閩贛界某高速公路不良地質施工方法分析

【摘 要】在高速公路建設過程中，遇到不良地質情況（如軟基、溶巖等）是普遍現象。為確保工程質量，應根據不同情況采用不同的施工技術和方案進行控制。本文通過具體實例，介紹了擠密砂樁、粉噴樁兩種主要軟基處理方法及質量控制措施。

【關鍵詞】不良地質；軟基；擠密砂樁、粉噴樁；高速公路

0.前言

隨著經濟發展的需要，高速公路建設穿山過嶺，覆蓋范圍不斷延伸。面對建設中遇到的不良地質特別是軟基問題，應引起足夠重視。

在軟土地區進行路基施工，要充分考慮路基的穩定性和建成后的剩余沉降情況。應通過地基處理技術解決軟土問題。當前，處理地基軟土技術有很多，各有特點和優勢，在具體施工中，要根據工程所在地質具體實際，確定合適的施工技術和方案，對施工各階段進行施工質量控制，確保工程達標。在此主要介紹擠密砂樁、粉體攪拌樁加固軟土的施工技術，兩種方法的優缺點作個比較。

1.具體工程介紹

閩贛界某高速公路合同段，長33.2km，根據工程勘察情況，其中有兩段軟土路基，樁號范圍分別為：K5+150～K6+355、K10+550～K11+705。地質鉆探數據表明，兩段軟土路基主要地層為淤泥及沙夾淤泥層，下層為殘積粘性土等。按設計要求，K5+150～K6+355段軟土層厚度為10～15米，采用粉噴樁進行地基加固，K10+550～K11+705段軟土層厚度為6～8米，采用擠密砂樁進行地基加固。

1.1擠密砂樁施工工藝及質量控制

本公路合同段擠密砂樁軟基路線長1.155公里，起止樁號為K10+550～K11+705，由于施工段淤泥層厚度不均勻，樁距也有所變化。本工程擠密砂樁樁距為1.1m樁， 樁徑0.5m；樁長控制在樁位5～8.5m之間，呈梅花形布置，樁總數為13090根；按設計規定，砂樁長度深入持力層內0.5m，單樁承載力不能小于300Kpa，復合地基承載力不能小于150Kpa。擠密砂樁軟基處理施工工期為3個月。

1.1.1擠密砂樁作用及原理分析

（1）擠密砂樁加固軟基，能起到以下三個作用：

①擠密作用：靠振動力將樁間土擠密，在擠密樁間土的過程中，砂樁本身也得到擠密。

②復合地基作用：由于密實的砂樁與樁間土共同構成復合地基，復合地基承載能力有較大的提高。

③排水通道作用：擠密砂樁與砂墊層共同組成一個良好的排水通道，通過路堤的預壓，使地基得到固結。

（2）施工原理。

按照設計深度和間距打套管的方法形成砂樁，將管中的砂從管底部帶有活瓣管靴的鋼管沉入地下預定深度，然后引入壓縮空氣，邊振邊提或提提停停，將管中的砂從管底端活門壓出并不斷補充，直至形成擠密砂樁體。

形成樁體后，透過地基土的橫向擠密作用力，減小土的壓縮性，提高土的抗剪強度，改善軟土的粘性和固結。

1.1.2擠密砂樁施工

（1）施工機械及材料要求。

①施工機械：振動沉管樁機。

擠密砂樁施工選用浙江瑞安振沖機械廠生產的DZ60KSA振動沉樁機，內置平底活頁式樁尖，并設有二次投料口，該機激振力為460KN，符合實際施工要求。根據機械能力安排6臺振動沉管樁機施工，可滿足工期要求。

