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)
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、裂縫的路段長達到120 m,縱橫裂縫均有,以縱向裂縫為主,裂縫寬度最大達0.30 m,沉降量最大達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。
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。
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?,只能采取Ⅱ級探井樣,而Ⅱ級探井樣受擠密,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。
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。
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。
大呼高速公路運行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行巖土工程治理。
根據(jù)上級和甲方要求,施工不得影響交通運行,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)量及進度,施工中采取的一系列相應(yīng)措施保證了施工正常進行。
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,3臺ZJB(BP)系列高壓注漿泵,3輛10 m3水車,1臺挖掘機,2輛運渣車。
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。
表1 各路段治理情況、工作量及水泥用量
(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。為了增強止水防滲效果,在護坡路面端部先打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。
根據(jù)甲方要求,施工中不得影響路段的交通運行,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。因運行的大貨車離作業(yè)的設(shè)備很近,在進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。
因施工在高速原路面進行,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。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)護欄用薄鐵皮及塑料布圍堵成漿液坑,給施工帶來較大不便。
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)實際情況進行操作,根據(jù)危害程度進行樁孔布置,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。
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),由于外來水是從護坡端部侵入路基體,護坡端部形成的防滲帷幕墻嚴(yán)把質(zhì)量關(guān),增強路基的水穩(wěn)定性。其樁孔布置據(jù)實際情況進行調(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)加強現(xiàn)場的檢查校核,經(jīng)常檢查鉆機安裝的水平校核,也即進行鉆孔的垂直度校核,一旦發(fā)現(xiàn)鉆機安裝水平偏差超標(biāo),應(yīng)及時進行糾正。進入硬層時,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)鉆法進行糾正,或者鉆桿上下往復(fù)活動的形式進行孔壁修正。
(5)樁體垂直度<1%,樁孔偏差<3 cm。
施工期間先后將前期施工的樁體隨時進行開挖驗收,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強達到預(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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