劉尚俊

(廣西北部灣投資集團有限公司，廣西 南寧 530028)

0 引言

隨著近年交通流量的迅猛增長，眾多既有高速公路的通行能力和服務(wù)水平已趨于飽和狀態(tài)，導(dǎo)致交通運輸成本提高，在一定程度上制約著經(jīng)濟的發(fā)展，急需進行加寬改造。對于實施拼接加寬方案的改擴建工程，由于舊路基一般沉降已穩(wěn)定，對新路基沉降控制要求高，特別是軟基段，選擇經(jīng)濟合理的地基處理方式控制拼接加寬新路基的沉降，是高等級公路拼接加寬工程中的一個難題。南欽防改擴建工程中，部分拼接加寬段路基位于軟基上，軟土層多為軟塑-流塑狀，物理力學(xué)特征較差。由于改擴建工程工期緊張，為滿足施工沉降及施工工期要求，通過經(jīng)濟技術(shù)比選，采用素混凝土樁施工方案，成孔與灌注混凝土同時完成，施工速度快，滿足了工期要求，后期地基沉降小，拼接加寬部分與舊路基沒有出現(xiàn)差異沉降。

1 工程概況

南欽防改擴建工程設(shè)計為雙向4車道改8車道高速公路，項目位于廣西南部，與茅嶺江平行，沿線地形起伏較大，段落內(nèi)沖溝、洼地發(fā)育，呈條帶狀分布，局部路段分布密集。經(jīng)鉆探表明，拼接軟基土層分布為：表層以淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土為主，含有機質(zhì)，深黑色，軟塑-流塑，搖振反應(yīng)迅速，埋深為1.8～16 m；下臥層為粉質(zhì)黏土、砂礫、全風(fēng)化花崗巖，力學(xué)性質(zhì)較好。

2 軟基處理方案

目前在高速公路加寬工程中一般采用的地基處理方法有：預(yù)應(yīng)力管樁、EPS輕質(zhì)路堤、鉆孔灌注樁、CFG樁、干噴或濕噴深攪樁、排水固結(jié)兼堆載預(yù)壓、薄壁管樁、鉆孔灌注樁等。由于南欽防高速軟基拼接加寬工程工期緊張，軟基處理點多量大，采用預(yù)應(yīng)力管樁、EPS輕質(zhì)路堤、鉆孔灌注樁相對費用過高；采用CFG樁施工工藝較為復(fù)雜；采用粉噴樁方案由于軟土過深無法使用；采用排水預(yù)壓的地基處理方案無法滿足工期要求。通過經(jīng)濟技術(shù)比較，決定在軟基深度>2.5 m的路段采用素混凝土樁處理。

3 素混凝土樁的設(shè)計

3.1 計算方法

由于擴建工程舊路基沉降已趨于穩(wěn)定，對拼接新路基沉降要求較高，軟基按沉降量進行控制設(shè)計，并驗算復(fù)合地基的穩(wěn)定性和承載力。由于南欽防改擴建工程路線范圍內(nèi)拼接路基主要為一級坡，最高填土為8 m，沉降滿足要求，承載力一般能滿足要求。

素混凝土樁作為高粘結(jié)強度樁，樁身、褥墊層、樁間土共同形成復(fù)合地基，故采用復(fù)合地基的沉降理論進行計算，計算時把復(fù)合地基變形分為加固區(qū)的變形量S1和下臥層的變形量S2(下臥層變形量可忽略不計)。筆者借助宋法寶先生提出的復(fù)合模量方法，該方法將加固區(qū)中的樁和土體視為一種復(fù)合土體，將加固區(qū)土層分成n層，采用分層總和法計算。加固區(qū)土層變形量S1表達式為：

式中：ΔPi——第i層復(fù)合土上的附加應(yīng)力增量；

Hi——第i層復(fù)合土層的厚度。

Ecs通常近似采用面積加權(quán)平均法計算，即：

Ecs=mEPS+(1-m)Ess

式中：m——復(fù)合地基置換率；

EPS——樁體壓縮模量，EPS受各種因素影響相對較小，該工程近似取為固定值60 MPa；

Ess——樁間土壓縮模量，由土工試驗壓縮曲線根據(jù)不同的土層和壓力大小進行取值。

對于拼接加寬路段，沉降控制標(biāo)準(zhǔn)要滿足規(guī)范要求，同時要求新舊路基工后沉降基本一致。舊路基由于有新的附加荷載，需要進行工后沉降校核，新路基采用復(fù)合地基處理，處理得當(dāng)，后期沉降量小，新路基的加寬對舊路基的變形影響非常小。

