高壓旋噴樁在高速公路路基治理中的應(yīng)用

徐學(xué)軍

(山西省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局二一七地質(zhì)隊，山西 大同037008)

1 工程概況

大呼高速公路是國家新建的高速公路重點項目，歷經(jīng)2年承建，于2010年10月1日正式通行。運(yùn)行不足2年時間，大同新榮至右衛(wèi)段長約70 km局部相繼出現(xiàn)了20多處沉降、裂縫路段路面，最大沉降、裂縫的路段長達(dá)到120 m，縱橫裂縫均有，以縱向裂縫為主，裂縫寬度最大達(dá)0.30 m，沉降量最大達(dá)0.40 m，以慢車道最為嚴(yán)重，行車道相對較輕，超車道次之，極大影響了車輛的正常運(yùn)行。受甲方委托，由山西省第十地質(zhì)工程勘察院于2011年5月和2012年4月對危害較嚴(yán)重有代表性的沉降、裂縫路段分別進(jìn)行了2次工程地質(zhì)勘察，以調(diào)查其產(chǎn)生沉降和裂縫的原因，并提出治理建議。據(jù)設(shè)計圖紙及甲方要求，我院于2012年5月開始施工，歷時5個月，共治理沉降、裂縫路段路面16處，完成樁孔施工工作量共計43830 m，治理的相應(yīng)路段路面重新運(yùn)行后，經(jīng)過監(jiān)測1年來沒有發(fā)現(xiàn)異常情況，保證了高速公路的正常通行。

2 路基土、天然地基土物理力學(xué)性質(zhì)以及分布特征

勘察鉆孔最大揭露深度為16 m，揭露路基土以及天然地基土自上而下分為4層，分別如下。

(1)水穩(wěn)層:灰、黑灰色，密實，稍濕，主要由砂石、水泥組成，密實度較好，上部為瀝青面層，厚20 cm;中部為礫石水穩(wěn)層，厚20 cm;下部為砂礫水穩(wěn)層，厚20～28 cm;該層厚度以及底層埋深0.6～0.68 m。

(2)砂礫石墊層:褐黃色，稍密～中密，稍濕，主要由中細(xì)砂、粉砂組成，含礫石約10%，級配差、分選性差，局部含滯水，水量少，該層厚度0.3～1.2 m，埋深1.0～2.2 m，一般南側(cè)較厚。

(3)路基土:褐黃、棕褐色，稍密～中密，稍濕、局部濕，主要由粘土組成，干強(qiáng)度低，韌性低，含不均勻土塊。根據(jù)鉆孔土樣土工試驗結(jié)果，天然含水率8.1% ～15.6%，天然密度1.26～2.07 g/cm3，干密度1.61～1.80 g/cm3(原路面路基土試驗的最大干密度為1.92 g/m3)，天然孔隙率0.496～0.667，液性指數(shù)＜0，塑性指數(shù)為5.9～12.6，壓縮模量Es1－228.1 ～11.9 MPa，壓縮系數(shù) α1－10.13 ～0.20，屬于中壓縮粘土。局部夾灰土透鏡體，中密，稍濕;少數(shù)局部夾砂礫石透鏡體，含卵石，稍密～中密，稍濕;個別路面局部濕，松散～稍密。該層厚度3.6～12.14 m，層底埋深4.6～12.4 m。

3 造成路面沉降、裂縫的原因

3.1 路基土壓實度問題

根據(jù)土工試驗結(jié)果，現(xiàn)場巖性鑒定以及甲方提供的路基土擊實試驗數(shù)據(jù)，經(jīng)統(tǒng)計計算已勘察的各路段最大壓實系數(shù)為0.8，統(tǒng)計結(jié)果顯示各沉降、裂縫路段路基土為低液限粉土，由于遇水侵蝕，壓實系數(shù)低～中等，含水率變化大，均勻性差，遇水浸泡后，極易發(fā)生沉降，導(dǎo)致承載力下降，加之路基受行車動荷載影響，而形成路面沉降式裂縫，同時由于沉降、裂縫路段路面均位臨橋梁或橋涵處，兩側(cè)及護(hù)坡遇水浸泡、滲透坍塌產(chǎn)生滑動，壓拉作用，導(dǎo)致路面沉降、裂縫。

