王小剛

(定西公路管理局高等級公路養(yǎng)護管理中心,甘肅定西　743000)

淺析高壓旋噴樁技術(shù)在巉柳高速公路的養(yǎng)護與維修工程中的應用及推廣

王小剛

(定西公路管理局高等級公路養(yǎng)護管理中心,甘肅定西743000)

主要介紹了高壓旋噴樁在巉柳高速公路養(yǎng)護維修工程中對高含水量、承載力低的路基擠密效果及有效提高地基承載力的作用。

高壓旋噴樁巉柳高速路基處治

1　巉柳高速公路路況及項目簡介

國道主干線巉口至蘭州柳溝河高速公路(巉柳高速)是國家“五縱七橫”主骨架連云港至霍爾果斯公路(GZ45)在甘肅省境內(nèi)的主要組成路段，也是蘭州市東出口匯集三條國道交通流的公路運輸大通道。巉口至蘭州柳溝河高速公路起點為定西巉口以東約10公里的十八里鋪，終點在蘭州市和平鎮(zhèn)柳溝河(與柳忠高速相接)。定西公路管理局養(yǎng)護范圍為巉口以東約10公里的十八里鋪至土家灣隧道入口處，全長26.7km。自2006年以來，隨著我國經(jīng)濟的高速增長，交通量日益增大，重車比例大幅度增長，特別是近兩年，路線所在區(qū)域降雨量增加， 巉柳高速定西段路基沉陷病害凸顯，并產(chǎn)生了與之相伴的許多路面次生病害，主要表現(xiàn)為路基不均勻沉降、路基路面下沉、路面縱向拉裂、邊坡沖刷嚴重、排水設(shè)施塌陷等，嚴重影響了行車安全性與舒適性。

巉柳高速公路(定西段)2014年養(yǎng)護維修工程確定對病害嚴重的路基沉陷段XK 1779+700～XK 1779+810等3處進行綜合處治。經(jīng)現(xiàn)場勘查，該處路堤平均填高為3～5米，經(jīng)鉆探取樣，可得XK 1779+800處的地質(zhì)情況:路面下部1.8～2.8m范圍內(nèi)含水率為20%～27.3%，γ=21.5kN/m3，為平均液性指數(shù)Il=0.45，土的原狀空隙比e=0.65，由《公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》可查得該層位處的承載力120kPa;2.8m～6.0m的深度范圍，天然含水率均小于所在土層的塑限，γ=18.8kN/m3，且e的范圍處于0.6～0.8之間，經(jīng)查天然地基的承載力100～120kPa，總之該處路基工作區(qū)范圍內(nèi)濕度過大，承載力低。在施工方案的比選上，在與干拌碎石樁進行比較后最終確定采用在既有建筑和路基加固方面工藝成熟的高壓旋噴樁。本文結(jié)合相關(guān)試驗規(guī)程和文獻，通過室內(nèi)試驗和實際應用情況，對高壓旋噴樁在該項目上的使用情況進行了總結(jié)。

2　高壓旋噴樁技術(shù)簡介

表1　巉柳高速公路高壓旋噴樁施工樁號表

表2　高壓旋噴樁使用情況檢測

高壓旋噴樁是以高壓旋轉(zhuǎn)的噴嘴將水泥漿噴入土層與土體混合，形成連續(xù)搭接的水泥加固體。常用于既有建筑和新建建筑的地基加固處理，適用于處理可塑黏性土、粉土、砂土、黃土、素填土和碎石土等地基，可有效提高地基承載力。其基本原理是，高壓噴射流是高能高速集中和連續(xù)地作用于土體上，壓應力和沖蝕等多種因素總是同時密集在壓應力區(qū)域內(nèi)發(fā)生效應。因此，噴射流具有沖擊切割破壞土體并使?jié){液與土攪拌混合的功能。固結(jié)體的形狀與噴嘴移動的方向及持續(xù)噴射的時間有著密切的關(guān)系。當噴嘴一面旋轉(zhuǎn)和提升時，便形成圓柱狀或異型圓柱狀固結(jié)體;當噴嘴一面噴射一面提升時，便形成壁狀固結(jié)體。隨著土體的不斷被擠密，自由水也不斷減少，甚至消失，形成了一種特殊的水泥土骨架結(jié)構(gòu)，土的強度也隨之得以改善。