3.2 設(shè)計方案

根據(jù)上文計算方法，結(jié)合軟基鉆探資料，對素混凝土樁進行設(shè)計，方案如下：

(1)樁徑、樁長：素混凝土樁的樁徑設(shè)計為50 cm，根據(jù)軟基深度控制樁長，并要求樁長進入持力層1～2 m，持力層取穩(wěn)定的堅硬土層或風(fēng)化基巖，采用長螺旋鉆孔、管內(nèi)泵壓混合料灌注成樁。其它施工數(shù)據(jù)通過試樁確定。

(2)樁距和平面布置：樁體平面布置形式采用等邊三角形，樁距d主要由承載力計算決定，一般取1.2 m，復(fù)合地基承載力根據(jù)路基填土高度而定，要求>150 kPa。平面布置詳見圖1～2。

(3)樁體強度：樁體強度室內(nèi)按混凝土標(biāo)號C15進行配制。

(4)褥墊層設(shè)計：采用雙層砂礫墊層共50 cm和雙向土工格柵，首先回填25 cm砂礫墊層，用壓路機壓實后，再鋪設(shè)一層雙向土工格柵，土工格柵上還需回填一層25 cm砂礫墊層。土工格柵采用TGSG40-40雙向塑料土工格柵，強度應(yīng)≥50 kN/m。采用良好的砂礫，含泥量≤3%，砂礫墊層設(shè)置1%外傾坡度，采用震動壓路機碾壓密實。土工格柵采用鐵絲綁扎連接。疊合長度>15 cm，鋪設(shè)時不允許有褶皺。

(5)新舊路基連接：將原舊路堤邊坡開挖成臺階狀，臺階寬度≥2.5 m，新舊路基搭接時需嚴(yán)格控制壓實度。

圖1 素混凝土樁處理斷面圖

圖2 素混凝土樁處理平面布置示意圖

3.3 素混凝土樁檢測

素混凝土樁的檢測包含樁身質(zhì)量檢測、單樁承載力檢測、復(fù)合地基承載力檢測。樁身質(zhì)量檢測采用低應(yīng)變法，單樁承載力檢測采用平板荷載試驗法，素混凝土樁復(fù)合地基承載力檢測按《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》(JGJ79-2002)執(zhí)行。

3.3.1 檢測頻率

低應(yīng)變法檢測數(shù)量為素混凝土樁總數(shù)的10%，靜載荷檢測數(shù)量為素混凝土樁總數(shù)的0.5%～1.0%，且不少于3點。

3.3.2 檢測方法

(1)樁距和樁徑采用鋼尺現(xiàn)場測量。成樁后3 d，按檢測頻率淺層開挖素混凝土樁，從地面向下開挖50 cm，然后測量素混凝土樁的樁徑。

(2)樁身垂直度通過鉆進時控制長螺旋管的垂直度進行控制，鉆進過程中每鉆進2 m檢查長螺旋管的垂直度，發(fā)現(xiàn)垂直度超出范圍后應(yīng)停機進行檢查，查明原因進行修正后可繼續(xù)進行施工。

(3)樁長的控制方法：在鉆機做醒目標(biāo)注，量測樁長，作為控制樁長的依據(jù)。

(4)按每臺班制作檢查試件，進行28 d強度檢驗。

4 質(zhì)量控制要點

4.1 試樁

素混凝土樁正式施工前應(yīng)進行試樁，以確定正式施工時的各項參數(shù)：

(1)樁機就位，在試樁過程中要注意調(diào)整樁機平整度和導(dǎo)向架的垂直度，保證素混凝土樁的垂直度偏差不得超過1%樁長，樁位偏差應(yīng)≤50 mm。泵料時，鉆桿提升速度控制在3.0 m/min，嚴(yán)禁先提鉆后泵料，確保成樁質(zhì)量。

(2)試樁施工過程中詳細(xì)記錄地層變化時電流變化以及進尺速度，作為日后正式施工參考。進尺速度按1 m/s、1.2 m/s、1.5 m/s進行控制，以確定合理鉆進速度；每進尺1 m記錄一次電流，最后記錄達到設(shè)計標(biāo)高的瞬時電流及鉆進時間。

