高速公路工程軟基處理中粉噴樁加固技術(shù)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(shù)，根據(jù)實際工程情況制定了相應(yīng)的施工流程方案，并且對粉噴樁加固效果進(jìn)行了檢測，結(jié)果如下：在案例工程K3+200～K3+750段粉噴樁施工作業(yè)后，設(shè)計荷載、最大試驗荷載與預(yù)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(shè)計參數(shù)要求。

關(guān)鍵詞 高速公路；軟基；粉噴樁；加固施工

中圖分類號 U416 文獻(xiàn)標(biāo)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(shù)是一種常用的措施，該技術(shù)需要嚴(yán)格控制各項參數(shù)，如鉆進(jìn)速度、噴粉量、提升速度等，以確保施工質(zhì)量。與此同時，還應(yīng)針對施工中的各項數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄和分析，從而及時發(fā)現(xiàn)與解決問題。合理應(yīng)用粉噴樁技術(shù)，能夠減少施工后沉降，提高地基承載力，提升軟土地基的應(yīng)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(biāo)段與K4+907.105～K6+404標(biāo)段。該區(qū)域原為稻田、魚塘，整體地形跨越度較大，且地質(zhì)、水文條件復(fù)雜。為保證公路整體質(zhì)量，針對案例路段軟基采用粉噴樁加固技術(shù)，并且在施工完畢后進(jìn)行相關(guān)檢測。

2 粉噴樁加固技術(shù)施工流程與設(shè)計計算

2.1 粉噴樁施工流程

在公路軟基進(jìn)行粉噴樁施工，首先需要對場地進(jìn)行整平處理，然后根據(jù)施工方案開展放線定位，明確各樁位置與組合樁類型。鉆進(jìn)施工前，還應(yīng)保證鉆機對位與調(diào)平，開鉆后逐步推進(jìn)到設(shè)計孔底，然后噴繪攪拌提升，直至設(shè)計樁頂，之后應(yīng)根據(jù)樁基混料情況進(jìn)行復(fù)攪。粉噴樁加固技術(shù)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(shù)的應(yīng)用效果，應(yīng)針對樁的承載力進(jìn)行設(shè)計計算，使其與施工方案參數(shù)一致。在實際施工中，通過現(xiàn)場單樁荷載試驗，并根據(jù)樁基與周圍土壤的摩擦力及抗力等進(jìn)行計算：

式中，up——粉噴樁的周長（m）；qsi——樁周圍土壤的側(cè)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(shù)；qp——樁端土層沒有修正的承載力數(shù)值（kPa）；Ap——粉噴樁加固區(qū)域的截面積（m2）；η——樁身強度的折減系數(shù)；fcu——常規(guī)養(yǎng)護(hù)條件下水泥試塊的抗壓強度數(shù)值（MPa）。將各類數(shù)值匯總計算，就能推導(dǎo)出粉噴樁承載力。

針對復(fù)合地基區(qū)域粉噴樁承載力進(jìn)行設(shè)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(shù)；fsk——復(fù)合地基下臥層的承載力特征值（kPa）。

粉噴樁加固設(shè)計中還應(yīng)對穩(wěn)定性進(jìn)行驗算，根據(jù)復(fù)合地基穩(wěn)定度、粉噴樁承載力、土體應(yīng)力等數(shù)值進(jìn)行綜合計算，同時還應(yīng)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(jù)粉噴樁預(yù)期方案與設(shè)計數(shù)值，逐步推導(dǎo)樁基置換率、抗剪強度、復(fù)合地基承載力以及地基穩(wěn)定性等。粉噴樁復(fù)合地基設(shè)計步驟及內(nèi)容見表1所示。

