高壓旋噴樁在高速公路濕陷性黃土地基中的應(yīng)用研究

郎 茲

（新疆交通建設(shè)管理局項(xiàng)目執(zhí)行一處，新疆 烏魯木齊 830000）

0 引言

在高速公路工程建設(shè)過程中，時(shí)常遇到濕陷性黃土等特殊巖土，導(dǎo)致已經(jīng)完成施工的路基產(chǎn)生一些病害，這就要求在工程建設(shè)過程中采取有效技術(shù)措施處理特殊巖土地基，使其達(dá)到工程施工要求。

1 工程概況與沉降調(diào)查

國道G218 墩麻扎至那拉提段公路項(xiàng)目設(shè)計(jì)分為三個(gè)標(biāo)段，濕陷性黃土主要分布在設(shè)計(jì)二標(biāo)即施工第三至五合同段，濕陷性黃土為Ⅱ-Ⅳ級(jí)自重濕陷黃土。目前出現(xiàn)沉降病害路段集中在施工第四、五合同段（即七十二團(tuán)至則克臺(tái)、則克臺(tái)至吐爾根段）。同樣分布有Ⅱ-Ⅳ級(jí)自重濕陷黃土的第三合同段基本未出現(xiàn)沉降病害。

2020 年9 月11 日設(shè)計(jì)單位、施工單位、監(jiān)理單位、質(zhì)控中心、養(yǎng)護(hù)單位共同對現(xiàn)場勘查，確定了沉降路段的分布情況。2021年6 月、2022 年5 月設(shè)計(jì)單位再次對沉降路段進(jìn)行了排查梳理，結(jié)果如下：

目前項(xiàng)目范圍內(nèi)共有116 段沉降路段，均位于施工四標(biāo)及五標(biāo)。沉降路段中四標(biāo)總長5.274km（85 處），五標(biāo)總長1.656km（32 處），共長6.930km。將沉降深度分為輕微、中等、嚴(yán)重等具體如沉降概況分布如表1、表2 所示。

表1 沉降概況分布

表2 沉降概況分布

從上表可以看出，沉降路段多集中于填挖交界、橋頭臺(tái)背回填、填方或挖方路基路段。經(jīng)查閱原設(shè)計(jì)資料，沉降路段位于橋頭路基段55 處共3.146km、填挖交界或陡坡路堤路段43 處共2.699km、高填路基路段12 處共0.822km，低填或挖方路基段7 處共0.263km。

沉降分布情況對比。從上表中可以發(fā)現(xiàn)，2023 年相對于2021 年4 月沉降路段整體增加了0.965km，由于沉降仍在發(fā)展，部分間距較近的段落已發(fā)展連續(xù)，因此在2022 年數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，整體段落數(shù)減少了2 段。其中橋頭路基段增加了0.624km（1 處），填挖交界或者陡坡路堤段增加了0.194km（-1 處），高填方段增加了0.116km（-2 處），低填或挖方段增加了0.030km（0 處）。沉降嚴(yán)重程度為輕微的增加了0.682km，沉降嚴(yán)重程度為中等的增加了0.056km，沉降嚴(yán)重程度為嚴(yán)重的增加了0.216km。

從測量總體情況看，沉降速率變化和降雨、融雪等因素呈現(xiàn)正相關(guān)，2022 年3 月至4 月氣溫升高融雪、降水，在未做好日常養(yǎng)護(hù)的情況下，沉降明顯嚴(yán)重。

2 高壓旋噴樁施工

2.1 施工工藝流程

高壓旋噴樁施工需按照以下工藝流程進(jìn)行：測量定位→鉆機(jī)就位→鉆進(jìn)造孔→終孔檢查→高噴臺(tái)車就位→下噴射管→漿液配置、噴射→拔管、廢液沉淀→機(jī)具清理→樁機(jī)移位。

2.2 施工工藝方法

2.2.1 原地表處理

利用推土機(jī)將地面上的垃圾和雜物清理干凈，同時(shí)將原地面整平。結(jié)合現(xiàn)場具體情況，設(shè)置各類防排水設(shè)施，同時(shí)在施工范圍以外還要開挖泥漿池用于存放廢棄泥漿，在施工孔位和泥漿池之間還應(yīng)開挖排漿溝[1]。

2.2.2 現(xiàn)場放線定位

按照設(shè)計(jì)圖紙與坐標(biāo)網(wǎng)點(diǎn)準(zhǔn)確測放施工軸線。在放出的施工軸線上確定鉆孔的位置，并將樁號(hào)、孔號(hào)與序號(hào)均標(biāo)記清楚，結(jié)合現(xiàn)有的基準(zhǔn)點(diǎn)對各孔口處的地面實(shí)際高程進(jìn)行測量。根據(jù)設(shè)計(jì)要求做好現(xiàn)場施工放樣，利用木樁將樁位準(zhǔn)確放出，并采用撒白灰的方法作出明顯標(biāo)記[2]。