(3)鉆孔至設(shè)計深度，泵送混合料，記錄混合料坍落度、混合料充盈系數(shù)。邊壓灌混合料邊拔管，拔管速度按2.0 m/min、2.5 m/min、3.0 m/min控制，確定合理拔管速度。

(4)每根樁混合料制作6組試塊，4組分別做3 d、4 d、5 d、6 d強度檢測，確定截樁頭時間；1組做7 d強度檢測，1組做28 d強度檢測。如有必要，應(yīng)對樁身進行低應(yīng)變試驗檢測。

4.2 樁頭的保護

(1)素混凝土樁施工完成之后，用粒狀材料或濕黏性土封頂，為了保護樁體不受擾動，同時為了防止人員掉入樁體中造成事故，需在樁體上方覆蓋長和寬各為1 m的紅木板。樁體終凝以后方可移走。

(2)樁體達到一定強度后(一般3～7 d)，方可進行清土。

(3)禁止重物橫向擊打樁體。

4.3 褥墊層施工

(1)素混凝土樁完成28 d后，進行上部土方清除，清土?xí)r注意當(dāng)接近素混凝土樁頂面附近時，應(yīng)采用人工或小型機械施工，嚴(yán)禁因為施工不當(dāng)導(dǎo)致樁身斷裂或嚴(yán)重位移。

(2)找出樁頂標(biāo)高位置，在同一水平面按同一角度對稱放置鋼釬，用大錘同時擊打?qū)额^擊斷；樁頭截斷后，用鋼釬、手錘將樁頂從四周向中間修平至樁頂設(shè)計標(biāo)高。

(3)清土及樁頭處理完成后，在樁間先用砂礫虛鋪，然后靜壓至設(shè)計厚度，壓實度不應(yīng)小于設(shè)計值。

4.4 可能發(fā)生的質(zhì)量問題及處理措施

(1)縮徑和斷樁：提鉆速度過快或采用連打作業(yè)時，新打樁對已打樁產(chǎn)生的擠壓作用，產(chǎn)生縮徑和斷樁。處理措施：嚴(yán)格控制提鉆和灌注速度，素混凝土樁施工采用間隔跳打法避免發(fā)生斷樁或縮徑現(xiàn)象；在跳打施工時應(yīng)及時清除成樁時排出的棄土，清土和截樁時，不得造成樁頂標(biāo)高以下樁身斷裂和擾動樁間土。

(2)樁體強度不均勻：拔管太慢或太快，都會使樁的端部樁體水泥含量較少，樁頂浮漿過多，而且混合料也容易產(chǎn)生離析，造成樁身強度不均勻。處理措施：鉆孔到位，停機后立即向管內(nèi)投料，直到混合料與進料口齊平。混合料按設(shè)計配合比要求配制，坍落度控制在3～5 cm之間，成樁后混凝土超灌50 cm，施工時嚴(yán)格控制鉆桿提拔速度和混合料泵的泵送量，混合料泵送量應(yīng)與拔管速度相配合，保證連續(xù)提拔，保證樁體連續(xù)、均勻密實。

(3)樁身摻土：提鉆速度與活瓣打開寬度不匹配，混凝土下落不充分，使用反插法，導(dǎo)致樁身摻土等缺陷。處理措施：禁止使用反插法，通過試樁確定活瓣打開的寬度和提鉆速度。

5 結(jié)語

南欽防高速公路拼接加寬工程處于較為深厚的軟基路段，經(jīng)過經(jīng)濟技術(shù)比較，采用了長螺旋施工素混凝土樁地基處理方案，施工后沉降小，路基穩(wěn)定性高。在南欽防高速軟基拼接施工中表明：長螺旋鉆孔素混凝土樁是軟基處理的一種有效方法，可適用于軟基深度≥2.5 m，填土高度>8 m，對地基承載力要求比較高的路段，施工后沉降小，路基穩(wěn)定性高，從技術(shù)層面能有效解決軟基處理不徹底造成的不均勻沉降及出現(xiàn)的縱向、橫向裂縫等質(zhì)量通病，避免了耗費大量人力、物力、財力來進行注漿等二次處理，節(jié)約成本，提高經(jīng)濟效益。