孫鵬旭

(山西省交通新技術發(fā)展有限公司 太原 030006)

0 引言

高壓旋噴樁是利用專用設備成孔后，鉆桿提升旋轉過程中噴射漿液與周圍土體切削、攪拌混合而成的圓柱體水泥土混合加固體。根據(jù)噴射方法的不同，分為單管法、雙管法、三管法和多管法，該注漿工藝具有施工占地面積少、對周邊擾動小、噪聲低、施工速度快、成本較高等特點，加固強度和水泥含量、水泥漿稠度、土質和噴射速度有關，適用于大部分土質，在砂性土中加固效果尤為顯著[1]。該工藝被廣泛應用于地基基礎加固或基礎補強中。

本文依托山西省河津市G5京昆高速公路侯禹段新209國道大橋橋臺病害維修處治工程，介紹高壓旋噴樁的施工工藝，為今后同類工程提供參考。

1 工程概況

G5 京昆高速公路侯禹段(簡稱“侯禹高速”)是山西省高速公路網(wǎng)規(guī)劃“三縱十二橫十二環(huán)”中第十一橫(陵川營盤至河津禹門口)的一段，也是國家 G5 京昆高速的重要組成部分，全長 65.561km，2006年12月28日建成通車，該路起于臨汾市襄汾縣南史威村，止于陜西省韓城市大前村，途經運城市的新絳、稷山、河津等3個縣市。全程采用雙向4車道高速公路建設標準，設計時速120km/h，路基寬度28m。

新209國道大橋位于侯禹高速公路K830+908處。橋梁全長100m，上部結構采用雙孔30m+40m+30m預應力混凝土連續(xù)箱梁，下部結構采用柱式墩、肋板式臺、樁基礎。設計荷載：汽車超-20級，掛車-120級。橋面橫坡為雙向2%，縱坡1.6%。

侯禹高速公路自建成通車至今已 14 余年，經過長期運營，該橋0#臺、3#臺出現(xiàn)臺后路基沉降病害，同時，在日常維護過程中發(fā)現(xiàn) 0#臺、3#臺處梁體已與背墻接觸，梁體與背墻之間已無伸縮空間，部分防撞墻已擠裂、伸縮縫鋼梁擠死。

2 病害調查

新209國道大橋橋臺路基為填方路基，路基填高 8m，調查采用人工現(xiàn)場踏勘方式，發(fā)現(xiàn)該路段橋梁兩側臺背均出現(xiàn)不同程度的沉降病害，沉降長度為 25m。沉降病害發(fā)生后，公路養(yǎng)護部門對路面進行了加鋪找平處治，加鋪厚度約 40cm。由于路面不斷加鋪，導致相應路段波形梁護欄高度不足，存在安全隱患。

公路養(yǎng)護管理部分委托地質勘察單位對該橋梁兩側臺背沉陷位置采用美國地球物理測量系統(tǒng)公司(GSSI)生產的 SIR-4000 地質雷達進行探測，按車道縱向布置測線，共計完成地質雷達剖面16條，剖面長度合計為 480m。

根據(jù)探測結果發(fā)現(xiàn)，該橋梁兩側搭板長度均為8m，布線的16條中共發(fā)現(xiàn)異常11處，在新209國道大橋上、下行兩端均存在一定范圍的不密實區(qū)域，局部回填層頂面下沉量較大，達0.4m，見表1。此外在探測范圍內，地質雷達探測未見其他明顯異常不良現(xiàn)象。

表1 異常情況匯總表

3 病害原因分析

橋梁臺背填高約8m，根據(jù)地質雷達探測結果可知，臺背路基部分壓實不密實，導致運營中受荷載影響出現(xiàn)正常固結壓縮變形。原路基處于濕陷性黃土地區(qū)，原路基土存在較強濕陷性，建設期已對原地面進行強夯處治。路基固結壓縮變形后，路面出現(xiàn)下沉凹槽，結合該段落路線平縱情況，該路段位于下坡路段，路面徑流易匯聚于臺前，積水沿下沉段路面裂縫下滲后，導致路基填料黏聚力和內摩擦角變小、土體抗剪強度降低，進一步加劇了路基變形。