②材料要求。

砂料控制：砂料進場前按驗標要求進行檢驗，要求為級配良好的中粗砂，其含泥量不得大于5%。用于擠密砂樁的砂材料不應含有土塊、有機物或其他有害物質。

（2）擠密砂樁施工工藝。

原地面清理→測量放樣→機具定位→樁管沉入→加料壓密→拔管→機具移位。

（3）施工過程。

①對樁位進行編號，以成樁先后為序，注明于布樁圖上，然后在場地上放線，用木樁定位，按序號施工避免張冠李戴。

②導管必須高出設計樁長3～5米，樁頭活頁平底式。

③樁機就位：首先檢查樁機的平整度和樁管的垂直度，檢查時采用全站儀按水平、垂直兩個方向進行檢查、調整，保證樁身的垂直度滿足驗標要求。進行樁位檢查時，套管橫向、縱向移動，使樁尖與樁位對中，樁位偏差滿足驗標要求。

啟動樁錘電機振動樁錘，使樁管下沉，套管下沉入土后，嚴格控制沉入深度，確保達到設計樁長。套管下沉過程中，應沿導向架，并始終保持同導桿平行，如發生套管偏斜須及時扶正套管。

④灌砂：套管插入到設計標高時，開始上料，上料時控制灌砂量，按照設計砂量的1.1～1.2倍進行灌入，若套管中一次裝不下所要灌入的全部砂量，可以在振動擠密過程中補足。向管內填砂的同時，向管內通入壓縮空氣，利于砂排出樁外，若排砂不暢通時，可適當加大風壓，但當撥管快撥出地面時，減少風壓，防止砂料外飄。

⑤撥管、樁管下沉：第一次把套管提升80-100cm，提升時樁尖自動打開，套管內砂料流入孔內。按規定速度降落樁管，振動擠壓15～20s（觀察料斗中砂料變化，如砂料不減少，說明樁尖沒有打開，要繼續提升套管，直到樁尖打開為止）。

⑥在孔口部位進行反插。同時，應在1m深度處進行額外的一次1米提出和再貫入。技術規范要求深度小于3米時套管的提出高度3米，再貫入深度2米。地面至深度3米位置套管的提出高度1.5米，再貫入深度1.0米。

⑦套管內部的砂高度與套管端部之間的距離應保持在超過1.5米。

⑧完成該樁灌砂量，套管提至地面，套管移到下一樁位。樁頭部位1m深度以內要釬探密實。

⑨在砂樁施工過程中如果遇到障礙物打不下去要及時向工程師上報，并在50厘米范圍內的鄰近位置重新打。如果在附近的位置繼續打樁，仍然與設計的不相符合，則請示工程師及業主的意見。

1.1.3質量控制

擠密砂樁施工不當或技術要領把握不住，極易留下質量隱患，嚴重影響處理效果。

（1）若灌砂量不足，砂的含水率不佳或加水量不足，就會引起成樁樁身密實度不足，引起疏松現象。因此要嚴格控制投砂量，樁管內的加水量必須充足。

（2）沉樁時樁管豎直度不夠，或受鄰樁振沖影響，容易引起已成砂樁傾斜。因此成樁時要經常校正樁管豎直度，相鄰樁應間隔跳躍施工，避免相互間震動影響。

（3）樁底空松或樁底端料少或無料會引起短樁，沉管時遭遇局部硬土層或孤石，處理不當也會造成樁長不夠。如果遇到土層或孤石，處理方法最好是即時停機，在樁位旁邊試打，確定硬土層范圍，然后考慮變更在領位樁；拔管前必須灌滿砂料，并留振1min。

（4）三次投料不合理，反插深度和次數有誤會都會引起砂樁縮徑，必須改變投料量比例，改變反差深度和次數以滿足要求。

（5）斷樁是施工中常見病害，造成的原因有反插深度有誤、塌孔、卡管活頁打不開等。要嚴格按工藝性試樁提供的技術參數及成樁步驟控制拔管高度和拔管進度，否則易出現斷樁，不能保證樁身的連續性。要經常整修活頁，使活頁開啟靈活打開，防止卡管。