由于路面上無法采?、窦壧骄畼?，只能采?、蚣壧骄畼樱蚣壧骄畼邮軘D密，導(dǎo)致實際檢測數(shù)據(jù)偏大，若采取Ⅰ級探井樣，其檢測數(shù)據(jù)會更真實，且比現(xiàn)有檢測數(shù)據(jù)更大。

3.2 路基土中水的來源問題

所有沉降、裂縫路段路面由于被雨水侵蝕或浸泡造成的自然災(zāi)害均與本路段地形有著重要關(guān)系，由于地里位置均偏低，路基兩側(cè)地面凸凹不平水流阻力增大，流速降低，易形成滯水帶，尤其路基南部均位臨南高北低的兩個傾向于河溝且面積較大的斜坡，雨季雨水匯集后最終涌向并穿過橋梁橋涵兩側(cè)，即地表過水量大，易從路基兩側(cè)砂礫石墊層以及護(hù)坡中侵入路基體，同時有幾處路段2010年雨季暴雨曾淹沒路基，地表形成滯水帶并侵入路基體。隨后對個別出現(xiàn)的沉降、裂縫路段路面曾進(jìn)行過修復(fù)，隨后繼續(xù)出現(xiàn)沉降、裂縫，且程度較為嚴(yán)重。

3.3 天然地基評價

經(jīng)勘察本路段天然地基土主要由白堊系(K)老粘土以及全風(fēng)化砂巖組成，該土層地基土承載力高，不具沉降性，可排除其對路基沉降裂縫的影響。據(jù)區(qū)域水文地質(zhì)資料，該區(qū)域地下水位深度大于15～20 m。

4 治理方案的確定

大呼高速公路運(yùn)行1年后產(chǎn)生的沉降、裂縫路段路面主要集中在新榮段和右玉段，甲方當(dāng)初由于受各種條件限制對個別沉降、裂縫路段路面只進(jìn)行了踏鋪或修復(fù)，沒有從根本上解決問題，后期依然產(chǎn)生了沉降和裂縫，嚴(yán)重影響交通運(yùn)行。隨后對有代表性的沉降、裂縫路段 K101+480、K105+950、K110+500、K159+450、K164+100、K166+152 等處進(jìn)行了工程地質(zhì)勘察。據(jù)工程地質(zhì)勘察成果，設(shè)計院多次實地踏勘，認(rèn)為造成沉降、裂縫的主要原因與該路段的地理環(huán)境有著很大關(guān)系。設(shè)計部門經(jīng)過認(rèn)真分析研究，在治理中考慮到治理方案主要以提高路基土的承載力增強(qiáng)其水穩(wěn)定性降低壓縮性為目的，因路基土遇水侵蝕后雖密實度、壓實度較原路基較低，但相對于軟弱地基依然較高。若采用靜壓注漿法，由于泵壓較小(最大壓力2 MPa)，路基土孔隙比相對較大水泥漿不易滲入到路基體中，不易于提高路基的整體穩(wěn)定性。再因為受高速公路運(yùn)行現(xiàn)狀以及場地限制，采用其他樁體施工難度大，可行性較低。參照國內(nèi)外高速公路近年來的類似施工經(jīng)驗，采用高壓旋噴樁注漿法進(jìn)行巖土工程治理。

5 施工交通安全措施及施工準(zhǔn)備

5.1 相關(guān)安全措施

根據(jù)上級和甲方要求，施工不得影響交通運(yùn)行，多數(shù)超車道暫不處理，由甲方按照高速公路相關(guān)安全規(guī)范及要求在施工路段設(shè)置有關(guān)交通安全標(biāo)志，并配置專職安全人員。所有施工人員必須身穿反光服，夜間作業(yè)照明燈背向超車道，給施工帶來一定難度。為了保證施工安全、質(zhì)量及進(jìn)度，施工中采取的一系列相應(yīng)措施保證了施工正常進(jìn)行。

5.2 設(shè)備配置

根據(jù)現(xiàn)場情況，據(jù)甲方要求共配置6臺XPZ－50型旋噴鉆機(jī)，3臺ZJB(BP)系列高壓注漿泵，3輛10 m3水車，1臺挖掘機(jī)，2輛運(yùn)渣車。

