【摘 要】在高速公路建設(shè)過程中，遇到不良地質(zhì)情況（如軟基、溶巖等）是普遍現(xiàn)象。為確保工程質(zhì)量，應(yīng)根據(jù)不同情況采用不同的施工技術(shù)和方案進行控制。本文通過具體實例，介紹了擠密砂樁、粉噴樁兩種主要軟基處理方法及質(zhì)量控制措施。

【關(guān)鍵詞】不良地質(zhì)；軟基；擠密砂樁、粉噴樁；高速公路

0.前言

隨著經(jīng)濟發(fā)展的需要，高速公路建設(shè)穿山過嶺，覆蓋范圍不斷延伸。面對建設(shè)中遇到的不良地質(zhì)特別是軟基問題，應(yīng)引起足夠重視。

在軟土地區(qū)進行路基施工，要充分考慮路基的穩(wěn)定性和建成后的剩余沉降情況。應(yīng)通過地基處理技術(shù)解決軟土問題。當前，處理地基軟土技術(shù)有很多，各有特點和優(yōu)勢，在具體施工中，要根據(jù)工程所在地質(zhì)具體實際，確定合適的施工技術(shù)和方案，對施工各階段進行施工質(zhì)量控制，確保工程達標。在此主要介紹擠密砂樁、粉體攪拌樁加固軟土的施工技術(shù)，兩種方法的優(yōu)缺點作個比較。

1.具體工程介紹

閩贛界某高速公路合同段，長33.2km，根據(jù)工程勘察情況，其中有兩段軟土路基，樁號范圍分別為：K5+150～K6+355、K10+550～K11+705。地質(zhì)鉆探數(shù)據(jù)表明，兩段軟土路基主要地層為淤泥及沙夾淤泥層，下層為殘積粘性土等。按設(shè)計要求，K5+150～K6+355段軟土層厚度為10～15米，采用粉噴樁進行地基加固，K10+550～K11+705段軟土層厚度為6～8米，采用擠密砂樁進行地基加固。

1.1擠密砂樁施工工藝及質(zhì)量控制

本公路合同段擠密砂樁軟基路線長1.155公里，起止樁號為K10+550～K11+705，由于施工段淤泥層厚度不均勻，樁距也有所變化。本工程擠密砂樁樁距為1.1m樁， 樁徑0.5m；樁長控制在樁位5～8.5m之間，呈梅花形布置，樁總數(shù)為13090根；按設(shè)計規(guī)定，砂樁長度深入持力層內(nèi)0.5m，單樁承載力不能小于300Kpa，復(fù)合地基承載力不能小于150Kpa。擠密砂樁軟基處理施工工期為3個月。

1.1.1擠密砂樁作用及原理分析

（1）擠密砂樁加固軟基，能起到以下三個作用：

①擠密作用：靠振動力將樁間土擠密，在擠密樁間土的過程中，砂樁本身也得到擠密。

②復(fù)合地基作用：由于密實的砂樁與樁間土共同構(gòu)成復(fù)合地基，復(fù)合地基承載能力有較大的提高。

③排水通道作用：擠密砂樁與砂墊層共同組成一個良好的排水通道，通過路堤的預(yù)壓，使地基得到固結(jié)。

（2）施工原理。

按照設(shè)計深度和間距打套管的方法形成砂樁，將管中的砂從管底部帶有活瓣管靴的鋼管沉入地下預(yù)定深度，然后引入壓縮空氣，邊振邊提或提提停停，將管中的砂從管底端活門壓出并不斷補充，直至形成擠密砂樁體。

形成樁體后，透過地基土的橫向擠密作用力，減小土的壓縮性，提高土的抗剪強度，改善軟土的粘性和固結(jié)。

1.1.2擠密砂樁施工

（1）施工機械及材料要求。

①施工機械：振動沉管樁機。

擠密砂樁施工選用浙江瑞安振沖機械廠生產(chǎn)的DZ60KSA振動沉樁機，內(nèi)置平底活頁式樁尖，并設(shè)有二次投料口，該機激振力為460KN，符合實際施工要求。根據(jù)機械能力安排6臺振動沉管樁機施工，可滿足工期要求。

②材料要求。

砂料控制：砂料進場前按驗標要求進行檢驗，要求為級配良好的中粗砂，其含泥量不得大于5%。用于擠密砂樁的砂材料不應(yīng)含有土塊、有機物或其他有害物質(zhì)。