2.2.3 鉆機(jī)就位

將旋噴樁的樁機(jī)移動(dòng)至指定位置，使鉆頭和孔位中心完全對準(zhǔn)，并將鉆機(jī)整平，鉆機(jī)的放置應(yīng)保持平穩(wěn)與水平，適當(dāng)調(diào)整鉆桿實(shí)際垂直度，使垂直度偏差不超過1%。鉆機(jī)就位后，應(yīng)先采用低壓實(shí)施射水試驗(yàn)，檢查噴嘴是否保持暢通。

2.2.4 水泥漿拌制

攪拌機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)速與拌和能力應(yīng)與漿液類型及灌漿泵排漿量良好適應(yīng)，同時(shí)確保漿液拌制達(dá)到均勻和連續(xù)。

具體操作時(shí)，應(yīng)先按照設(shè)計(jì)要求的水灰比進(jìn)行水泥漿液拌制，一般情況下水灰比應(yīng)控制在0.8 ～1.2 范圍內(nèi)。對于漿液攪拌時(shí)間，當(dāng)使用高速攪拌機(jī)時(shí)，應(yīng)達(dá)到60s 以上，若使用普通攪拌機(jī)，則應(yīng)連續(xù)攪拌至少180s。對于漿液攪拌完成后的存放時(shí)間，通常不能超過2h[3]。漿液攪拌完成后，需要使用前進(jìn)行過篩處理，并隨時(shí)檢查其密度。各類制漿材料的稱量應(yīng)使用計(jì)量法進(jìn)行，要求誤差不超過5%。

當(dāng)施工必須在炎熱的夏季進(jìn)行時(shí)，應(yīng)采取有效的防曬與防熱措施，將漿液的溫度控制在5℃～40℃范圍內(nèi)；當(dāng)施工需要在寒冷的冬季進(jìn)行時(shí)，應(yīng)切實(shí)做好防寒保暖，尤其是注漿管路，防止?jié){液凍結(jié)，影響正常注漿。若設(shè)計(jì)要求使用熱水進(jìn)行制漿，則水溫度不能超出40℃。

漿液正式使用前，要做好整個(gè)管路與壓力表的檢查，確保漿液可以順利從管路中通過進(jìn)入到地層當(dāng)中[4]。漿液拌制過程中，應(yīng)適量摻加外加劑，以此形成復(fù)合式的漿液，具體摻入比例需通過專門的試驗(yàn)確定。

2.2.5 下噴射管

鉆孔完成并驗(yàn)收確認(rèn)合格后，即可開始高壓噴射注漿，在下噴射管之前應(yīng)做好如下各項(xiàng)檢查工作：

（1）測定噴射管的長度，確定噴嘴中心線和噴射管的放線管能否保持一致。

（2）在高壓水泵的周圍設(shè)置噴頭，一般情況下試壓管路長度不能超過20m，采用設(shè)計(jì)要求的噴射壓力進(jìn)行試噴。

（3）在下入噴射管之前，必須做好試噴，在設(shè)計(jì)要求的噴射壓力基礎(chǔ)上增加管路自身壓力。

（4）設(shè)計(jì)噴射壓力+管路壓力為施工用的標(biāo)準(zhǔn)噴射壓力，更換噴嘴時(shí)重新調(diào)試。

（5）在擺噴施工下噴射管之前，應(yīng)先在地面上做好試噴，同時(shí)對噴射方向與擺動(dòng)角度進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。

（6）經(jīng)試噴確認(rèn)滿足要求后，在下入噴射管的過程中，應(yīng)采取有效措施避免噴嘴發(fā)生堵塞。

（7）如果鉆孔中存在大量沉淀物，應(yīng)預(yù)先備好黏土泥漿，并在下噴射管的過程中隨時(shí)沖入泥漿。

（8）若鉆孔中有作為護(hù)壁使用的套管，則應(yīng)在下入噴射管之后將其拔出。

（9）將噴射管下到設(shè)計(jì)要求的深度后，由監(jiān)理人員進(jìn)行檢查，批準(zhǔn)后即可開始噴射。

2.2.6 提升噴漿管、注漿

高壓噴射注漿應(yīng)按照從下到上的順序連續(xù)進(jìn)行。噴頭有單嘴、雙嘴與多嘴三種，在注漿管達(dá)到設(shè)計(jì)要求的深度，且噴嘴達(dá)到設(shè)計(jì)要求的標(biāo)高后，方可開始噴射注漿，送入與設(shè)計(jì)要求相符的水、氣、漿，在漿液從孔口處返出并保持正常后，開始向上提升噴漿管[5]。