調查中未發(fā)現(xiàn)錐坡及臺后路基邊坡兩側有明顯向橋梁方向滑移現(xiàn)象，路基兩側邊溝完好未開裂，但路側邊坡拱形骨架內填土有明顯下沉現(xiàn)象，且前期設計勘察中臺后地勘鉆孔時未發(fā)現(xiàn)明顯滑移面，據(jù)此基本排除臺后土體沿原地面滑移推動橋臺變形的情況。

4 處治方案設計

4.1 高壓旋噴樁的特點

高壓旋噴樁通過射流作用強制改變原地面結構達到加固地層，固結質量高，適用范圍廣，對施工場地要求低，無須對地面進行開挖，施工簡便，耐久性好，材料來源廣泛、價格低廉，注漿材料主要采用水泥，無毒無害，施工設備震動小、噪聲低，與傳統(tǒng)的靜力壓漿工藝相比，優(yōu)勢明顯、效果顯著，符合現(xiàn)代工程建設和環(huán)境保護的要求[2]。

4.2 方案選擇

針對本工程橋臺臺后沉降，擬采用高壓旋噴樁進行加固處治，加固深度應深入穩(wěn)固土層不小于2m，高壓旋噴樁在加固土體過程中主要起到對土體改性的作用。高壓旋噴樁形成過程中，樁體附近的巖土受壓，漿液黏結松散的巖土形成一個整體，同時因旋噴樁的存在，使得樁間未加固土體在荷載作用下也由原來的無側限受壓狀態(tài)轉變?yōu)橛幸欢ㄟ吔鐥l件的應力狀態(tài)，擠密了土體，從而提高了樁間土的強度，使土體強度參數(shù)變大、滲透系數(shù)變小，故填土穩(wěn)定性得到增強。

高壓旋噴樁布樁形式為孔間距1.5m 的梅花形布置；采用水灰比為 1∶1(重量比)的水泥漿液，成樁直徑不小于50cm；旋噴樁采用單重管法施工，漿液噴射壓力為20～40MPa，旋噴速度20r/min，提升速度0.2～0.25m/min，噴嘴直徑2～3mm，漿液流量60～70L/min。

由于路基采用旋噴樁加固處治，對原有路基擾動較大，施工過程中及施工完畢后存在工后沉降情況，根據(jù)地質勘察結果及《公路軟土地基路堤設計與施工技術細則》(JTG/T D31-02-2013)規(guī)定，對本項目路基加固后沉降情況進行預估，經計算，工后沉降約為 5.0cm，滿足規(guī)范“橋臺與路堤相鄰處允許工后沉降≤10cm”的要求[3]。

5 高壓旋噴樁施工工藝

5.1 工藝流程

高壓旋噴樁施工工藝流程見圖1所示。

圖1 高壓旋噴樁施工工藝流程

5.2 施工工序

5.2.1 場地準備

首先對橋臺基礎需要加固的部位進行場地整理，做好周邊圍擋，防止施工垃圾和漿液流失污染周圍環(huán)境，并做好周邊排水設施，做好橋臺錐坡外臨時沉漿池的設置。

5.2.2 孔位放樣

按照施工圖紙位置和要求，確定樁號的位置，在樁位上用白灰做好標記，并標記好樁長。

5.2.3 鉆機就位

鉆機就位過程中，操作人員小范圍移動鉆機，校核鉆機的位置，保證鉆桿鉆頭與樁位的偏差小于50mm。鉆機定位后，用尺子和定位測錘進行校準，保證鉆桿的垂直度在1%之內。

5.2.4 鉆孔插管

按照設計圖紙做好準備工作后，開機前再次檢查設備的各項工作參數(shù)，待滿足設計要求后，按照施工工藝開始勻速鉆孔，中途做好鉆桿的接長工作，為防止堵管，插管時要邊射水邊插管，水壓力為0.5MPa左右，直至達到設計標高，然后勻速旋轉、提升噴射管，自下而上旋轉噴射注漿[4]。

5.2.5 漿液配制

漿液的水泥應采用標號不小于PO 42.5的普通硅酸鹽水泥，水泥漿水灰比一般控制在1︰1左右，密度不小于1.53g/cm3。按照“先清水，后水泥” 的原料投放順序制作水泥漿，為保證水泥漿液均勻，每次水泥漿液攪拌時間應≥2min，水泥漿液轉入儲料罐前，保持勻速不停地攪拌，使用時過濾篩，篩除夾雜的雜質或塊狀物，防止堵管，影響施工質量[5]。

