高速公路工程軟基處理中粉噴樁加固技術要點研究

摘要 文章以高速公路軟基段施工為例，引入粉噴樁加固技術，根據實際工程情況制定了相應的施工流程方案，并且對粉噴樁加固效果進行了檢測，結果如下：在案例工程K3+200～K3+750段粉噴樁施工作業后，設計荷載、最大試驗荷載與預期方案一致，同時粉噴樁的累計總沉降處于15.83～21.86 mm之間，回彈率為38.7%～51.4%，符合工藝要求；粉噴樁的抗壓極限承載均為130 kN，滿足加固設計參數要求。

關鍵詞 高速公路；軟基；粉噴樁；加固施工

中圖分類號 U416 文獻標識碼 A 文章編號 2096-8949（2024）16-0094-03

0 引言

在高速公路軟基處理中，粉噴樁加固技術是一種常用的措施，該技術需要嚴格控制各項參數，如鉆進速度、噴粉量、提升速度等，以確保施工質量。與此同時，還應針對施工中的各項數據進行記錄和分析，從而及時發現與解決問題。合理應用粉噴樁技術，能夠減少施工后沉降，提高地基承載力，提升軟土地基的應用效果，對于公路的安全高效使用具有重要意義。

1 工程概況

該文以某高速公路中軟土地基施工段為例，該施工段全長6.4 km，具體分為K3+200～K4+907.105標段與K4+907.105～K6+404標段。該區域原為稻田、魚塘，整體地形跨越度較大，且地質、水文條件復雜。為保證公路整體質量，針對案例路段軟基采用粉噴樁加固技術，并且在施工完畢后進行相關檢測。

2 粉噴樁加固技術施工流程與設計計算

2.1 粉噴樁施工流程

在公路軟基進行粉噴樁施工，首先需要對場地進行整平處理，然后根據施工方案開展放線定位，明確各樁位置與組合樁類型。鉆進施工前，還應保證鉆機對位與調平，開鉆后逐步推進到設計孔底，然后噴繪攪拌提升，直至設計樁頂，之后應根據樁基混料情況進行復攪。粉噴樁加固技術施工流程如圖1所示。

2.2 粉噴樁承載力計算

為驗證粉噴樁加固技術的應用效果，應針對樁的承載力進行設計計算，使其與施工方案參數一致。在實際施工中，通過現場單樁荷載試驗，并根據樁基與周圍土壤的摩擦力及抗力等進行計算：

式中，up——粉噴樁的周長（m）；qsi——樁周圍土壤的側摩擦阻力（Pa）；li——樁周圍土壤的土層厚度（m）；a——樁段地基承載力的折減系數；qp——樁端土層沒有修正的承載力數值（kPa）；Ap——粉噴樁加固區域的截面積（m2）；η——樁身強度的折減系數；fcu——常規養護條件下水泥試塊的抗壓強度數值（MPa）。將各類數值匯總計算，就能推導出粉噴樁承載力。

針對復合地基區域粉噴樁承載力進行設計計算，公式如下：

fsk=m+β（1?m）fspk （3）

式（3）中，m——粉噴樁與土體的置換率（%）；β——粉噴樁之間的土體承載力的折減系數；fsk——復合地基下臥層的承載力特征值（kPa）。

粉噴樁加固設計中還應對穩定性進行驗算，根據復合地基穩定度、粉噴樁承載力、土體應力等數值進行綜合計算，同時還應考慮樁體的剪切破壞問題，計算公式為：

τp=ητp+（1?η）τs （4）

式（4）中，η——粉噴樁與周圍土層的置換率（%）；τp——粉噴樁抗剪強度（MPa）；τs——樁基周圍土體的抗剪強度（MPa）。這樣可根據粉噴樁預期方案與設計數值，逐步推導樁基置換率、抗剪強度、復合地基承載力以及地基穩定性等。粉噴樁復合地基設計步驟及內容見表1所示。

