沿海地區砂樁堆載預壓路基處理技術研究

張燕禮

(中鐵十六局集團第五工程有限公司，河北 唐山 063000)

0 前 言

相比常規的施工場所，沿海地區工程具有施工難度大、地質環境復雜、土體水分含量高等特點，這些問題在不同程度上對路基工程施工造成了負面干預[1]。為了滿足在此種條件下的工程有序施工，本文提出一種針對軟基處理的堆載預壓技術，通過擠密砂樁，對含水量較低的松散地區進行回填，并形成一個有效的排水通道，提高路基土體的固結度，以使路基在處理后滿足承載力需求[2]。此次研究以濱海東大道工程為例，對路基處理技術展開進一步的設計與研究。

1 沿海地區砂樁堆載預壓路基處理技術設計

1.1 沿海地區軟基處理

1.1.1 砂樁施工

該項目施工范圍內的工程主要包括特殊地基處理水泥攪拌樁(114萬m)、高壓旋噴樁(1.1萬m)、砂樁(22.9萬m)(三個數據請核準？？)三種形式。根據設計資料可知本工程施工重難點為軟基處理，包括砂樁處理、水泥攪拌樁處理及高壓旋噴樁處理[3]。

在進行沿海地區砂樁堆載預壓路基處理時，軟基處理分布在全標段，其中高壓旋噴樁集中在前嶺立交段匝道橋引道大于3 m的懸臂擋土墻基礎段，樁徑0.5 m，間距分別為1 m、1.2 m、1.4 m、1.6 m；水泥攪拌樁集中在前嶺互通立交至蓮河大橋段及橋臺后側20 m范圍，樁徑0.5 m，普通段落間距1.1 m，橋臺后20 m范圍為加密段，間距1 m；砂樁集中在蓮河大橋至標尾段落，即K7+860—K8+620段，樁徑0.5 m，間距1.8 m[4]，正方形布置，采用砂樁+堆載預壓處理。砂樁軟基處理段應按如圖1所示流程完成。

在按照圖1所示的流程進行砂樁施工，施工時應嚴格按照施工工序，防止后續施工過程對已施工地基處理樁的影響。本項目周邊項目建設時應考慮本項目的地基處理情況，防止對本項目產生不利影響。

圖1 砂樁軟基處理段砂樁施工流程示意圖

1.1.2 水泥攪拌樁施工

針對除特殊地基以外的正常段路基，還需采用雙向水泥土攪拌樁結構實現對其軟基的處理。將樁結構橫截面直徑設置為0.5m，兩個相鄰樁結構的間隔為1.1 m，以正方形結構布置[5]。針對該工程項目中的具體標段，針對K6+200—K7+660段，由于這一標段屬于一般路基段，可采用傳統水泥攪拌樁處理的方式完成布置；針對K7+660—K7+687、K7+837—K7+860、K8+620—K8+645段，均屬于橋頭段，同樣采用水泥攪拌樁處理[6]。除此之外，A匝道路基段位于吹填區，采用雙向水泥土攪拌樁，樁徑0.5 m，正方形布置，樁間距1.0 m；B匝道路基段采用雙向水泥土攪拌樁，樁徑0.5 m，正方形布置，樁間距1.1 m；NF輔道路基段和路基擋墻段采用雙向水泥土攪拌樁，樁徑0.5 m，正方形布置，樁間距1.1 m。攪拌樁軟基處理段應按如下步驟進行施工：場地平臺整平→打樁施工→開挖至樁頂，回填樁頂墊層和路基土至路床頂→沉降監測穩定后，反開挖施工管線等結構物。