炮彈雨一樣潑了下來，底柱捂著耳朵數(shù)響聲，大聲喊：八二炮、山炮、野炮……炮聲漸漸稀了下去，正往后作延伸炮擊。

6 施工情況以及技術(shù)工藝參數(shù)

6.1 治理工程(如表1)

表1 各路段治理情況、工作量及水泥用量

6.2 工藝技術(shù)

(1)按照設(shè)計要求，樁底必須嵌入老粘土或全風(fēng)化砂巖2 m以上，嚴(yán)重下沉路段樁孔均按中心間距1.5 m梅花形布置，輕微下沉路段均按中心間距1.5 m的正方形布置，成樁直徑0.5 m，28 d地基承載力4 MPa。為了增強(qiáng)止水防滲效果，在護(hù)坡路面端部先打2排孔，形成帷幕止水防滲墻，采用由外向內(nèi)施工順序。根據(jù)沉降、裂縫情況，沉降嚴(yán)重處樁孔間距可適當(dāng)縮小，水泥采用32.5普通硅酸鹽水泥，水灰比1～1.5。

(2)沉降、裂縫嚴(yán)重處 K164+100(左側(cè))和K166+152(右側(cè))樁孔間距調(diào)整到1.30 m，排距為1.0 m。有的路段中部沉降嚴(yán)重、兩頭次之，樁孔布置中部按梅花形，兩邊按正方形布置，其中中央隔離帶K110+500嚴(yán)重沉降段樁孔按1.10 m布置。施工中由于受公路場地條件限制排漿困難，廢漿不得流到護(hù)坡及下部綠化帶，只能臨時滯流在路面內(nèi)，待稍硬化后及時排除，不得影響交通運(yùn)行。

(3)工藝參數(shù):單管法注漿，噴嘴直徑3 mm，噴嘴個數(shù)1個;壓力20 MPa;流量100 m3/min;提升速度25 cm/min，下部老粘土、全風(fēng)化砂巖及水穩(wěn)層改為30～35 cm/min;旋轉(zhuǎn)速度22 r/min，下部老粘土、全風(fēng)化砂巖及水穩(wěn)層轉(zhuǎn)速適當(dāng)降低;注漿管外徑50 mm。

施工中在路基下部及路基水浸后軟弱處(或空洞)隨時調(diào)節(jié)鉆桿提拉速度及旋轉(zhuǎn)速度。

7 施工中應(yīng)解決的幾個關(guān)鍵問題

7.1 安全施工難度大

根據(jù)甲方要求，施工中不得影響路段的交通運(yùn)行，再加上工期較緊，而且甲方要求最多只能同時作業(yè)3個路面，上行線和下行線必須單獨施工，每個作業(yè)面開通1個車道，作業(yè)2個車道，給施工增加了難度。因運(yùn)行的大貨車離作業(yè)的設(shè)備很近，在進(jìn)行旋噴操作時因注漿泵壓力較大，必須預(yù)防車輛通過時擰卸鉆桿或發(fā)生堵鉆時，水泥漿液產(chǎn)生高壓噴射，射到行駛車輛擋風(fēng)玻璃影響行駛視線越出車道發(fā)生事故。

水泵工必須認(rèn)真負(fù)責(zé)，不得離崗，隨時注意壓力表的變化情況，出現(xiàn)異常迅速與安全員、操作員傳遞訊號，將一切隱患消滅在萌芽狀態(tài)之中。

另一方面也要防止路面污染，以免給交通帶來一定不便。

特別是夜間作業(yè)要控制好照明燈的方向，不得影響司機(jī)視線。針對此情況，每個段面施工設(shè)置一名專職安全員，一名安全巡視員，一名指揮員輪流值班，全體人員提高安全防范意識，按照高速公路各項安全規(guī)章嚴(yán)格執(zhí)行，做到安全生產(chǎn)，文明施工。

7.2 排漿及水泥漿沉淀坑制備困難

因施工在高速原路面進(jìn)行，受場地條件限制，廢漿不得流入行駛車道，采用沙袋臨時圍堵，待稍凝固后及時清理外運(yùn)。超車道施工及個別路段施工中漿液坑無法開挖，臨時采用中央隔離帶兩側(cè)護(hù)欄用薄鐵皮及塑料布圍堵成漿液坑，給施工帶來較大不便。