5.2.6 噴射注漿

噴射設備到達現(xiàn)場后，檢查加壓設備和各種管線，保證滿足施工要求。施工過程中，按規(guī)范要求和設計規(guī)定提前設置好各種參數(shù)，現(xiàn)場技術員應注意設備壓力、轉速、流量等參數(shù)，按30min觀察記錄一次，出現(xiàn)異常時，及時查明原因并采取補救措施。

噴射時，控制好壓力，待達到規(guī)定壓力后噴漿旋轉1～3min，使?jié){液和土體充分攪拌，之后緩緩提升鉆桿，同時反向旋轉，使壓力為 20～40MPa，旋噴速度 20r/min，提升速度 0.2～0.25m/min，待噴射至距離樁頂1m時，為保證樁頂密實均勻，應放慢旋噴速度，旋噴30s后再向上緩慢提升0.5m，必要時進行樁頂復噴[6-7]。

5.2.7 沖洗移位

待完成一根樁后，移至下一樁位，待全部樁完成后，將水泥漿液換成水進行噴射，清洗機械設備和管道，防止?jié){液在設備、管道中凝固。

5.2.8 技術優(yōu)勢

高壓旋噴樁對處理橋臺沉降具有較好的應用效果，但是該技術在不同地質條件下適用的工藝參數(shù)有所差別，如參數(shù)控制不當，施工過程中返漿現(xiàn)象嚴重，造成材料浪費，對環(huán)境也會造成污染。

針對以上不足，重點在施工前進行試樁試驗，根據(jù)軟土地質特點，對工藝參數(shù)進行優(yōu)化，得出漿液配比1∶1，壓力20MPa，旋噴速度20r/min，并以0.2～0.25m/min的速度勻速緩慢提升管道，可以使返漿現(xiàn)象控制在有效范圍內。同時現(xiàn)場設置沉淀池，防止?jié){液漫流，最后將沉淀后的水泥漿回收攪拌，作為臺后回填材料，杜絕浪費，且保護周邊環(huán)境。

5.3 注意事項

(1)成樁過程中，為保證樁與樁之間能夠咬合，可以使用“打一跳一”的方法。

(2)正式施工前，應做至少3根試驗樁，驗證施工工藝，確保各項工藝參數(shù)滿足要求后，方可施工。

(3)噴射施工過程中，注意孔內返漿情況，冒漿量控制在注漿量的20%為宜，超過20%或者完成不返漿時，應及時分析原因，解決后再繼續(xù)施工[8]。

(4)施工過程中，及時監(jiān)測樁機垂直度，避免因沉陷或震動導致樁位傾斜，影響成樁質量。

6 成樁質量檢測

6.1 多維非線性固結沉降公式理論

同一種土層，假定土體為均勻、連續(xù)、各向同性的增量彈性體，土體應力增量與應變增量滿足廣義虎克定律，土體在多維固結變形情況下的豎向應變與側限條件下的豎向應變成正比[9]。應用多維非線性固結沉降公式計算橋臺地基加固前、后的固結沉降曲線如圖2，由圖2可知橋臺地基加固前最終沉降量為140mm，加固后最終沉降量為50mm，因此橋臺地基經高壓旋噴樁加固后，復合地基的模量較加固前提高了2.8倍[10]。

圖2 固結沉降曲線

6.2 破壞性開挖檢測

施工后對成樁進行開挖，其結果表明，樁徑基本都超過500mm，最大超過700mm，滿足設計要求，達到了預期的效果。

7 結語

京昆高速侯禹段新209國道大橋采用高壓旋噴樁施工工藝，徹底根治了橋臺基礎沉降的問題。該方法具有處治效果顯著、施工便捷、噪聲小、對周邊干擾小等特點，在高速公路橋臺基礎沉降病害處治中達到了預期的效果。對于地質特性較差、容易沉陷地段的處治方案比選時，應優(yōu)先考慮高壓旋噴樁，該工藝具有較高的競爭優(yōu)勢和推廣價值。