1.1.3 高壓旋噴樁施工

在本文上述提到的工程項目中，前嶺互通立交處匝道橋引道懸臂式擋土墻下采用旋噴樁處理，旋噴樁采用旋噴鉆機施工。高壓旋噴樁施工平面布置示意圖如圖2所示。

圖2 高壓旋噴樁施工平面布置示意圖

按照圖2中高壓旋噴樁施工平面布置所示的內容，旋噴樁處理樁徑0.5 m，間距1.6 m，梅花型布置，旋噴樁固化材料采用P.O42.5級普通硅酸鹽水泥，水灰比(1.0～1.5)∶1.0。具體位置如下所述：B匝道與機場快速路交叉段受凈空限制采用高壓旋噴樁施工，樁徑 0.5 m，正方形布置，樁間距1.4 m；B匝道路基擋墻，采用高壓旋噴樁施工，在墻高超過3 m的區域范圍內同樣按照樁徑0.5 m、樁間距1.0 m的方式完成布置；C匝道和D匝道路基擋墻，墻高大于3 m的區域范圍內同樣采用高壓旋噴樁施工，此時將樁間距設置為1.1 m[7]。NF輔道與機場快速路交叉段受凈空限制采用高壓旋噴樁施工，樁徑0.5 m，樁間距1.6 m；SF輔道與機場快速路交叉段受凈空限制采用高壓旋噴樁施工，樁徑0.5 m，正方形布置，樁間距1.4 m。

1.2 砂樁堆載預壓土工格柵鋪設施工

完成上述沿海地區軟基處理后，需要將既有舊路面破碎并挖除后，清理表面的浮土及旋噴樁施工范圍內的表層雜填土，進行場地碾壓、平整，并在此基礎上實現對砂樁堆載預壓路面的土工格柵鋪設施工。對超過設計樁頂部標高的結構采用放線切樁處理，并按照設計圖紙中要求的內容，鋪設厚度為0.5 m的碎石墊層，同時在該結構當中夾有2層土工格柵。為了避免在完成施工后出現橋頭跳車現象，或出現沉降問題，影響整體施工質量。還需要對臺后路基填土施工采用鋪設土工格柵的方式進行加固[8]。在鋪設土工格柵時，應當按照從下往上的順序鋪設，最底層土工格柵需要鋪設在原地面位置上，最頂層土工格柵需要鋪設在路面結構下層15～20 cm范圍內的位置上，長度不小于20 m。針對土工格柵材料的選擇，根據本文實際工程項目，選用雙向異型高強聚酯纖維材料的土工格柵，選擇極限抗拉強度為40 kN/m和100 kN/m兩種。在選擇土工格柵的生產廠商時，必須保證產品具備相應的合格證明。同時，在使用土工格柵時，為了保證其實際應用效果，還需要按照一定比例，完成對土工格柵的送樣試驗，驗證材料在垂直方向上的抗拉強度以及延伸率。

在完成對土工格柵材料的選擇后，需要將其鋪設在完成舊路面挖除的地面以及每個填土表層上。同時，每一層之間的鋪設間距應當設置在30～40 cm。在鋪設的過程中采用“U”形結構，將土工格柵拉緊、展平，并將其完全固定在下伏土層上。在完成上述操作后，需要對實際效果進行檢驗，確保土工格柵鋪設層與層面充分緊密貼合，沒有褶皺扭曲或鼓包問題的產生。同時，將土工格柵按照垂直方向長度為15～20 cm的要求完成搭接，并確保其水平方向上的搭接長度不小于15 cm。

1.3 路基基槽碾壓填筑施工及臺背填土施工

完成上述相關工作后，進行路基基槽碾壓填筑施工，其中基槽施工示意圖如圖3所示。

圖3 基槽施工示意圖

在進行基槽施工與路基填筑時應注意，此項施工行為需要在挖除換填部分做好路肩后再進行作業，對應施工行為應按照“三→四→八”的步驟實施。其中，“三”表示“三階段”，對應的三個階段分別為工程施工準備階段、工程施工階段、工程簽證階段；“四”表示“四區段”，對應的工程四個施工區段分別為填筑區、攤鋪區、碾壓區、檢驗區；“八”表示“八流程”，即工程施工需要按照分層施工的順序實施，依次為采用工程自卸車輛進行運輸填料的裝卸→進行路段清障處理并對路基中的擋土墻進行施工→對路基層進行分層填筑→對路基進行灑水處理→攤鋪路基施工材料后對路面進行整平處理→使用大型壓路設備進行施工現場的碾壓與夯實→檢驗簽證→整修路基后的成型處理。

在完成對路基基槽碾壓填筑施工后，針對臺背結構，采用透水性較強的材料——沙礫對其進行回填壓實處理，這一操作與路基填筑同步進行。在具體施工過程中，需要確保各個結構物在無損的狀態下進行。同時，針對填土壓實過程中，壓路機無法接觸的位置，需要利用小型機動夯具或在監理工程師同意的情況下，采用其他方式完成壓實。

