張曉敏

（京藏高速公路張家口管理處，河北 張家口 075000）

0 引言

路基修建時(shí)常會(huì)遇到膨脹土、軟土、鹽漬土等特殊路基，這些路基施工前需要對(duì)土質(zhì)進(jìn)行特殊處理，否則極易造成嚴(yán)重事故。尤其是在濱海地區(qū)，分布著眾多的河流與湖泊，導(dǎo)致地下土壤中含水率較高，土在這些地下水的長(zhǎng)期作用下，逐漸變成含有較多淤泥、泥炭的軟土，軟土由于含水率高、大孔隙、壓縮性高、承載能力低的特性，在軟土地基加寬施工過(guò)程中容易出現(xiàn)問(wèn)題。因此，本文依托實(shí)際工程，對(duì)項(xiàng)目工程土壤土質(zhì)、路基樣式、路面病害進(jìn)行調(diào)查分析，調(diào)查結(jié)果表明，原路基需要重新施工并且還要加寬處理[1]。

1 工程概況

1.1 原路基土質(zhì)調(diào)查

某高速公路位于平原地區(qū)，全線長(zhǎng)78km，設(shè)計(jì)車(chē)道為雙向四車(chē)道，設(shè)計(jì)車(chē)速100km/h，起點(diǎn)樁號(hào)為K2420+000，終點(diǎn)樁號(hào)為K2498+000，路基寬31m，路基平均填高4m，最大填高6m，最小填高3.2m。根據(jù)對(duì)此地段道路水文地質(zhì)探測(cè)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，項(xiàng)目路段所在地區(qū)軟土較多，其中粉黏土、軟土含量較多，約占49%，由于軟土含水率較高，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)疏松。據(jù)估算，軟土地基地段超過(guò)20km，約占20.1%。從地勢(shì)來(lái)看，工程區(qū)東高西低；道路在施工期間遇到淤泥質(zhì)黏土和松散粉細(xì)砂層，施工難度大，若處治不當(dāng)，極易引起服務(wù)期路基路面的開(kāi)裂情況，造成橋頭跳車(chē)和坑槽、裂縫等病害。對(duì)道路土質(zhì)物理性能和顆粒組成進(jìn)行試驗(yàn)研究，結(jié)果如表1所示[2]。

表1 試驗(yàn)路段土質(zhì)物理性能和顆粒組成

1.2 原路基路面調(diào)查

項(xiàng)目路段地形平坦，地下水位高、路基填土高度不一、地基長(zhǎng)期受地下水浸泡及海水沖刷等，因此需要提前做好相應(yīng)的處理措施。為確保本項(xiàng)目路基施工后可以長(zhǎng)期保持穩(wěn)定，本項(xiàng)目選取K2430+000—K2431+000標(biāo)段作為試驗(yàn)路段，并對(duì)此試驗(yàn)路段展開(kāi)研究，研究結(jié)果作為本項(xiàng)目施工的參考依據(jù)，以使整條道路路基沉降量較小，承載力可以達(dá)到設(shè)計(jì)要求。本項(xiàng)目工程高速公路路基樣式如表2所示，路面結(jié)構(gòu)層樣式如表3所示。

表2 高速公路路基樣式

表3 （續(xù)）

表3 高速公路路面結(jié)構(gòu)層樣式

1.3 原路面病害調(diào)查

該條公路于2000 年正式通車(chē)，道路交通量逐年遞增，且行駛在該條道路的重載貨車(chē)數(shù)量也隨之增加，導(dǎo)致路面出現(xiàn)不同程度損壞，對(duì)K2430+000—K2435+000進(jìn)行路面病害調(diào)查，調(diào)查結(jié)果如表4所示。

表4 原公路路面病害情況

2 施工工藝

為研究高壓旋噴樁技術(shù)加寬高速公路軟土路基對(duì)施工質(zhì)量的影響，本文選取項(xiàng)目工程K2430+000—K2431+000標(biāo)段作為試驗(yàn)路段，采用高壓旋噴樁技術(shù)進(jìn)行施工。