（2）擠密砂樁施工工藝。

原地面清理→測量放樣→機具定位→樁管沉入→加料壓密→拔管→機具移位。

（3）施工過程。

①對樁位進行編號，以成樁先后為序，注明于布樁圖上，然后在場地上放線，用木樁定位，按序號施工避免張冠李戴。

②導(dǎo)管必須高出設(shè)計樁長3～5米，樁頭活頁平底式。

③樁機就位：首先檢查樁機的平整度和樁管的垂直度，檢查時采用全站儀按水平、垂直兩個方向進行檢查、調(diào)整，保證樁身的垂直度滿足驗標要求。進行樁位檢查時，套管橫向、縱向移動，使樁尖與樁位對中，樁位偏差滿足驗標要求。

啟動樁錘電機振動樁錘，使樁管下沉，套管下沉入土后，嚴格控制沉入深度，確保達到設(shè)計樁長。套管下沉過程中，應(yīng)沿導(dǎo)向架，并始終保持同導(dǎo)桿平行，如發(fā)生套管偏斜須及時扶正套管。

④灌砂：套管插入到設(shè)計標高時，開始上料，上料時控制灌砂量，按照設(shè)計砂量的1.1～1.2倍進行灌入，若套管中一次裝不下所要灌入的全部砂量，可以在振動擠密過程中補足。向管內(nèi)填砂的同時，向管內(nèi)通入壓縮空氣，利于砂排出樁外，若排砂不暢通時，可適當加大風壓，但當撥管快撥出地面時，減少風壓，防止砂料外飄。

⑤撥管、樁管下沉：第一次把套管提升80-100cm，提升時樁尖自動打開，套管內(nèi)砂料流入孔內(nèi)。按規(guī)定速度降落樁管，振動擠壓15～20s（觀察料斗中砂料變化，如砂料不減少，說明樁尖沒有打開，要繼續(xù)提升套管，直到樁尖打開為止）。

⑥在孔口部位進行反插。同時，應(yīng)在1m深度處進行額外的一次1米提出和再貫入。技術(shù)規(guī)范要求深度小于3米時套管的提出高度3米，再貫入深度2米。地面至深度3米位置套管的提出高度1.5米，再貫入深度1.0米。

⑦套管內(nèi)部的砂高度與套管端部之間的距離應(yīng)保持在超過1.5米。

⑧完成該樁灌砂量，套管提至地面，套管移到下一樁位。樁頭部位1m深度以內(nèi)要釬探密實。

⑨在砂樁施工過程中如果遇到障礙物打不下去要及時向工程師上報，并在50厘米范圍內(nèi)的鄰近位置重新打。如果在附近的位置繼續(xù)打樁，仍然與設(shè)計的不相符合，則請示工程師及業(yè)主的意見。

1.1.3質(zhì)量控制

擠密砂樁施工不當或技術(shù)要領(lǐng)把握不住，極易留下質(zhì)量隱患，嚴重影響處理效果。

（1）若灌砂量不足，砂的含水率不佳或加水量不足，就會引起成樁樁身密實度不足，引起疏松現(xiàn)象。因此要嚴格控制投砂量，樁管內(nèi)的加水量必須充足。

（2）沉樁時樁管豎直度不夠，或受鄰樁振沖影響，容易引起已成砂樁傾斜。因此成樁時要經(jīng)常校正樁管豎直度，相鄰樁應(yīng)間隔跳躍施工，避免相互間震動影響。

（3）樁底空松或樁底端料少或無料會引起短樁，沉管時遭遇局部硬土層或孤石，處理不當也會造成樁長不夠。如果遇到土層或孤石，處理方法最好是即時停機，在樁位旁邊試打，確定硬土層范圍，然后考慮變更在領(lǐng)位樁；拔管前必須灌滿砂料，并留振1min。

（4）三次投料不合理，反插深度和次數(shù)有誤會都會引起砂樁縮徑，必須改變投料量比例，改變反差深度和次數(shù)以滿足要求。

（5）斷樁是施工中常見病害，造成的原因有反插深度有誤、塌孔、卡管活頁打不開等。要嚴格按工藝性試樁提供的技術(shù)參數(shù)及成樁步驟控制拔管高度和拔管進度，否則易出現(xiàn)斷樁，不能保證樁身的連續(xù)性。要經(jīng)常整修活頁，使活頁開啟靈活打開，防止卡管。

（6）全過程實行旁站監(jiān)督，嚴格控制樁身垂直度、樁位偏差、樁長及砂料灌入量，作好施工記錄，并按照驗標規(guī)定的檢驗數(shù)量和檢驗方法對其進行檢驗，確保樁的質(zhì)量滿足設(shè)計要求。

