太原東山高速公路路基加固應(yīng)急處治設(shè)計(jì)

劉曉梁

(山西省交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)院)

1 引言

目前，我國(guó)的高速公路建設(shè)日新月異，在修建高速公路的過程中經(jīng)常會(huì)遇到軟弱地基的處理問題。高壓旋噴樁技術(shù)在我國(guó)的高速公路工程地基處理的應(yīng)用中，已逐步趨于成熟，尤其在處理軟弱地基的路基病害方面，此方法顯示出卓有成效的作用。在工程建設(shè)的過程中恰當(dāng)應(yīng)用旋噴樁技術(shù)，可以縮短工期，提高施工效率，保證工程質(zhì)量，降低工程造價(jià)。

本文研究對(duì)象為山西太原東山過境高速公路，該路段已運(yùn)營(yíng)多年，在持續(xù)降雨后出現(xiàn)路基下沉并塌陷。經(jīng)地質(zhì)勘探，路基破壞路段地基為軟塑～流塑狀濕軟土體，而高壓旋噴樁施工技術(shù)可有效的處理濕軟地基問題，且可以縮短工期，為及早通車贏得時(shí)間。故針對(duì)該路段的路基病害問題采用了旋噴樁技術(shù)，本文對(duì)處理過程中的各階段進(jìn)行了詳細(xì)分析，并提出具體的處理和實(shí)施方案。

2 工程概況

由于持續(xù)降雨導(dǎo)致山西太原東山過境高速公路K23+395～K23+475段發(fā)生路基沉降，對(duì)該路段采用調(diào)查、物探和鉆探三種方法進(jìn)行了綜合勘察，探明在該段路基左、右幅沉降和塌陷的嚴(yán)重程度有所不同。

左幅路基全斷面均有明顯沉降，沉降路段的巖性以粉土為主，0～24 m深度范圍內(nèi)土體普遍濕軟，中密，含水量為18% ～24.6%，飽和度為75% ～90%之間，呈軟塑～流塑狀。在K23+461處形成一個(gè)橢圓形塌陷坑，長(zhǎng)軸長(zhǎng)4.2 m，短軸長(zhǎng)3.6 m，深度約2 m，面積約15 m2。K23+397～K23+405段路基路面之間也存在脫空現(xiàn)象，空隙高度達(dá)1.2 m。

右幅路基斷面僅有部分路基出現(xiàn)明顯沉陷。沉陷路基土巖性也為粉土，0～15 m深度范圍內(nèi)土體較濕軟，含水量在15.9% ～22.8%，呈硬塑～可塑狀。K23+447處右側(cè)5 m處為脫空區(qū)，脫空區(qū)呈圓形，直徑3 m，脫空深度約1.6 m。

3 病害原因分析

通過地質(zhì)勘探與野外調(diào)查分析，該段路基所處地形位于低洼處，屬于填方路基段。由于在施工中壓實(shí)度不夠，且多日的連續(xù)降雨，排水不暢，路基浸水導(dǎo)致基底濕軟，重型車輛的不斷碾壓，造成路基沉降，脫空。

4 病害綜合處治

4.1 脫空區(qū)充填

為了加快施工進(jìn)度，節(jié)約時(shí)間，對(duì)于脫空區(qū)采用商品混凝土充填，商品混凝土型號(hào)采用C35，分別對(duì)左幅K23+461塌陷坑、K23+397～K23+405段脫空區(qū)以及右幅K23+447處脫空區(qū)進(jìn)行充填，消除空洞，并振搗密實(shí)。

4.2 旋噴樁處治軟基方案

(1)處治范圍及方法

針對(duì)K23+395～K23+475段左右幅路基的不同沉降程度，分別采取不同的處理方案。

左幅路基整體出現(xiàn)沉陷，0～24 m深度范圍內(nèi)土體呈濕軟狀態(tài)，因此采用單管高壓旋噴樁進(jìn)行加固處理，處治長(zhǎng)度80 m，左幅處治寬度為15 m(整幅路面)，處理深度為12～24 m。

右幅路基僅有部分路基出現(xiàn)沉陷，0～15 m深度范圍內(nèi)土體較軟，對(duì)右幅原有路基進(jìn)行加固處治，也選用單管高壓旋噴樁進(jìn)行加固處理，處治長(zhǎng)度為80 m，處治寬度12 m，處治深度10～18 m。

