高壓旋噴樁在運營高速公路軟基沉降處治工程中的應用

(福建省高速公路有限責任公司漳州管理分公司，漳州363100)

高壓旋噴樁在運營高速公路軟基沉降處治工程中的應用

■陳春鳳

(福建省高速公路有限責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速的噴嘴將水泥漿連續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搭接的固結體。該技術雖已在市政工程地基處理中得到廣泛應用，但在高速公路軟基處理方面應用較少。本文以某高速公路運營過程中軟基段處治工程為例，從施工角度出發，對高壓旋噴樁單管法的施工過程要求及質量控制進行闡述，以期為同類工程提供借鑒經驗。

高速公路軟基沉降處治高壓旋噴樁質量控制

0 引言

隨著國家對基礎設施建設投入力度的加大，高速公路通車里程的日益延伸，某些軟基路段由于施工技術欠缺或管理不到位等原因，通車后發生不均勻沉降、跳車等病害，影響行車的舒適性和安全性。當前對于高速公路運營中出現軟基不均勻沉降的處治，最常用的做法是用瀝青砼面層進行調平處理，但這種方法無法從根本上解決軟基不均勻沉降問題，尤其對于終年沉降不穩定的軟基收效甚微。雖經調平，沉降仍在繼續發展，會出現頻繁調平的現象。為解決高速公路軟基在運營過程中出現不均勻沉降的問題，建設者們嘗試引進廣泛運用于市政工程的高壓旋噴樁地基處理技術[1]。

1 工程概況

某高速公路BK2347+980E～BK2348+150E路段處于軟土地基，建設時采用CFG樁復合地基處理技術。該路段于2012年5月建成通車后很快出現不均勻沉降，路面出現不平順、跳車等病害。2012年5月至2014年12月，養護單位先后三次對該段路面進行調平處理，由于沉降未穩定，路基不均勻沉降仍繼續發展。為準確了解現場情況，項目業主委托地質勘查部門對該段路基進行地質補勘。現場補勘資料顯示，本段軟基地勢較為平坦，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。根據地質勘查資料，通過查看原CFG樁設計樁長及施工記錄，發現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

為加快沉降穩定，進一步協調該路段沉降變形，保證道路使用質量及安全性，經原設計單位和專家研究，軟基處治主要采取以下處理方案：

(1)根據測量資料，CFG樁處理段落由于樁底淤泥層的存在，沉降將長期發展。經過綜合分析，決定采用高壓旋噴樁單管法[2]對BK2347+980E～BK2348+150E段落CFG樁的樁間軟土及樁底軟土進行加固，增強軟土強度及壓縮模量，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11～16m過渡變化，要求水泥土固結體強度的28天無側限抗壓強度大于2MPa。

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

3 高壓旋噴樁施工過程要求及質量控制

3.1 施工材料和機械設備的選擇

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

鉆機采用XP-20A型旋噴鉆機。該型鉆機采用全液壓技術，鉆進和施噴提升時使用無級調速模塊，可精確控制提升速度且速值保持穩定，保證施噴成樁質量。該型鉆機所需作業空間小，施工時操作方便，適用于本工程施工環境。

3.2 施工準備

(1)施工時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方式，施工前應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)根據施工平面圖要求，聯接施工用電、接通施工用水、開挖泥漿沉淀池。在施工作業面和行車車道分界處設置縱向防泥擋板，防止施工時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樁，以檢驗機具性能及施工工藝中的各項技術參數，包括最佳的灰漿稠度、工作壓力、鉆進和提升速度等。還應根據試驗樁的成樁情況及被加固土的性質，確定水泥摻入量，最終確定施工參數。

3.3 施工工藝及參數[3～4]

(1)樁位現場定位誤差不得大于50mm，若樁位與原CFG樁相沖突，可適當調整位置，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：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，旋轉速度20轉∕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，在兩側路堤坡腳開挖尋找出原CFG樁，從而測定原CFG樁位，最終測量待施工的旋噴樁孔位并用油漆標注在路面上。

(2)引孔。由于運營中的瀝青砼路面結構層厚且堅硬，在其上面施工旋噴樁時，旋噴鉆機無法鉆透堅硬的路面結構層，須用普通地質鉆機引孔，引孔直徑為11cm。

(3)鉆機就位。根據引孔后的孔位進行鉆機就位，要求將鉆頭對準孔位中心，同時鉆機平面應放置平穩、水平。

(4)水泥漿制備。根據施工速度選用高80cm、直徑110cm的泥漿攪拌桶拌合水泥漿液，配制時，先將水、水泥根據設計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。在預定的樁位鉆孔，以便旋噴桿放置到設計要求的地層中。