3 高速公路軟基處理中粉噴樁加固技術(shù)要點

3.1 施工準(zhǔn)備

在粉噴樁加固施工準(zhǔn)備階段，需要做好各類材料的質(zhì)量檢查，還應(yīng)保證機械設(shè)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(rèn)是否符合工藝要求，且硅酸鹽水泥不可受潮與結(jié)晶，否則會影響施工質(zhì)量。與此同時，還應(yīng)準(zhǔn)備空壓機、粉噴樁鉆進(jìn)設(shè)備，根據(jù)軟基施工情況制定準(zhǔn)備方案，如軟土地基的土質(zhì)、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(biāo)審核完畢后，應(yīng)對施工團(tuán)隊進(jìn)行技術(shù)交底，使工作人員掌握粉噴樁技術(shù)要點，還應(yīng)根據(jù)粉噴樁試驗結(jié)果，對水泥配合比與細(xì)節(jié)摻量進(jìn)行調(diào)整，確保水泥無側(cè)限抗壓強度滿足施工要求[1]。此外，還應(yīng)保證粉噴樁施工機具滿足要求。粉噴樁施工機具準(zhǔn)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(jìn)行規(guī)范化處理，具體工作內(nèi)容有調(diào)整排水設(shè)施，清理軟基表面的雜草、垃圾、廢棄物等。當(dāng)軟基中存在低洼地域時，還應(yīng)根據(jù)土質(zhì)情況進(jìn)行填土作業(yè)，隨后對軟基表面進(jìn)行碾壓處理，使地面的承載力與平整度符合軟基施工標(biāo)準(zhǔn)，為后續(xù)粉噴樁施工奠定基礎(chǔ)。尤其是在軟基壓實階段，應(yīng)保證整體壓實度≥85%。

場地處理完畢后應(yīng)進(jìn)行放線定位，以確定粉噴樁鉆進(jìn)位置，該環(huán)節(jié)應(yīng)借助相應(yīng)儀器，工作步驟如下：

（1）利用全站儀等設(shè)備進(jìn)行定樁測量，同時用水準(zhǔn)儀確定粉噴樁的標(biāo)高。

（2）根據(jù)鉆進(jìn)區(qū)域的地質(zhì)情況，對軟基區(qū)域進(jìn)行特殊標(biāo)注，加強對軟基區(qū)域鉆進(jìn)作業(yè)的質(zhì)量檢測[2]。

（3）反復(fù)檢查定樁后各樁之間的距離，根據(jù)預(yù)期施工方案進(jìn)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(jìn)作業(yè)前還應(yīng)進(jìn)行成樁試驗，明確粉噴樁的規(guī)范性，測試過程中應(yīng)進(jìn)行不少于5根的鉆進(jìn)檢測，整個過程需詳細(xì)記錄軟基的變化情況，之后對成樁數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合討論，判斷預(yù)期方案的可行性，這樣可以從根源避免施工質(zhì)量問題，同時為后續(xù)鉆進(jìn)施工提供規(guī)范性的步驟標(biāo)準(zhǔn)[3]。

3.3 鉆進(jìn)作業(yè)

粉噴樁鉆機就位前，應(yīng)根據(jù)成樁測試結(jié)果進(jìn)行合理調(diào)整，復(fù)測樁位，避免鉆進(jìn)施工中的樁位移動。鉆機就位過程中還應(yīng)規(guī)范安裝鉆機，對鉆機水平高度進(jìn)行檢查，確保鉆機處于水平穩(wěn)定狀態(tài)。此階段操作人員應(yīng)通過水準(zhǔn)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(nèi)，并且對鉆機支座處安裝鋼板加固，進(jìn)一步提升設(shè)備的穩(wěn)定程度。該文以案例工程K3+200～K3+750段粉噴樁加固設(shè)計方案為例，根據(jù)該施工段軟土地基組成情況及承載力，制定相應(yīng)的鉆進(jìn)設(shè)計參數(shù)，具體如表3所示。

根據(jù)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(zhì)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(shù)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(dǎo)致鉆孔側(cè)摩擦力與鉆孔成端摩擦力產(chǎn)生差異，同時在鉆進(jìn)過程中還應(yīng)考慮基地摩擦系數(shù)。

