同源高速公路軟基處理中粉噴樁的設(shè)計(jì)與施工

宋 磊

(山西省交通科學(xué)研究院，山西太原 030006)

1 概述

同源高速公路K11+499～K11+880段位于桑干河沖積平原地貌上，地層巖性為第四系沖積粉土、粉細(xì)砂、卵石土、粉質(zhì)粘土，受地表水與地下水的浸泡，粉土層較濕軟，含水量較大，空隙比較大，地基土承載力較低。該段路線以路基通過，填土高度為8.1 m～10.8 m，地基承載力不滿足設(shè)計(jì)要求，需對該段地基進(jìn)行處理。

2 地質(zhì)資料分析

通過地質(zhì)勘探及相關(guān)土工實(shí)驗(yàn)，探明了軟基的具體分布范圍及層厚，地層情況為:

①層粉土:褐黃色，濕～飽和，土質(zhì)均勻，含水率43.1%，重度為16.6 kN/m3，孔隙比 1.34，液限 44.6%，塑限 26%，壓縮模量2.32 MPa，地基土承載力基本容許值70 kPa～130 kPa，揭露厚度2.1 m ～7.1 m。

②層粉細(xì)砂:褐黃色，濕，稍密，偶有輕微粘著感，地基土承載力基本容許值140 kPa，揭露厚度1.2 m～10.8 m。

②-1層砂卵石層:雜色，濕，中密，細(xì)砂充填，卵石磨圓度中等，含量約51%，顆粒級配不良，地基土承載力基本容許值300 kPa，揭露厚度一般為5 m。

③層粉質(zhì)粘土:褐灰色，濕，土層致密，厚度較大，土質(zhì)較均勻，判斷為本區(qū)隔水層，地基土承載力基本容許值220 kPa，揭露厚度3 m～8 m。

工程地質(zhì)縱斷圖見圖1。

圖1 工程地質(zhì)縱斷面圖

根據(jù)地質(zhì)資料分析，該段路基濕軟層主要為表層粉土，深度以樁號K11+760區(qū)分，前段約7 m，后段約3 m，下層細(xì)砂層和砂卵石層工程條件滿足要求，可作為軟基處理后的持力層，不需特殊處理。

考慮工程造價(jià)及施工便易性，結(jié)合軟弱層厚度，擬定K11+499～K11+760段采用設(shè)置粉噴樁形成復(fù)合地基處理，K11+760～K11+880段采取砂礫換填處理。

3 粉噴樁設(shè)計(jì)與計(jì)算

3.1 粉噴樁技術(shù)參數(shù)要求

粉噴樁技術(shù)參數(shù)表見表1。

表1 粉噴樁技術(shù)參數(shù)表

粉噴樁即“粉體噴射攪拌樁”，利用專用的粉噴攪拌鉆機(jī)將水泥等粉體固化劑噴入軟土中，并將軟土和粉體強(qiáng)制攪拌，利用兩種之間產(chǎn)生的一系列物理化學(xué)作用，使軟土結(jié)合成具有一定強(qiáng)度的水泥樁體而形成復(fù)合地基［1］。

粉噴樁適用于處理厚度較大(一般可達(dá)15 m)、含水量偏高(大于30%)、地下水pH值大于4、地基強(qiáng)度小于80 kPa的粘性土、淤泥、淤泥質(zhì)土、粉土等軟土地基，具有有效減小沉降、承受較大加荷速率、抗側(cè)向變形能力強(qiáng)、施工快等優(yōu)點(diǎn)［2］。

根據(jù)該合同段施工機(jī)械及軟基處理經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合本項(xiàng)目工程地質(zhì)情況，設(shè)定粉噴樁技術(shù)參數(shù)見表1。

3.2 計(jì)算方法

1)單樁軸向承載力計(jì)算。

由樁側(cè)摩阻力提供的單樁承載力:

由樁體強(qiáng)度提供的單樁承載力:

單樁軸向承載力取決于樁身強(qiáng)度和地基土兩個(gè)條件，該值應(yīng)通過現(xiàn)場荷載試驗(yàn)確定，初步設(shè)計(jì)時(shí)可按照式(1)，式(2)計(jì)算，取其中較小值［3］。

結(jié)合地質(zhì)資料及試驗(yàn)資料qsi樁側(cè)摩阻力為10 kPa，qp樁端地基土承載力為140 kPa，fcu在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下90 d齡期標(biāo)準(zhǔn)試件(水泥摻量17%，石膏0.3%)強(qiáng)度按3 000 kPa取值，經(jīng)過計(jì)算，樁側(cè)摩阻力提供的單樁承載力為139.41 kN，樁體強(qiáng)度提供的單樁承載力為147.23 kN。取兩者中較小值作為單樁承載力，為139.41 kN。

2)復(fù)合地基承載力計(jì)算。

m 為面積置換率為0.785 ×0.25/1.44=0.136 3，計(jì)算得復(fù)合地基承載力為170.21 kPa，滿足設(shè)計(jì)承載力要求［2］。