7.3 施工組織管理

因每個沉降、裂縫路段以及每個部位危害程度不同，為了降低工作量減小成本，必須根據(jù)實際情況進(jìn)行操作，根據(jù)危害程度進(jìn)行樁孔布置，合理選擇工藝技術(shù)參數(shù)，每個路段委派一名技術(shù)員進(jìn)行把關(guān)、認(rèn)真負(fù)責(zé)，并做好以下幾點。

(1)建立質(zhì)量保證體系，切實做到嚴(yán)格工藝，精心操作，逐項檢查，確保質(zhì)量。

(2)認(rèn)真執(zhí)行原材料質(zhì)量檢驗制度，按規(guī)定進(jìn)行抽檢。

(3)堅持隱蔽工程和關(guān)鍵部位的質(zhì)量檢查驗收制度。

(4)嚴(yán)格執(zhí)行質(zhì)量“三檢制”，實行自檢、互檢、專檢相結(jié)合，以自檢自控為主，增強(qiáng)質(zhì)量意識，實行“質(zhì)量否決權(quán)”制度。

(5)觀測成果必須堅持隨時計算、核算，發(fā)現(xiàn)異常及時報告。

8 質(zhì)量控制

高壓旋噴樁的質(zhì)量控制應(yīng)貫穿在施工的全過程，對其質(zhì)量的控制主要以預(yù)防控制為主，檢查重點是:水泥用量、樁長、提升速度、旋轉(zhuǎn)速度、樁孔間距以及施工順序等。因此我們選擇具有技師職稱的、經(jīng)驗豐富的老技術(shù)工人，擔(dān)任各班組的操作班長，他們能通過鉆進(jìn)過程中的實際狀況，及時根據(jù)孔內(nèi)情況針對工程地質(zhì)勘察成果，熟練地應(yīng)用鉆進(jìn)及技術(shù)參數(shù)，并隨時調(diào)整。

(1)水泥漿液應(yīng)嚴(yán)格按照配合比執(zhí)行，充分?jǐn)嚢璨坏秒x析。

(2)根據(jù)地層情況實際操作中隨時調(diào)整工藝參數(shù)，由于外來水是從護(hù)坡端部侵入路基體，護(hù)坡端部形成的防滲帷幕墻嚴(yán)把質(zhì)量關(guān)，增強(qiáng)路基的水穩(wěn)定性。其樁孔布置據(jù)實際情況進(jìn)行調(diào)整，樁間距控制在1.0～1.2 m，樁排距控制在0.8～1.0 m。施工中工藝參數(shù)提拉速度控制在0.02 m/min左右，轉(zhuǎn)速控制在20～25 r/min。

(3)嚴(yán)格把握樁體深度，預(yù)先用基準(zhǔn)儀測定路基標(biāo)高，因路基底部起伏變化較大，施工前應(yīng)認(rèn)真測量并制作樁孔深度布置圖，確定每個樁孔的孔底標(biāo)高。

(4)加強(qiáng)現(xiàn)場的檢查校核，經(jīng)常檢查鉆機(jī)安裝的水平校核，也即進(jìn)行鉆孔的垂直度校核，一旦發(fā)現(xiàn)鉆機(jī)安裝水平偏差超標(biāo)，應(yīng)及時進(jìn)行糾正。進(jìn)入硬層時，通過減壓、減速來避免孔斜，若發(fā)現(xiàn)孔斜要及時采用上提鉆具復(fù)鉆法進(jìn)行糾正，或者鉆桿上下往復(fù)活動的形式進(jìn)行孔壁修正。

(5)樁體垂直度＜1%，樁孔偏差＜3 cm。

9 結(jié)語

施工期間先后將前期施工的樁體隨時進(jìn)行開挖驗收，均滿足設(shè)計要求。經(jīng)過1年的觀測，證明路基止水防滲加固效果顯著，高壓旋噴注漿工藝防滲補(bǔ)強(qiáng)達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。經(jīng)過認(rèn)真組織管理，工程提前完成，說明高壓旋噴注漿工藝在治理高速公路沉降、裂縫工程中的應(yīng)用是成功的，該方法在類似工程的施工中必將會有一個廣泛的應(yīng)用前景。

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