根據(jù)工程實際需要和機具設(shè)備條件，可分別采用單管法、二管法和三管法，加固體形狀可分為圓柱狀、扇形塊狀、壁狀和板狀;結(jié)合本項目實際情況，旋噴樁采用單管噴射注漿，使用漿液作為噴射流。在注漿前必須先鉆透原路面結(jié)構(gòu)層(總厚度63cm)，之后在原路基頂面開始設(shè)置7m長旋噴樁加固，旋噴樁設(shè)計樁徑50cm，樁間距1.5m x1.5m，按梅花形排列。

3　高壓旋噴樁的理論計算

復合地基承載力可按式(1)進行計算:

fspk——復合地基承載力特征值(kPa);

λ——單樁承載力發(fā)揮系數(shù)，宜按當?shù)亟?jīng)驗取值，無經(jīng)驗時可取0.7～0.9;本計算取0.8。

m——復合地基面積置換率，m=d2/de2;d為樁身平均直徑(m)，de為一根樁分擔的處理地基面積的等效圓直徑(m):等邊三角形布標de=1.05s，s為樁間距，經(jīng)計算m=0.15。

Ra——單樁承載力特征值(kN);

Ap——樁的截面積(m2);

β——樁間土承載力發(fā)揮系數(shù)，按當?shù)亟?jīng)驗取值，無經(jīng)驗時可取0.9～1.0，本計算中取1.0。

fsk——處理后樁間土承載力特征值(kPa)，應按靜荷載試驗確定;無試驗資料時可取天然地基承載力特征值，即取值120kPa。

根據(jù)室內(nèi)試驗結(jié)果與地質(zhì)勘察資料，旋噴樁加固地基后，單樁承載力按式(2)計算:

公式(2)中:

d——樁的平均直徑，取為0.50m;

n——樁長范圍內(nèi)所劃分的土層數(shù)，取為1;

hi——樁周第 i層土的厚度，取為7m;

qP——樁端天然地基土的承載力標準值，取120kPa。

AP——樁的截面積

代入以上數(shù)據(jù)，得

因此處治后，復合地基承載力為:

4　高壓旋噴樁單樁水泥用量計算

單根樁水泥用量計算公式為如下式:

其中:ρw 為水的密度，取1.0g/cm3;

dc為水泥相對密度，取3.0g/cm3;

a為水灰比，取1:1;

H為單根樁的長度，取7.0m;

V為注漿管提升的速度日，取20cm/m in;

q為噴射流量(L/m in)，取80L/m in;

β為損比系數(shù)，取0.15。

根據(jù)已知參數(shù)，計算可得單根樁所用水泥為:

在實際施工中可能出現(xiàn)與理論計算結(jié)果不符的情況，那是由于土質(zhì)變化等因素造成的，可根據(jù)實際情況作出相應調(diào)整并做好詳細施工記錄。

5　高壓旋噴樁施工材料要求及施工工藝

5.1材料

水泥采用42.5級普通硅酸鹽水泥，要求新鮮無結(jié)塊;注漿漿液:純水泥(添加水泥重量3%的水玻璃) 漿液;水泥漿水灰比采用1:1。水泥漿液在旋噴前半小時內(nèi)提前配置，并濾去硬塊、砂石，以免堵塞管路和噴嘴。

5.2施工機械

本項目采用單管法施工，主要機具設(shè)備包括:高壓泵、鉆機、漿液攪拌器等;輔助設(shè)備包括操縱控制系統(tǒng)、高壓管路系統(tǒng)、材料儲存系統(tǒng)以及各種管材、閥門、接頭安全設(shè)施等。

5.3工藝原理

旋噴樁系利用高壓泵將水泥漿液通過鉆桿端頭的特制噴頭，以高速水平噴入土體，借助液體的沖擊力切削土層，同時鉆桿一面以一定的速度旋轉(zhuǎn)，一面低速徐徐提升，使土體與水泥漿充分攪拌混合凝固，形成具有一定強度的圓柱固結(jié)體，從而使地基得到加固。

5.4工藝流程

機具就位——貫入注漿管，試噴漿——旋噴注漿——拔管及沖洗等。

5.5施工要點

(1)旋噴樁鉆孔樁徑為75mm，成樁直徑500mm，樁孔按等邊三角形布置，樁間距1.5m，樁長:扣除路面結(jié)構(gòu)層，從路基頂面往下7米。(2)注漿壓力:25MPa。(3)注漿噴射流按80～120(L/m in)控制，旋轉(zhuǎn)速度為16～20(rpm)，提升速度15～25(cm/m in)。應拔管封孔分層進行注漿，每層按1.5m考慮。不能用水泥砂漿。(4)施工前應通過現(xiàn)場試驗確定注漿參數(shù)，注漿量按實際情況作相應調(diào)整。(5)施工結(jié)束后，應對路面結(jié)構(gòu)層鉆孔填塞處治。