3)下臥層強(qiáng)度驗(yàn)算。

由于該下臥層為細(xì)砂或砂卵石層，強(qiáng)度較大，能滿足要求。

4)沉降變形驗(yàn)算。

其中，Ep為攪拌樁壓縮模量，取值330 MPa;Es為樁周土壓縮模量，取值為2.32 MPa;計(jì)算得復(fù)合土層壓縮模量Esp=46.98 MPa。計(jì)算得 s1=0.026 m≤0.1 m，滿足規(guī)范要求［2］。

3.3 設(shè)計(jì)方案

經(jīng)過技術(shù)及驗(yàn)證，最終確定設(shè)計(jì)方案為K11+499～K11+769段設(shè)置粉噴樁，樁徑50 cm，樁間距120 cm，全斷面正方形布置，橫向范圍到坡腳線外200 cm，樁長以嵌入持力層1 m為準(zhǔn)，分別為8 m，6 m和4 m，樁頂設(shè)置80 cm厚褥墊層，分兩層施工，先鋪設(shè)50 cm，便于施工機(jī)械入場，待粉噴樁施工完后再鋪設(shè)30 cm，平整場地。同時(shí)為了防止橋頭處桑干河水流對該段地基的沖刷，在路基邊坡坡腳處設(shè)置M7.5漿砌片石拱形骨架護(hù)坡，基礎(chǔ)埋置深度大于局部沖刷線以下1 m，邊坡護(hù)砌高度大于設(shè)計(jì)洪水位50 cm。

4 粉噴樁施工工藝及質(zhì)量檢測

4.1 工藝流程

粉噴樁施工流程如圖2所示。

圖2 粉噴樁施工流程圖

4.2 施工技術(shù)要求及注意事項(xiàng)

1)施工前必須在工程位置上進(jìn)行工藝性試樁，成樁試驗(yàn)應(yīng)達(dá)到下列要求:a.滿足設(shè)計(jì)噴粉量的各種技術(shù)參數(shù)(提升速度、注漿泵出口壓力等)。b.水泥的攪拌均勻程度。c.了解下鉆及提升的阻力情況，選擇合理的技術(shù)措施。一般工藝性試樁的樁數(shù)不得少于10根。2)施工注意事項(xiàng):a.路基施工前應(yīng)先鋪設(shè)砂礫褥墊層50 cm，并初壓至原地面標(biāo)高。b.粉噴樁樁垂偏差不得超過1%，樁位偏差不得大于5 cm，樁徑偏差不得大于4%。c.當(dāng)噴粉口到達(dá)樁頂標(biāo)高時(shí)，應(yīng)停止提升，攪拌數(shù)秒后拔出，以保證樁頭均勻密實(shí)。d.成樁直徑和樁長不得小于設(shè)計(jì)值，施工過程中應(yīng)記錄地層情況，如實(shí)際地層情況發(fā)生變化，應(yīng)立即停止施工，通知相關(guān)單位調(diào)整處理方案。e.粉噴樁施工90 d后方可進(jìn)行路堤填土施工。3)質(zhì)量檢測:a.施工時(shí)隨時(shí)檢查施工記錄，對每根樁質(zhì)量進(jìn)行評定，不合格樁要采取補(bǔ)強(qiáng)措施予以補(bǔ)救。b.成樁后7 d內(nèi)用輕便觸探器鉆取樁身加固土樣，觀察攪拌均勻程度，同時(shí)根據(jù)觸探擊數(shù)用對比法判斷樁身強(qiáng)度。c.成樁28 d后可在樁頭取樣做無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，檢查量為總樁數(shù)的2%，且不小于5根。沿樁身鉆芯取樣，檢查成樁均勻性和沿樁長的樁身強(qiáng)度，一個(gè)場地不少于3根。d.應(yīng)采取單樁或多樁復(fù)合地基載荷試驗(yàn)檢驗(yàn)其承載力(90 d后進(jìn)行)［4］。

5 結(jié)語

同源高速公路施工已經(jīng)全部完成，目前進(jìn)入通車階段，本段軟土地基處理完工約一年多時(shí)間，從該段路面情況看，平整度較好，路面結(jié)構(gòu)未出現(xiàn)相關(guān)病害，行車較舒適，橋頭段出現(xiàn)明顯跳車現(xiàn)象。說明該段濕軟地基經(jīng)過粉噴樁處理后，沉降較小，滿足工程運(yùn)營及行車舒適性要求。

［1］陸彩紅.粉噴樁技術(shù)在軟基處理中的應(yīng)用［J］.山西交通科技，2006(2):58-59.

［2］林宗元.巖土工程治理手冊［M］.北京:中國建筑工業(yè)出版社，2005.

［3］GB 50007-2002，建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.

［4］劉孔杰，鄭瑞君，魏正義，等.不良地基公路施工技術(shù)［M］.北京:人民交通出版社，2009.