（7）在施工過程中發(fā)現(xiàn)異常情況，應(yīng)及時反映給工程師，并會同有關(guān)的技術(shù)人員協(xié)商處理。

1.1.4施工中出現(xiàn)的問題及處理

成樁施工完成后，發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)隆起現(xiàn)象，高度約1.0～1.2m，表明土介質(zhì)含水量增高，施工擾動土介質(zhì)，土體強度下降。如不進行填土加載，復(fù)合地基功效不明顯。通過土體上方荷載作用，能使軟土地基承載力提高。

1.1.5施工體會

當我們在地表有硬殼且厚度達5～8m以上的軟土地段進行擠密砂樁施工時，發(fā)現(xiàn)效果理想，達到預(yù)期要求。

擠密砂樁具體價格實惠、原材料來源廣等特點，施工時沒有產(chǎn)生粉塵、噪音，對環(huán)境不會造成影響，其不足之處是預(yù)壓時比較長。

1.2粉體攪拌樁施工

本工程需要進行粉噴樁軟基處理施工的路段長1.205公里，起止樁號為K5+150～K6+355。

根據(jù)施工方案及設(shè)計要求，本工程粉體攪拌樁樁身的設(shè)計無側(cè)限抗壓強度為R28=0.8Mpa；R90=1.2Mpa。粉噴樁樁徑為0.5m；根據(jù)地質(zhì)情況，樁距定為1.3m，樁長8.5～19m不等，穿透軟土層并深入持力層（粘土質(zhì)礫石層）內(nèi)0.5m，呈梅花形布置，樁基總數(shù)為13656根，施工工期為4個月。

1.2.1粉體攪拌樁作用及原理分析

（1）粉體攪拌樁作用。

利用固化材料可提高加固土的早期強度，大大縮短工期，由于固結(jié)屈服應(yīng)力很大，故上部承重時，不會產(chǎn)生固結(jié)沉降。

（2）原理。

水泥粉噴樁主要原理是通過專用的粉體攪拌機械向軟弱土層注入水泥粉狀加固原料，讓加固材料與軟弱土混合、壓密，通過產(chǎn)生一系列凝聚、化學作用，達到強化樁基、提高復(fù)合地基承載力的效果。目前主要采用深層攪拌水泥粉噴樁技術(shù)對軟基進行加固。它通過粉體吸收軟土中的水分，將固化劑和原地基軟土就地攪拌混合，達到加固的目的。

1.2.2水泥粉噴樁施工

（1）主要施工機具及材料要求。

1）主要施工機具。

機具設(shè)備：噴粉樁機及配套水泥罐、灰罐及噴粉系統(tǒng)、空氣壓縮機等。噴粉樁機由液壓步履式底架、井架和導(dǎo)向加減壓機構(gòu)、鉆機傳動系統(tǒng)、鉆具、液壓系統(tǒng)、噴粉系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)等部分組成。根據(jù)機械施工能力，采用6臺PH-5B深攪鉆機，可滿足工期要求。

2）材料要求。

①噴粉使用的粉體固化劑為32.5級普通硅酸鹽水泥，水泥具有出廠質(zhì)量保證單，確保在有效期內(nèi)使用，并按規(guī)范抽檢頻率抽檢合格，嚴禁使用過期、受潮、結(jié)塊變硬的劣質(zhì)水泥。

②粉噴樁加固土室內(nèi)配合比試驗已完成，試驗配合比批復(fù)為：每延米水泥用量為55kg。

（2）施工工藝。

原地面整理→測量放樣→機具定位對中→鉆進→噴粉攪拌提升→復(fù)拌→機具移位。

（3）施工過程。

①定位：平整場地將攪拌機移到樁位調(diào)平機位、對中。

②預(yù)攪鉆進下沉：啟動攪拌鉆機，使鉆頭正向轉(zhuǎn)動鉆進勻速下沉至設(shè)計標高為止。

③噴粉攪拌提升，當深層攪拌機下沉到設(shè)計深度時開啟空壓機待氣粉混和物到達噴口時按確定的提升速度開動鉆機反鉆邊噴灰，邊提升攪拌機。

④重復(fù)攪拌：攪拌機噴灰反轉(zhuǎn)提升至原地面以下50cm時，關(guān)閉空壓機。為使軟土和固化劑攪拌均勻，再次將攪拌機鉆進下沉，直至設(shè)計深度，再將攪拌機按規(guī)定速度反轉(zhuǎn)提升出地面。