粉噴樁鉆進(jìn)施工應(yīng)依靠空氣壓縮機與鉆進(jìn)電機共同完成，鉆進(jìn)中應(yīng)準(zhǔn)確控制設(shè)備的工作狀態(tài)，保證鉆進(jìn)設(shè)備的均勻、恒速施工，設(shè)備電壓與電流應(yīng)分別保證380 V與80 A，具體鉆進(jìn)要求如下：

（1）鉆桿的轉(zhuǎn)速應(yīng)控制在45～70 r/min之間，鉆進(jìn)速度控制在2.8 m/min以內(nèi)，隨著鉆桿逐漸接近孔底，鉆速應(yīng)持續(xù)降低，最終減速至0.8 m/s，然后進(jìn)行反轉(zhuǎn)提升。

（2）按照三角定點方式完成樁體的固定，按照施工規(guī)范進(jìn)行鉆進(jìn)作業(yè)，鉆進(jìn)中應(yīng)保證噴射裝置的通暢度，避免產(chǎn)生堵塞問題而影響施工質(zhì)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(huán)節(jié)，直接影響工程整體質(zhì)量，具體施工內(nèi)容如下：

（1）應(yīng)嚴(yán)格按照成樁測試標(biāo)準(zhǔn)檢查水泥用量，同時將噴粉量控制在35～60 kg/m之間，攪拌環(huán)節(jié)的水泥用量應(yīng)偏多于成樁水泥總量。

（2）噴粉作業(yè)時，嚴(yán)格遵守平穩(wěn)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(yīng)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(dāng)鉆機提升至距樁頂部30 cm時應(yīng)停止噴粉作業(yè)。

（4）粉噴完成后還應(yīng)持續(xù)進(jìn)行攪拌工作，通過復(fù)拌使軟土地基、水泥、固化劑充分融合，以提高整體穩(wěn)定度。

（5）粉噴樁施工中如發(fā)現(xiàn)不合格的樁，應(yīng)重新進(jìn)行鉆進(jìn)與粉噴作業(yè)，直至全部合格為止。

（6）粉噴成樁完畢后，應(yīng)對各施工段沉降監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)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(shù)值與樁長度情況，為后續(xù)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(jù)表4監(jiān)測結(jié)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(jìn)行粉噴樁加固前的沉降量為29.0～54.0 cm。經(jīng)過粉噴成樁處理后，該路段的沉降量為6.0～9.0 cm，側(cè)面反映了粉噴樁技術(shù)的加固效果。

3.5 質(zhì)量檢驗

當(dāng)工程軟基粉噴樁加固施工完畢一段時間后，還應(yīng)針對粉噴樁再次進(jìn)行質(zhì)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(biāo)準(zhǔn)貫入式檢測法，采取定性與定量相結(jié)合方式，根據(jù)粉噴樁試件的各項檢測數(shù)值進(jìn)行綜合評定，進(jìn)而為后續(xù)施工提供數(shù)據(jù)支持。

4 粉噴樁加固技術(shù)應(yīng)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(jìn)行檢測，歸納總結(jié)各粉噴樁的樁徑、樁長、累計沉降、設(shè)計荷載、最大試驗荷載以及抗壓極限承載等數(shù)據(jù)，具體如表5所示。

根據(jù)表5檢測結(jié)果可知，在案例工程K3+200～K3+750段粉噴樁施工作業(yè)后，設(shè)計荷載、最大試驗荷載與預(yù)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(shè)計參數(shù)要求。

5 結(jié)論

綜上所述，在公路軟土地基段應(yīng)用粉噴樁加固技術(shù)，能夠加強傳統(tǒng)樁基應(yīng)用質(zhì)量，避免施工中與后續(xù)的沉降情況，對于施工質(zhì)量具有良好的促進(jìn)作用。該文以具體工程為例，首先提出粉噴樁加固技術(shù)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(shù)要點，最后對施工成果進(jìn)行檢測。具體結(jié)果如下：施工段粉噴樁的設(shè)計荷載、最大試驗荷載與預(yù)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(shè)計參數(shù)要求，能夠保證案例工程的順利開展。

參考文獻(xiàn)

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