(2)旋噴樁設(shè)計(jì)

在設(shè)計(jì)中，旋噴樁樁徑取600 mm，固結(jié)土強(qiáng)度要求達(dá)到3 MPa。通過工程類比法可知樁間距為樁徑的2～3倍時(shí)，樁和土體共同作用效果最佳，可最大程度提高地基承載力，故采用1.5 m的孔間距，以梅花形布置。左幅第一排位于路面東，邊界靠?jī)?nèi)側(cè)1 m，共11排，排距1.3 m，樁數(shù)583根，樁長(zhǎng)12～24 m;右幅第一排孔中心距隔離帶0.5 m，共計(jì)7排，排距1.3 m，樁數(shù)376 m(含脫空區(qū)補(bǔ)加的5跟樁)，樁長(zhǎng)10～18 m。左右兩幅的樁位布置滿足了該段路基脫空段的處理要求，同時(shí)進(jìn)一步加固了周邊路基。

圖1 梅花形布置樁位圖

①施工工藝參數(shù)

旋噴樁注漿材料選用雙液漿，可提高土體的固結(jié)速率，防止噴射注漿過程中路基產(chǎn)生臨近的附加變形，造成處理段與正常段相接之處路面與路基再次脫空。水泥選用42.5#普通硅酸鹽水泥，水灰比為0.8∶1，再添加2% ～4%水玻璃早強(qiáng)劑。注漿壓力設(shè)定為20～23 MPa，漿液流量80 L/min，注漿管噴嘴孔徑2～3 mm;注漿管提升速度0.25 m/min，注漿管旋轉(zhuǎn)速度20 r/min。

注漿量采用噴量法進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算公式為

Q=(H/v)q(1+β)

式中:Q為漿量，m3;H為噴射長(zhǎng)度，m;q為單位時(shí)間噴漿量，m3/min;β為損失系數(shù)，通常 0.1～0.2;v為提升速度(m/min)。

②固結(jié)體頂部與原有路面結(jié)構(gòu)層間空隙消除措施

在漿液與土攪拌混合的凝固過程中，由于水泥漿液的析水作用，一般均有不同程度的收縮變形，會(huì)造成在固結(jié)體邊部與原有路基交界處產(chǎn)生空隙。本加固方案不設(shè)褥墊層，為了消除固結(jié)體邊部與原有路基、路面結(jié)構(gòu)層間可能產(chǎn)生的空隙，采用兩次注漿的方法，即旋噴注漿完成后，在原旋噴孔位上，進(jìn)行二次注漿，漿液配合比仍選用0.8∶1。

4.3 施工工藝設(shè)計(jì)

(1)施工準(zhǔn)備

在施工機(jī)械，人員正式進(jìn)場(chǎng)前，合理布置施工場(chǎng)地，尤其是存儲(chǔ)水泥的場(chǎng)所要就近置于漿液伴和站處。然后根據(jù)設(shè)計(jì)文件要求的樁位坐標(biāo)，布設(shè)樁位，并打樁標(biāo)記，用白漆標(biāo)注，一樁一標(biāo)注，其誤差不大于5 cm。

在旋噴樁施工過程中將會(huì)產(chǎn)生10%～20%的返漿量，在高速公路兩側(cè)低洼處設(shè)置沉淀池，設(shè)置簡(jiǎn)易排水溝，將廢漿液導(dǎo)流，引入沉淀池中。

(2)引孔鉆進(jìn)

在鉆孔前首先應(yīng)調(diào)試空壓機(jī)、泥漿泵等設(shè)備是否運(yùn)轉(zhuǎn)正常，然后把鉆機(jī)移至樁位，墊牢機(jī)架。鉆機(jī)就位應(yīng)保持鉆桿垂直，對(duì)中孔位，保證鉆桿應(yīng)與樁位一致，偏差應(yīng)在10 mm以內(nèi)，用水平尺對(duì)鉆機(jī)進(jìn)行調(diào)平，鉆孔垂直度誤差小于1.5%。鉆機(jī)的對(duì)中及垂直度滿足精度要求后，經(jīng)技術(shù)人員驗(yàn)測(cè)合格后即可開鉆。在鉆探過程中，應(yīng)保持鉆桿垂直，如傾斜，則停機(jī)整平對(duì)中中后再開鉆。鉆孔結(jié)束后，由質(zhì)檢人員檢查鉆探深度是否達(dá)到設(shè)計(jì)值，檢查鉆桿垂直度是否滿足精度要求。檢查合格后，移動(dòng)鉆機(jī)，進(jìn)行下一個(gè)孔的鉆進(jìn)。