如果在高壓噴射注漿期間出現(xiàn)壓力突然降低或增大的情況，應(yīng)立即查明原因，并采取針對性措施處理。

噴射時(shí)若需要拆卸噴射管，則應(yīng)適當(dāng)下落進(jìn)行搭接復(fù)噴，使搭接長度達(dá)到0.2m 以上，若噴射因故中斷，需要在恢復(fù)噴射時(shí)做好復(fù)噴，此時(shí)搭接長度應(yīng)達(dá)到0.5m 以上，若噴射中斷時(shí)間超出漿液自身初凝時(shí)間，應(yīng)進(jìn)行掃孔，在恢復(fù)噴射后，使復(fù)噴的搭接長度達(dá)到1m 以上。

噴漿時(shí)如果發(fā)生孔內(nèi)漏漿，應(yīng)立即停止提升，直到不再漏漿方可繼續(xù)提升，若漏漿現(xiàn)象比較嚴(yán)重，需將噴射管提出，采取有效的堵漏措施，當(dāng)注漿孔有特殊要求時(shí)，應(yīng)通過復(fù)噴提高噴射強(qiáng)度，保證噴射長度。另外，噴射時(shí)應(yīng)做好各孔施工記錄。

2.2.7 樁頭處理

當(dāng)旋噴管提升接近樁頂時(shí)，應(yīng)從樁頂以下1.0m 開始，慢速提升旋噴，旋噴數(shù)秒，再向上慢速提升至地面以下0.5m 時(shí)，停止送灰，用同劑量混合土換填。

2.2.8 清洗

每一孔的高壓噴射注漿完成后，應(yīng)及時(shí)清洗灌漿泵和輸漿管路，防止清洗不及時(shí)不徹底漿液在輸漿管路中沉淀結(jié)塊，堵塞輸漿管路和噴嘴，影響下一孔的施工。

2.2.9 補(bǔ)漿

噴射注漿作業(yè)完成后，為防止?jié){液凝固收縮影響樁頂標(biāo)高，使固結(jié)體頂部出現(xiàn)凹穴，要在原孔位采用冒漿回灌或二次注漿等措施。

2.3 施工注意事項(xiàng)

（1）開工前應(yīng)認(rèn)真檢查高壓水和空氣噴射情況，確定各部位密封圈能否達(dá)到封閉，經(jīng)檢查確認(rèn)合格后才能開始噴射漿液。

（2）在噴射過程中，應(yīng)先在滿足噴射壓力與噴漿量要求后再向上提升注漿管。如果中間發(fā)生故障，應(yīng)立即停止提升與旋噴，以免樁體中斷。

（3）旋噴施工中，需將冒漿量嚴(yán)格控制在10%～20%范圍內(nèi)。

（4）高壓噴射注漿結(jié)束后，應(yīng)立即將噴射管拔出。

（5）施工中切實(shí)做好泥漿處理，及時(shí)運(yùn)出泥漿。

3 實(shí)際操作過程中遇到的問題

該項(xiàng)目在K194+200 吐爾根3 號(hào)大橋左幅大樁號(hào)側(cè)進(jìn)行旋噴樁施工，現(xiàn)有方案為引孔至原地面后開始進(jìn)行旋噴樁施工，為避免破壞路基及路面結(jié)構(gòu)層，在該范圍內(nèi)調(diào)整噴射注漿壓力至路面頂面。由于該項(xiàng)目是伊犁哈薩克自治州重要的旅游公路，無法長期封閉交通，因此無法開挖路基檢測成樁質(zhì)量，成樁效果無法直觀通過觀察或試驗(yàn)檢測，只能通過后期對沉降位置處的長期觀測檢驗(yàn)其是否已經(jīng)趨于穩(wěn)定。

該項(xiàng)目為交工后發(fā)現(xiàn)多路段的沉降，沉降路段路面結(jié)構(gòu)層完整，無法通過觀察判斷路基、地基是否出現(xiàn)裂穴、脫空等現(xiàn)象，因此在旋噴樁施工過程中只能通過前期在鄰近位置試樁確定相關(guān)參數(shù)。筆者曾擔(dān)心會(huì)有可能產(chǎn)生成樁效果不理想，水灰比不合理引發(fā)更嚴(yán)重沉降等情況，所幸該項(xiàng)目進(jìn)行旋噴樁施工的段落均趨于穩(wěn)定，未發(fā)生上述可能出現(xiàn)的情況。這也從側(cè)面反映出在制定施工方案的決策階段，還缺少能全面反映地質(zhì)條件的檢測以及勘察方式。旋噴樁施工還是受到一定的局限性，推薦在地質(zhì)條件變化較為均勻的、無其他特殊路基的情況下使用。

4 結(jié)語

綜上所述，濕陷性黃土地基在高速公路中的分布較為廣泛，為避免由此造成路基質(zhì)量病害發(fā)生，可采用高壓旋噴樁技術(shù)進(jìn)行地基處理，使地基承載力等在內(nèi)各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)都能達(dá)到要求。以上對高壓旋噴樁技術(shù)在濕陷性黃土地基處理中的具體應(yīng)用進(jìn)行深入分析，旨在為實(shí)際工程建設(shè)施工提供技術(shù)參考。