3 高速公路軟基處理中粉噴樁加固技術要點

3.1 施工準備

在粉噴樁加固施工準備階段，需要做好各類材料的質量檢查，還應保證機械設備的正常運行，如主要施工材料水泥、石灰、固化劑等，都需要確認是否符合工藝要求，且硅酸鹽水泥不可受潮與結晶，否則會影響施工質量。與此同時，還應準備空壓機、粉噴樁鉆進設備，根據軟基施工情況制定準備方案，如軟土地基的土質、沉降性、承載能力以及富水情況等，這些因素都需要考慮。各項指標審核完畢后，應對施工團隊進行技術交底，使工作人員掌握粉噴樁技術要點，還應根據粉噴樁試驗結果，對水泥配合比與細節摻量進行調整，確保水泥無側限抗壓強度滿足施工要求[1]。此外，還應保證粉噴樁施工機具滿足要求。粉噴樁施工機具準備情況如表2所示。

3.2 場地處理與放線定位

施工場地處理主要是對軟基表層進行規范化處理，具體工作內容有調整排水設施，清理軟基表面的雜草、垃圾、廢棄物等。當軟基中存在低洼地域時，還應根據土質情況進行填土作業，隨后對軟基表面進行碾壓處理，使地面的承載力與平整度符合軟基施工標準，為后續粉噴樁施工奠定基礎。尤其是在軟基壓實階段，應保證整體壓實度≥85%。

場地處理完畢后應進行放線定位，以確定粉噴樁鉆進位置，該環節應借助相應儀器，工作步驟如下：

（1）利用全站儀等設備進行定樁測量，同時用水準儀確定粉噴樁的標高。

（2）根據鉆進區域的地質情況，對軟基區域進行特殊標注，加強對軟基區域鉆進作業的質量檢測[2]。

（3）反復檢查定樁后各樁之間的距離，根據預期施工方案進行校對，控制各樁距離的測量誤差，具體為誤差值≤5 cm。

（4）開展鉆進作業前還應進行成樁試驗，明確粉噴樁的規范性，測試過程中應進行不少于5根的鉆進檢測，整個過程需詳細記錄軟基的變化情況，之后對成樁數據進行綜合討論，判斷預期方案的可行性，這樣可以從根源避免施工質量問題，同時為后續鉆進施工提供規范性的步驟標準[3]。

3.3 鉆進作業

粉噴樁鉆機就位前，應根據成樁測試結果進行合理調整，復測樁位，避免鉆進施工中的樁位移動。鉆機就位過程中還應規范安裝鉆機，對鉆機水平高度進行檢查，確保鉆機處于水平穩定狀態。此階段操作人員應通過水準儀與全站儀檢測鉆桿的垂直度，將垂直誤差控制在1.5%以內，并且對鉆機支座處安裝鋼板加固，進一步提升設備的穩定程度。該文以案例工程K3+200～K3+750段粉噴樁加固設計方案為例，根據該施工段軟土地基組成情況及承載力，制定相應的鉆進設計參數，具體如表3所示。

根據表3情況可知，該施工段軟基地層由人工填土、種植土、中砂、粉質黏土、淤泥黏土以及粗砂組成，各層的承載力情況分別為180 kPa、165 kPa、130 kPa、140 kPa、70 kPa、150 kPa；各層壓縮模量分別為4.7 MPa、5.4 MPa、14.0 MPa、5.6 MPa、2.0 MPa、13.0 MPa；基地摩擦系數分別為0.30、0.28、0.34、0.26、0.21、0.36。由于壓縮模型、重度、土層黏聚力不同，導致鉆孔側摩擦力與鉆孔成端摩擦力產生差異，同時在鉆進過程中還應考慮基地摩擦系數。

粉噴樁鉆進施工應依靠空氣壓縮機與鉆進電機共同完成，鉆進中應準確控制設備的工作狀態，保證鉆進設備的均勻、恒速施工，設備電壓與電流應分別保證380 V與80 A，具體鉆進要求如下：

（1）鉆桿的轉速應控制在45～70 r/min之間，鉆進速度控制在2.8 m/min以內，隨著鉆桿逐漸接近孔底，鉆速應持續降低，最終減速至0.8 m/s，然后進行反轉提升。