2.1 施工原理

（1）高壓噴射破壞土體

利用機(jī)器高壓噴射破壞軟土地基，但施工過(guò)程中高壓泵操作壓力不宜過(guò)大，應(yīng)根據(jù)復(fù)合地基承載力調(diào)整工作壓力，當(dāng)工作壓力高于25MPa 時(shí)，空氣中噴射力過(guò)大導(dǎo)致土體破壞；當(dāng)工作壓力低于5MPa 時(shí)，空氣中噴射力不足以沖毀土體，因此需要控制高壓泵工作壓力[3]，復(fù)合地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算如下所示：

式（1）中：fsp,k為復(fù)合地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值（kPa）；fk為天然地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值（kPa）；m為面積置換率（%）；n為樁體與土體應(yīng)力比；Ap為CFG 單樁截面面積（m2）；β為旋噴樁間土體強(qiáng)度折損系數(shù)，一般取0~0.5；Rk為旋噴樁單樁承載力標(biāo)準(zhǔn)值（kN）。

（2）水氣同軸破壞土體

由于只噴射水流破壞能力較大，在處理碎石層、黏土層和卵石層可以較好地破壞土層，但在處理軟土層時(shí)會(huì)對(duì)土層造成較大的損害，且隨著噴射時(shí)間增加，導(dǎo)致土體破壞的有效范圍大大減小，因此需要將高壓旋噴機(jī)器設(shè)置為同時(shí)噴射水流和空氣，噴射的空氣使土體周?chē)募?xì)小顆粒被吹走，改善水流噴射施工條件，并且還可以有效減小噴射阻力，降低能耗的同時(shí)，還可以增強(qiáng)高壓射流的破壞能力[4]。

（3）水泥與土的固結(jié)作用

經(jīng)過(guò)壓密過(guò)程和破壞過(guò)程，使土體發(fā)生破壞，水泥漿液從土顆?？紫断蛲馏w更深處流動(dòng)，最終凝固成型，增加土體密實(shí)度和強(qiáng)度。

水泥漿液噴射施工完成后土層內(nèi)部土顆粒會(huì)重新排列，由于噴射水泥，導(dǎo)致水泥與土形成的固結(jié)體內(nèi)部水泥的含量急劇增加，不同土壤顆粒與水泥形成的固結(jié)體強(qiáng)度不一樣，砂土與水泥形成的固結(jié)體的抗壓強(qiáng)度為10~20MPa，黏土和黃土與水泥形成的固結(jié)體抗壓強(qiáng)度為5~10MPa。

水泥與土形成的固結(jié)體內(nèi)部由于土壤顆粒數(shù)量較少，且還有氣泡存在，但是每個(gè)氣泡并不聯(lián)通，在外部包裹密實(shí)的水泥外殼，因此旋噴樁內(nèi)部具有很強(qiáng)的抗?jié)B透性。

2.2 施工要點(diǎn)

（1）施工前準(zhǔn)備工作：根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)工程量，對(duì)工期、工作安排、所需人員及施工設(shè)備進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)。隨后整平場(chǎng)地，安裝設(shè)備儀器。

（2）根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙并依據(jù)實(shí)際情況，計(jì)算水泥用量，制備并儲(chǔ)備水泥。根據(jù)理論計(jì)算和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，布孔位置通常選擇在軟土地基加寬路段，孔位布置法采用基層孔和土基孔雙層布法，由于本項(xiàng)目施工是路基加寬工程，故在布孔時(shí)考慮加固距，通常為1.3m 且呈“品”字形。