(3)噴漿材料

采用42.5普通硅酸鹽水泥按0.8∶1的配比攪拌漿液，并加入早強(qiáng)劑。在制漿過程中計(jì)算水泥用量和早強(qiáng)劑用量，保證漿液的制作符合設(shè)計(jì)的配合比，并統(tǒng)計(jì)材料用量。用高速攪拌機(jī)攪制漿液，漿液必須連續(xù)均勻，且在注漿過程中保持勻速攪拌，防止?jié){液沉淀。

(4)下噴射管

將注漿臺(tái)車移至成孔處，先在地面進(jìn)行漿液試噴，檢查各項(xiàng)工藝參數(shù)是否符合設(shè)計(jì)要求，然后將噴射管下至孔底，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)質(zhì)檢人員檢查認(rèn)可后，并保證閑散人員遠(yuǎn)離注漿機(jī)，方可進(jìn)行高壓旋噴注漿施工。噴射過程中如遇噴漿不暢，可以上下拉動(dòng)噴漿管，然后，如果出現(xiàn)噴嘴堵塞等未知狀況，可將噴射管提出地面，進(jìn)行清洗處理，處理好后再進(jìn)行施工。

(5)噴射提升

當(dāng)噴射管下至設(shè)計(jì)深度的孔底，開始高壓泵送符合設(shè)計(jì)要求的雙液漿，待反漿冒出孔口時(shí)，按設(shè)計(jì)的提升速度及旋轉(zhuǎn)速率自下而上提升注漿管，直至提升到設(shè)計(jì)的終噴高程。噴射注漿過程中，技術(shù)人員應(yīng)隨時(shí)觀察反漿情況，必要時(shí)可停機(jī)檢查。

(6)回灌

注漿結(jié)束后，在噴射孔內(nèi)進(jìn)行灌漿充填，直到漿液不再下沉為止，保證高壓旋噴樁固結(jié)后的樁頂標(biāo)高?；毓酀{液可通過簡(jiǎn)易導(dǎo)流溝，利用鄰孔反漿靜壓充填。

4.4 質(zhì)量檢驗(yàn)

(1)可在樁徑范圍內(nèi)鉆孔取芯，進(jìn)行質(zhì)量檢驗(yàn)，檢測(cè)樁體的完整性和固結(jié)體的強(qiáng)度指標(biāo)。

(2)檢驗(yàn)時(shí)間應(yīng)在旋噴樁成型28 d后進(jìn)行，防止由于樁體固結(jié)時(shí)間不夠，影響檢驗(yàn)結(jié)果的可靠性。

(3)檢驗(yàn)樁數(shù)量為施工樁孔數(shù)的1%(即為11根)，重點(diǎn)選取分布在有代表的加固區(qū)段內(nèi)的旋噴樁和噴射注漿時(shí)出現(xiàn)過異常現(xiàn)象的旋噴樁。

5 結(jié)論

通過此工程實(shí)例的驗(yàn)證，運(yùn)營(yíng)中的高速公路出現(xiàn)了軟弱路基導(dǎo)致路面下沉、脫空等現(xiàn)象，采用高壓旋噴樁技術(shù)加固地基是一種行之有效的方法，可以在保證工程質(zhì)量的同時(shí)，縮短工期，盡快通車。另外，在旋噴樁處理軟弱地基的施工過程中，應(yīng)該嚴(yán)格要求施工工藝流程，尤其要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)控制好漿液的水灰比、鉆桿的提升速度和旋噴速率，以及早強(qiáng)劑的添加比例。

［1］ 中華人民共和國(guó)交通部.《公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTG D30-2004)［S］.北京:人民交通出版社，2004.

［2］ 中華人民共和國(guó)交通部.《公路路基施工技術(shù)規(guī)范》(JTG F10-2006)［S］.北京:人民交通出版社，2006.

［3］ 中華人民共和國(guó)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》(JTG 79-2012)［S］.北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2012.

［4］ 中華人民共和國(guó)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50007-2011)［S］.北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2012.