2 應用效果分析

上文完成了對沿海地區砂樁堆載預壓路基處理技術的理論設計與研究，考慮到此項技術的可靠性將直接關系到工程竣工后質量驗收結果與施工成果有效使用年限，有必要在完成設計后，對設計的處理技術在實際應用中的可行性進行檢驗。

為了確保實驗的真實性，選擇濱海東大道三標段路基工程施工項目作為實驗區，在實驗前，需要調派勘查人員到施工現場，進行工程施工環境、地質條件等相關信息的獲取。綜合技術人員反饋的數據可知，此次實驗選擇的施工區段全長約8.7 km，路面可用寬度約為60.0 m。本項目采用一次規劃設計、分期實施的施工方式進行，將近期施工目標設定為“區段一級公路與多條主干道施工”，將遠期施工目標設定為“輔助路段與快速道路施工”。近期實施地面層道路、翔安東路下穿及前嶺互通等部分節點工程，預留路中實施高架橋條件，遠期提升完善為城市快速路。本次工程標段為翔安東路—蓮河段工程三標段，施工范圍為K5+500—K8+710.993，長度為3.21 km，其中橋涵工程主要包括互通立交橋1處(包含匝道橋梁8座，正線橋梁1座)、正線大橋1座、中橋1座、慢行橋1座和人行梯步橋2座，人行通道2座；路基工程主要包括特殊地基處理水泥攪拌樁(114萬m)、高壓旋噴樁(1.1萬m)、砂樁(22.9萬m)(三個數據請核準？？)三種形式，砂碎墊層11.9萬m3；路基施工段中的土石方施工(不含地基處理部分土石方)包括挖方43.8萬m3，填方約33.0萬m3。管道及海綿工程主要包括雨水工程、海綿城市、污水重力管道、污水壓力管道、拉管、基槽工程，其中基槽工程中土方開挖22.6萬m3。鋼板樁防護及支撐20.6萬t。

完成對施工路段基礎信息的獲取后，按照本文設計的施工流程，對標段施工區域進行場地打樁、確定打樁順序與樁位的標準化測定、調整樁機就位，確保裝置在施工區域中呈現垂直狀態。完成對施工現場的調試與集中布置后，按照標準的路基處理流程進行施工作業。完成對標段路基的施工處理后，設計標準的貫入試驗。此試驗是施工現場中一種較為常用的土體性質試驗方法，試驗主要通過動力探觸原理，在施工現場進行地基承載力的測試。目前，此試驗已被我國列入了《國家標準建筑工程地基施工設計規范》文件中。試驗前在標段中隨機選擇若干個具有代表性的試驗點，使用重量約為65.0 kg的重錘，對砂樁進行自由落體錘擊，控制錘擊的落距為76.0 cm即可，預設一個砂樁鉆入土層的長度，當樁體達到鉆進深度時，根據錘擊的次數，判別沿海地區路基經過處理后的密實度。判別標準見表1。

表1 密實度判別標準

在掌握沿海地區路基土層密實度處理標準后，對選擇的試驗點進行標準貫入試驗，記錄不同測試點的錘擊次數，并將得出的錘擊次數作為評價本文設計路基處理技術有效性的評價指標，以此種方式完成此次實驗。統計實驗結果，將技術人員與現場監理人員整理的實驗數據繪制成表格，見表2。

表2 實驗結果

對接表1與表2后可以得出，在K5+500—K8+710.993標段中隨機選擇的7個試驗點，經過標準貫入實驗測試后，統計的有效錘擊次數為30.0±2.0次，證明經過本文提出技術的處理后，路基土體的密實度呈密實狀態與中密狀態(該數值對應的是稍密或松散狀態？？請核實)。說明了本文設計的沿海地區砂樁堆載預壓路基處理技術，在實際應用中，可以提高路基結構的密實度，從而達到提升路基承載力的效果。

3 結束語

本文從四個方面，完成了對沿海地區砂樁堆載預壓路基處理技術的研究，并在完成設計后，通過標準的貫入實驗，證明了此方法在實際應用中可以提高路基結構的密實度，從而達到提升路基承載力的效果。在后續的研究中，為了滿足工程的信息化發展，可選擇合適的BIM軟件進行建模及施工管理應用，對符合施工工序的模型進行拆分，并結合工程需求進行必要的施工數據錄入，施工BIM技術應用宜涵蓋施工過程中各個階段、各項施工組織管理工作，必要時可采用專業監測儀及在線實時監控云平臺對施工過程進行評價與分析，確保工程質量達標。