（2）按照三角定點方式完成樁體的固定，按照施工規范進行鉆進作業，鉆進中應保證噴射裝置的通暢度，避免產生堵塞問題而影響施工質量[4]。

3.4 粉噴成樁

粉噴成樁是軟基粉噴樁加固施工的重要環節，直接影響工程整體質量，具體施工內容如下：

（1）應嚴格按照成樁測試標準檢查水泥用量，同時將噴粉量控制在35～60 kg/m之間，攪拌環節的水泥用量應偏多于成樁水泥總量。

（2）噴粉作業時，嚴格遵守平穩均勻的原則，保證軟土與水泥的充分混合。

（3）使用水泥、石灰與其他加固劑時，應重視噴粉壓力控制，具體為將送粉壓力控制在0.25～0.4 MPa之間，當鉆機提升至距樁頂部30 cm時應停止噴粉作業。

（4）粉噴完成后還應持續進行攪拌工作，通過復拌使軟土地基、水泥、固化劑充分融合，以提高整體穩定度。

（5）粉噴樁施工中如發現不合格的樁，應重新進行鉆進與粉噴作業，直至全部合格為止。

（6）粉噴成樁完畢后，應對各施工段沉降監測數據進行匯總，判定粉噴樁加固的初期效果。綜合分析處理前后的沉降差異數值與樁長度情況，為后續施工提供參考。

在案例工程施工中，K3+200～K3+750段的粉噴樁工程量情況如表4所示。

根據表4監測結果可知，在案例工程K3+200～K3+750段中，采用的粉噴樁長度為9～15 m，未進行粉噴樁加固前的沉降量為29.0～54.0 cm。經過粉噴成樁處理后，該路段的沉降量為6.0～9.0 cm，側面反映了粉噴樁技術的加固效果。

3.5 質量檢驗

當工程軟基粉噴樁加固施工完畢一段時間后，還應針對粉噴樁再次進行質量檢測，通常是采用靜荷載試驗或者鉆孔取芯檢測的方式，此外還可采用標準貫入式檢測法，采取定性與定量相結合方式，根據粉噴樁試件的各項檢測數值進行綜合評定，進而為后續施工提供數據支持。

4 粉噴樁加固技術應用效果分析

為驗證粉噴樁的加固效果，在施工完畢后隨機選出10個樁，針對承載力情況進行檢測，歸納總結各粉噴樁的樁徑、樁長、累計沉降、設計荷載、最大試驗荷載以及抗壓極限承載等數據，具體如表5所示。

根據表5檢測結果可知，在案例工程K3+200～K3+750段粉噴樁施工作業后，設計荷載、最大試驗荷載與預期方案一致，同時粉噴樁的累計總沉降處于15.83～21.86 mm之間，回彈率為38.7%～51.4%，符合工藝要求。最后，粉噴樁的抗壓極限承載均為130 kN，滿足加固設計參數要求。

5 結論

綜上所述，在公路軟土地基段應用粉噴樁加固技術，能夠加強傳統樁基應用質量，避免施工中與后續的沉降情況，對于施工質量具有良好的促進作用。該文以具體工程為例，首先提出粉噴樁加固技術流程，明晰樁承載力的計算過程。其次介紹公路軟基處理中粉噴樁的加固技術要點，最后對施工成果進行檢測。具體結果如下：施工段粉噴樁的設計荷載、最大試驗荷載與預期方案一致，粉噴樁的累計總沉降處于15.83～21.86 mm之間，回彈率為38.7%～51.4%，符合工藝要求；粉噴樁的抗壓極限承載均為130 kN，滿足加固設計參數要求，能夠保證案例工程的順利開展。

參考文獻

[1]王懷才，鄒國春，鄒昕圻，等.智能化雙向攪拌粉噴樁技術在公路軟土地基處理中的應用與研究[J].科學技術創新，2023（25）：172-175.

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[4]呂建偉.公路養護中路基路面維修的軟基處理技術分析[J].黑龍江交通科技，2021（6）：20+22.