6　高壓旋噴樁施工中冒漿的處治

在旋噴過程中，往往有一定數(shù)量的土顆粒，隨著一部分漿液沿著注漿管管壁冒出地面，通過對冒漿的觀察，可以及時了解土層狀況，判斷旋噴的大致效果和斷定參數(shù)合理性等，一般而言，冒漿(內(nèi)有土粒、水及漿液)量小于注漿量20%為正常現(xiàn)象，超過20%或完全不冒漿時，應查明原因及時采取相應措施。(1)流量不變而壓力突然下降時，應及時檢查事故部位的泄漏情況，必要時撥出注漿管，檢查其封密性能;(2)出現(xiàn)不冒漿或斷續(xù)冒漿時，或系土質(zhì)松軟則視為正?，F(xiàn)象，可適當進行復噴;如果是附近有空洞、暗道，則應不提升注漿管，繼續(xù)注漿直至冒漿為止，或撥出注漿管待漿液凝固后，重新注漿直至冒漿為止，必要時采用速凝漿液，便于漿液在注漿管附近凝固。

7　高壓旋噴樁的施工檢驗

7.1質(zhì)量檢驗的主要內(nèi)容

(1)固結(jié)體質(zhì)量檢查，即做單樁整體均勻性、垂直度、有效直徑、長度、抗壓強度、滲透性、耐久性等測試。(2)單樁承載力或復合地基承載力試驗。(3)檢驗數(shù)量為孔數(shù)的2%～5%。注:施工前應通過現(xiàn)場試驗確定注漿參數(shù)，注漿量按實際情況作相應調(diào)整。

7.2檢驗方法

(1)開挖檢查，能比較全面檢查噴射固結(jié)體質(zhì)量，很好檢查固結(jié)體垂直度及形狀，一般施工完畢，凝固后即可開挖。(2)室內(nèi)試驗，現(xiàn)場取地基土，制作標準試件，進行各種物理力學性能試驗。(3)鉆孔檢查。進行取固結(jié)體芯樣，制作試件進行室內(nèi)試驗，鑒定是否符合要求;進行滲透試驗測定抗?jié)B能力;進行標準貫入試驗;進行旁壓試驗。(4)荷載試驗:包括平板荷載試驗與孔內(nèi)荷載試驗。

8　高壓旋噴樁在巉柳高速公路上的使用效果

巉柳高速公路微表處施工路段如下表1。

在進行高壓旋噴樁施工后，對施工路段進行了跟蹤檢測，在經(jīng)過8、9月份的雨季及大交通量考驗后發(fā)現(xiàn)道路各項路用技術(shù)指標依然良好，路基沉陷現(xiàn)象消失，路基承載力明顯得到極大提高，達到了預期的效果，滿足高速公路交通荷載的要求，具體檢測結(jié)果見下表2。

9　高壓旋噴樁技術(shù)的經(jīng)濟效益和社會效益

(1)高壓旋噴樁的單價分析。1)機械、人工費:52元/米，包括專業(yè)作業(yè)班組的施工機械及人工費。2)設(shè)備進出場費:2.5萬元，根據(jù)設(shè)計總量20494米，平均1.2元/延米。3)電費:1.3元/米。4)水泥用量: 182kg/米，水泥調(diào)撥價420元/噸，76元/米。5)試驗檢測費:完整性、均勻性、無側(cè)限抗壓強度2%取芯，2936×2%=59根，平均樁長20494/ 2936=7米，費用59×7×100=41300元;復核地基承載力2‰，2936× 2‰=6根，6×3200=19200元; 合計60500元，平均3元/米。另外人工配合、裝沙袋等費用未計。6)每延米總單價:133.5元。(2)高壓旋噴樁的施工周期短、機械化程度高，具有快速連續(xù)作業(yè)的強大優(yōu)勢，這對高速公路的養(yǎng)護而言具有更好的適應性，可以在不影響交通暢通的情況下連續(xù)快速作業(yè)，從而使高速公路最大限度的發(fā)揮其應有的經(jīng)濟效益和社會效益。

10　結(jié)語

綜上所述，可以看出高壓旋噴樁施工在軟土地基處治中的巨大社會和經(jīng)濟效益，在今后的養(yǎng)護事業(yè)中其必將得到更多的推廣、同時發(fā)揮其更大的價值。

[1]《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》----JGJ79_2002.

[2]《建筑地基基礎(chǔ)工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范》------GB50202-2002.

[3《]巉柳高速公路(定西段)2014年養(yǎng)護維修工程施工圖設(shè)計》.