（6）全過程實行旁站監督，嚴格控制樁身垂直度、樁位偏差、樁長及砂料灌入量，作好施工記錄，并按照驗標規定的檢驗數量和檢驗方法對其進行檢驗，確保樁的質量滿足設計要求。

（7）在施工過程中發現異常情況，應及時反映給工程師，并會同有關的技術人員協商處理。

1.1.4施工中出現的問題及處理

成樁施工完成后，發現出現隆起現象，高度約1.0～1.2m，表明土介質含水量增高，施工擾動土介質，土體強度下降。如不進行填土加載，復合地基功效不明顯。通過土體上方荷載作用，能使軟土地基承載力提高。

1.1.5施工體會

當我們在地表有硬殼且厚度達5～8m以上的軟土地段進行擠密砂樁施工時，發現效果理想，達到預期要求。

擠密砂樁具體價格實惠、原材料來源廣等特點，施工時沒有產生粉塵、噪音，對環境不會造成影響，其不足之處是預壓時比較長。

1.2粉體攪拌樁施工

本工程需要進行粉噴樁軟基處理施工的路段長1.205公里，起止樁號為K5+150～K6+355。

根據施工方案及設計要求，本工程粉體攪拌樁樁身的設計無側限抗壓強度為R28=0.8Mpa；R90=1.2Mpa。粉噴樁樁徑為0.5m；根據地質情況，樁距定為1.3m，樁長8.5～19m不等，穿透軟土層并深入持力層（粘土質礫石層）內0.5m，呈梅花形布置，樁基總數為13656根，施工工期為4個月。

1.2.1粉體攪拌樁作用及原理分析

（1）粉體攪拌樁作用。

利用固化材料可提高加固土的早期強度，大大縮短工期，由于固結屈服應力很大，故上部承重時，不會產生固結沉降。

（2）原理。

水泥粉噴樁主要原理是通過專用的粉體攪拌機械向軟弱土層注入水泥粉狀加固原料，讓加固材料與軟弱土混合、壓密，通過產生一系列凝聚、化學作用，達到強化樁基、提高復合地基承載力的效果。目前主要采用深層攪拌水泥粉噴樁技術對軟基進行加固。它通過粉體吸收軟土中的水分，將固化劑和原地基軟土就地攪拌混合，達到加固的目的。

1.2.2水泥粉噴樁施工

（1）主要施工機具及材料要求。

1）主要施工機具。

機具設備：噴粉樁機及配套水泥罐、灰罐及噴粉系統、空氣壓縮機等。噴粉樁機由液壓步履式底架、井架和導向加減壓機構、鉆機傳動系統、鉆具、液壓系統、噴粉系統、電氣系統等部分組成。根據機械施工能力，采用6臺PH-5B深攪鉆機，可滿足工期要求。

2）材料要求。

①噴粉使用的粉體固化劑為32.5級普通硅酸鹽水泥，水泥具有出廠質量保證單，確保在有效期內使用，并按規范抽檢頻率抽檢合格，嚴禁使用過期、受潮、結塊變硬的劣質水泥。

②粉噴樁加固土室內配合比試驗已完成，試驗配合比批復為：每延米水泥用量為55kg。

（2）施工工藝。

原地面整理→測量放樣→機具定位對中→鉆進→噴粉攪拌提升→復拌→機具移位。

（3）施工過程。

①定位：平整場地將攪拌機移到樁位調平機位、對中。

②預攪鉆進下沉：啟動攪拌鉆機，使鉆頭正向轉動鉆進勻速下沉至設計標高為止。

③噴粉攪拌提升，當深層攪拌機下沉到設計深度時開啟空壓機待氣粉混和物到達噴口時按確定的提升速度開動鉆機反鉆邊噴灰，邊提升攪拌機。

④重復攪拌：攪拌機噴灰反轉提升至原地面以下50cm時，關閉空壓機。為使軟土和固化劑攪拌均勻，再次將攪拌機鉆進下沉，直至設計深度，再將攪拌機按規定速度反轉提升出地面。