⑤移位，準備打下一根樁。

1.2.3質(zhì)量控制

（1）做好粉體攪拌樁的質(zhì)量控制，應(yīng)從施工機械、加固料、施工工藝等方面進行分析與控制，并嚴格執(zhí)行，以保證效果達到預(yù)期要求。

（2）在進行粉體攪拌樁施工前，應(yīng)通過室內(nèi)配合比試驗，確定施工所用噴粉量。

（3）水泥摻入量應(yīng)依土樣天然含水量、孔隙比的不同而定。本工程經(jīng)反復(fù)試驗，確定每為摻灰量45Kg、55Kg、65Kg均能滿足28d強度要求，實際施工摻灰量采用55Kg/m。

（3）每根樁開鉆后必須連續(xù)施工，嚴格控制噴灰及?；視r間，不得間斷，嚴禁在尚未噴灰的情況下進行提升作業(yè)，以確保粉體樁的長度。

（4）如有故障等原因而中斷噴粉應(yīng)記錄中斷深度，必須進行復(fù)打，重打重疊段不小于1.0m。

（5）經(jīng)粉體攪拌樁施工處理的地基，必須在施工完成30d后，才能進行填土及其它構(gòu)造物的施工。

1.2.4施工體會

該施工方法的特點是能有效利用原土，攪拌時地基土側(cè)不會外擠，施工不會產(chǎn)生噪音、振動、污染。此外，加固后土體重度基本不變，不會產(chǎn)生沉降。

1.3本工程軟基處理方法技術(shù)分析

1.3.1擠密砂樁與粉體攪拌樁兩種軟基處治的技術(shù)比較詳見表1

表1 技術(shù)比較

由表1分析可以得出以下結(jié)論：

（1）依據(jù)施工工期要求，擠密砂樁預(yù)壓期要比粉噴樁明顯長，差不多近3倍。

（2）當路堤填至設(shè)計路槽高度后采用等載預(yù)壓，擠密砂樁沉降量明顯高于粉噴樁。

（3）粉噴樁的單樁承載力及復(fù)合地基承載力只要達到齡期后就能滿足設(shè)計與使用要求；而擠密砂樁必須在預(yù)壓排水固結(jié)完成后，才能達到設(shè)計與使用要求。

1.3.2由本段實測沉降觀測值（見表2）

表2 沉降觀測記錄

可以看出擠密砂樁的沉降量明顯高于粉噴樁。在相同的開始時間觀測（表中2月份），粉噴樁的沉降量在第7個月（表中8月份）基本穩(wěn)定，而擠密砂樁的沉降量在第10個月（表中11月份）才基本穩(wěn)定。

從目前省內(nèi)軟基施工的情況來看，凡是采取排水固結(jié)方式處理軟基的，其固結(jié)時間均較長，大部分地段完工后繼續(xù)沉降，時間有的數(shù)年之久。因此從技術(shù)上比較，粉噴樁更能滿足高速公路的使用要求。

1.3.3兩種施工方法的經(jīng)濟效益分析

通過本工程完成后，對比兩種施工方法的成本分析，得出以下結(jié)論：

（1）粉噴樁預(yù)壓期比擠密砂樁施工期短，能使工期減小，施工進度加快，使工程提早完成，盡早產(chǎn)生經(jīng)濟效益和社會效益。

（2）從沉降量對比分析可發(fā)現(xiàn)，擠密砂樁沉降量比較大，導(dǎo)致土方成本增加，沉降量與土方成本成正比。

（3）從樁單價成本分析，粉噴樁比擠密砂樁高，但在相同面積時，擠密砂樁施工樁位布置比粉噴樁位置密。就本工程而言，雖然擠密砂樁單樁每米單價雖然比粉噴樁少，但單位面積樁的總價比粉噴樁高近40%，因此擠砂樁的造價明顯比粉噴樁高。

2.結(jié)束語

目前在高速公路建設(shè)中，通常采用擠密砂樁和粉噴樁作為治理軟基的施工方案。在制定道路軟基施工方案時，應(yīng)充分考慮工程所在地的具體地質(zhì)情況，特別是考慮預(yù)壓期、施工沉降量情況、每米樁長單價、處理后的地基承載力等多種因素。另外，還要進行技術(shù)與經(jīng)濟的對比分析，經(jīng)綜合研究后，確定合適的施工方案。

【參考文獻】

[1]公路軟土地基路堤設(shè)計與施工技術(shù)規(guī)范（JTGTD31-02-2013）.

[2]公路路基施工技術(shù)規(guī)范（JTGF10-2006）.