(6)旋噴。鉆孔到達設計深度時即可開始自下而上地進行旋噴作業，旋噴頭部邊旋轉邊上升。此時旋噴作業系統的各項工藝參數必須嚴格按照預先設定的要求加以控制，并隨時做好關于旋噴時間、用漿量、冒漿情況、壓力變化等記錄。

(7)沖洗。旋噴管被提升到設計標高頂部時，該孔的噴射即告完成，將卸下的旋噴管逐節拆下，進行沖洗，以防漿液在管內凝結堵塞。

(8)移動鉆機到下一孔位。

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 施工質量控制要點

為確保工程質量，一定要嚴格控制施工流程，重視每一施工環節。

(1)施工前進行對每個作業工人進行技術交底，讓他們熟悉機械設備操作規程、掌握各項施工參數的控制方法、明白施工質量要求內容。

(2)施工期間，應安排責任心強的工程技術員進行全過程旁站，重點監督鉆孔深度、鉆頭提升速度、高壓泥漿泵壓力和水灰比等設計參數。

(3)嚴格控制水泥漿配合比，水泥漿質量好壞直接影響水泥土固結體的強度，應把拌制好的水泥漿排往水泥漿池，清空攪拌桶再繼續拌制，杜絕邊拌制邊加水泥邊使用的作業方式。

3.6 施工注意事項

為進一步提升高壓旋噴樁的施工質量，在施工時應當注意如下幾點：

(1)施工時，對高壓泥漿泵要全面檢查和清洗干凈，防止泵體的殘渣和鐵屑存在；各密封圈應完整無泄漏，安全閥中的安全銷要進行試壓檢驗，確保能在額定最高壓力時段銷卸壓；壓力表應定期檢查，保證正常使用，一旦發生故障，要停泵機排除故障。

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

(3)高壓噴射旋噴注漿是在高壓下進行，高壓射流的破壞力較強，漿液應過濾，使顆粒不大于噴嘴直徑；高壓泵必須有安全裝置，當超過允許泵壓后，應能自動停止工作；因故需較長時間中斷旋噴時，應及時地用清水沖洗輸送漿液系統，以防硬化劑沉淀管路內。

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

(5)鉆機就位后，應進行水平和垂直校正，鉆桿應與樁位一致，偏差應在10mm以內，以保證垂直度正確。

(6)在旋噴過程中往往有一定數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%，可視為正常現象，超過者或出現不冒漿時，應查明原因，采取相應措施。通常冒漿量過大是有效噴射范圍與注漿量不適應所致，可采取提高噴射壓力，適當縮小噴嘴孔徑，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，縮短固結時間或增大注漿量，填滿空隙，再繼續正常噴射。

(7)鉆桿的旋轉和提升應連續進行，不得中斷；拆卸鉆桿要保持鉆桿伸入下節有100mm以上的搭接長度，以免樁體脫節。鉆機發生故障，應停止提升鉆桿和旋噴，以防斷樁，并應立即檢修排除故障；為提高樁的承載力，在樁底部1m范圍內應適當增加旋噴時間。作為端承樁應深入持力層2m為宜。

圖2 高壓旋噴樁高速公路軟基處理現場示意圖

3.7 質量檢驗

旋噴加固體在地下施工，屬于隱蔽工程。其質量檢驗可以采用開挖檢查、鉆取巖芯、標準貫入、載荷試驗或壓水試驗等多種方法進行。檢驗點的數量為旋噴孔數量的2%～5%，并不少于5個點。不合格者應進行補噴。樁的質量檢驗應在旋噴施工結束4周后進行。介于本工程特點，本工程選用巖芯取樣進行質量檢驗。巖芯取樣在已經成形的旋噴固體結體上鉆取巖芯，并將巖芯做成標準試件，進行室內物理力學試驗。經現場取芯試驗，水泥土結固體強度符合設計要求(試驗結果數據詳見表1)。

表1 芯樣抗壓結果

4 結束語

該段軟基采用高壓旋噴樁處治后，經過半年的運營觀察，沉降基本穩定，路面平順，沒有跳車現象，由此說明用高壓旋噴樁施工技術處理該段軟基是成功的。通過該項工程試驗成果，為解決運營中高速公路軟基出現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、質量容易控制、施工過程環保無污染，對節約養護資金具有重大的經濟和社會效益。因此，高壓旋噴樁技術值得在運營中高速公路軟基處治領域或公路工程建設領域推廣應用。

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

[2]顧伯祿.旋噴樁和攪拌樁符合低級設計探討[J].東南大學學報,1999 (S1).

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

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