3引孔鉆進

把鉆機移至鉆孔位置，對準孔位用水平尺掌握機臺水平，立軸垂直、墊牢機架、鉆機的垂直度滿足精度要求，經技術人員驗測合格后方可開鉆。如果發現鉆機傾斜，則停機找平后再開鉆。鉆進過程中，遇到異常情況應及時查明原因，并采取相應措施。對地層變化、顆粒大小、硬度等要進行詳細記錄。鉆孔結束后，由技術人員進行質量檢查，合格后方可移位進行下一個孔的鉆進。

5.4下噴射管

將噴射臺車移至成孔處，先在地面進行漿、氣試噴，檢查各項工藝參數是否符合設計要求。檢查合格后，將噴射管下至設計深度，經現場質檢人員檢查認可后方可進行高噴灌漿施工。噴射過程中如果遇到特殊情況，比如漿壓過高或噴嘴堵塞等，應將噴射管提出地面進行處理，處理好后再進行施工。

5.5噴漿材料和制漿

采用325普通硅酸鹽水泥攪制漿，水泥應新鮮、無結塊。通過0.08 mm方孔篩的篩余量應不大于5%，每批次進場水泥必須有生產廠家的產品合格證，并根據有關規定進行抽查檢驗。旋噴樁必須滿足《建筑地基處理技術規范》（JGJ 79—2002），旋噴樁用水滿足《混凝土攪拌用水》（JGJ 63—89）要求，水灰比為0.8∶1.

按設計配比進行漿液攪制。在制漿過程中應隨時測量漿液比重，每孔高噴灌漿結束后要統計該孔的材料用量。漿液用高速攪拌機攪制，拌制漿液必須連續、均勻，攪拌時間不小于30 s，每次攪拌所用時間應控制在4 h以內。

5.6噴射提升

當噴射管下至設計深度時，開始送入符合要求的水泥漿。待注入漿液冒出孔口時，按設計的提升方式和速度自下而上提升，直至提升到設計的終噴高程。噴射過程中，值班技術人員應隨時檢查各環節的運行情況。以上操作應注意以下兩點：①接、卸換管要快，防止塌孔和堵嘴；②噴射因故障中斷，應酌情處理。如果發生機械故障，要盡力縮短中斷時間，及早恢復灌漿；如果中斷時間超過1 h，要采取補救措施；恢復噴射時，噴射管要多下至少0.3 m，保證凝結體的連續性。

5.7回灌

噴射結束后，隨即在噴射孔內進行靜壓充填灌漿，直至漿面不再下沉為止，保證高噴防滲墻固結后墻頂標高。回灌漿液一般采用鄰孔高噴冒漿靜壓充填。

5.8記錄

對施工中鉆孔、高噴灌漿的各道工序應進行詳細、及時、準確的記錄，且所有記錄需按要求使用統一表格。

6施工中的注意事項

在施工過程中，需注意以下兩點：①為保證高速公路的正常運行，在該地段處治中不得中斷太原東環高速公路的交通。同時，為了確保施工段不造成車輛擁堵，在白天施工過程中要保證開放一條半車道。如果遇車輛較多時，要根據實際情況調整封閉的車道寬度，避免造成擁堵。另外，晚間24時后，在保證安全的前提下，可以封閉兩條車道進行作業。②為確保施工現場人員和設備的安全，進入施工現場的所有人員必須身著統一的標志服，所有施工車輛必須安裝警示標志，施工單位必須安排安全員維持施工現場的秩序。

7整治效果

該工程于2012-08-03開工， 2012-09-16完工。經過一年的定期觀察可知，采用旋噴樁處理過的路基地段下沉得到了有效控制，沒有再繼續發展，達到了處治的預期效果，為太原東環高速公路的安全運行打下了堅實的基礎。

（下轉第80頁）