⑤移位，準備打下一根樁。

1.2.3質量控制

（1）做好粉體攪拌樁的質量控制，應從施工機械、加固料、施工工藝等方面進行分析與控制，并嚴格執行，以保證效果達到預期要求。

（2）在進行粉體攪拌樁施工前，應通過室內配合比試驗，確定施工所用噴粉量。

（3）水泥摻入量應依土樣天然含水量、孔隙比的不同而定。本工程經反復試驗，確定每為摻灰量45Kg、55Kg、65Kg均能滿足28d強度要求，實際施工摻灰量采用55Kg/m。

（3）每根樁開鉆后必須連續施工，嚴格控制噴灰及停灰時間，不得間斷，嚴禁在尚未噴灰的情況下進行提升作業，以確保粉體樁的長度。

（4）如有故障等原因而中斷噴粉應記錄中斷深度，必須進行復打，重打重疊段不小于1.0m。

（5）經粉體攪拌樁施工處理的地基，必須在施工完成30d后，才能進行填土及其它構造物的施工。

1.2.4施工體會

該施工方法的特點是能有效利用原土，攪拌時地基土側不會外擠，施工不會產生噪音、振動、污染。此外，加固后土體重度基本不變，不會產生沉降。

1.3本工程軟基處理方法技術分析

1.3.1擠密砂樁與粉體攪拌樁兩種軟基處治的技術比較詳見表1

表1 技術比較

由表1分析可以得出以下結論：

（1）依據施工工期要求，擠密砂樁預壓期要比粉噴樁明顯長，差不多近3倍。

（2）當路堤填至設計路槽高度后采用等載預壓，擠密砂樁沉降量明顯高于粉噴樁。

（3）粉噴樁的單樁承載力及復合地基承載力只要達到齡期后就能滿足設計與使用要求；而擠密砂樁必須在預壓排水固結完成后，才能達到設計與使用要求。

1.3.2由本段實測沉降觀測值（見表2）

表2 沉降觀測記錄

可以看出擠密砂樁的沉降量明顯高于粉噴樁。在相同的開始時間觀測（表中2月份），粉噴樁的沉降量在第7個月（表中8月份）基本穩定，而擠密砂樁的沉降量在第10個月（表中11月份）才基本穩定。

從目前省內軟基施工的情況來看，凡是采取排水固結方式處理軟基的，其固結時間均較長，大部分地段完工后繼續沉降，時間有的數年之久。因此從技術上比較，粉噴樁更能滿足高速公路的使用要求。

1.3.3兩種施工方法的經濟效益分析

通過本工程完成后，對比兩種施工方法的成本分析，得出以下結論：

（1）粉噴樁預壓期比擠密砂樁施工期短，能使工期減小，施工進度加快，使工程提早完成，盡早產生經濟效益和社會效益。

（2）從沉降量對比分析可發現，擠密砂樁沉降量比較大，導致土方成本增加，沉降量與土方成本成正比。

（3）從樁單價成本分析，粉噴樁比擠密砂樁高，但在相同面積時，擠密砂樁施工樁位布置比粉噴樁位置密。就本工程而言，雖然擠密砂樁單樁每米單價雖然比粉噴樁少，但單位面積樁的總價比粉噴樁高近40%，因此擠砂樁的造價明顯比粉噴樁高。

2.結束語

目前在高速公路建設中，通常采用擠密砂樁和粉噴樁作為治理軟基的施工方案。在制定道路軟基施工方案時，應充分考慮工程所在地的具體地質情況，特別是考慮預壓期、施工沉降量情況、每米樁長單價、處理后的地基承載力等多種因素。另外，還要進行技術與經濟的對比分析，經綜合研究后，確定合適的施工方案。

【參考文獻】

[1]公路軟土地基路堤設計與施工技術規范（JTGTD31-02-2013）.

[2]公路路基施工技術規范（JTGF10-2006）.