（3）使用XJ-100 型鉆孔機(jī)械，按照設(shè)計(jì)圖紙標(biāo)記的孔位進(jìn)行鉆孔施工，保證每個(gè)孔位深度達(dá)到施工要求，鉆孔直徑80~100mm，注漿深度根據(jù)注漿所需要的具體厚度確定。鉆孔工作完成后，清除每個(gè)鉆孔內(nèi)部的砂卵石等雜質(zhì)，采用噴射水流處理內(nèi)部雜質(zhì)，調(diào)整噴水壓力為3MPa，并且采取自下而上的方式進(jìn)行清掃，噴頭速度為0.1m/min。

（4）高壓旋噴水泥樁技術(shù)采用自下而上的方式進(jìn)行旋噴，旋噴速度為20r/min，調(diào)整噴頭壓力為25~35MPa。根據(jù)地質(zhì)條件適當(dāng)調(diào)整，遇到砂礫層時(shí)減小噴頭壓力，遇到碎石層、黏土層和卵石層應(yīng)增大噴頭壓力。注漿壓力控制在0.5~1.0MPa，當(dāng)壓力穩(wěn)定后再穩(wěn)壓1min 后卸壓漿管。施工時(shí)壓漿管不宜過(guò)長(zhǎng)，否則會(huì)由于施工時(shí)間過(guò)長(zhǎng)而導(dǎo)致漿液凝固堵塞管芯。

（5）為了滿足施工質(zhì)量和設(shè)計(jì)的要求，需要進(jìn)行復(fù)噴，采取提高噴射壓力與提升速度的措施。待漿液凝固后壓漿口采用水泥砂漿抹平封口，截?cái)酀B透水流。

2.3 路用性能檢測(cè)

（1）填筑高度

為研究旋噴樁注漿厚度對(duì)加寬軟土路基施工質(zhì)量的影響，本文選取工程K2430+000—K2431+000 標(biāo)段作為試驗(yàn)路段，采用注漿厚度為0cm, 50cm, 100cm,150cm, 200cm, 250cm 進(jìn)行路基加寬施工，施工完成，檢測(cè)K2430+000—K2431+000 標(biāo)段路基回彈彎沉值，檢測(cè)結(jié)果如表5所示，注漿厚度與路表回彈彎沉值關(guān)系如圖1所示。

表5 項(xiàng)目工程K2430+000—K2431+000路表回彈彎沉值

圖1 注漿厚度與路表回彈彎沉值關(guān)系

由圖1 可知，注漿厚度從0cm 增加到100cm，路表回彈彎沉值從384mm 減少到190mm，彎沉值減少率達(dá)58.6%；當(dāng)注漿厚度從100cm 增加到150cm 時(shí)，路表回彈彎沉值從190mm 減少到172.6mm，彎沉值減少率為9.1%；而注漿厚度從150cm增加到250cm時(shí)，路表回彈彎沉值在171mm 附近小幅度波動(dòng)，試驗(yàn)路段路表彎沉值隨著注漿厚度先增加后趨于穩(wěn)定，因此根據(jù)施工成本和工程質(zhì)量，推薦最佳注漿厚度為150cm。

（2）時(shí)間

為研究高速公路軟土路基加寬施工技術(shù)，本文選取工程K2430+000—K2431+000 標(biāo)段作為試驗(yàn)路段，在施工完成后第12d,30d,50d,80d到350d，通過(guò)路基加寬施工埋設(shè)的設(shè)備觀測(cè)路基橫斷面沉降量，檢測(cè)結(jié)果如表6 所示，觀測(cè)時(shí)間與路基橫斷面沉降量關(guān)系如圖2所示。

表6 項(xiàng)目工程K2430+000—K2431+000路基沉降量

圖2 不同時(shí)間路基沉降量

由圖2 可知，路基沉降量隨著時(shí)間的推移緩慢下降，在第0d 到第50d，路基沉降量從0 增加到1.5，此時(shí)旋噴樁強(qiáng)度并沒(méi)有完全形成，導(dǎo)致路基發(fā)生沉降，而第50d到220d，旋噴樁強(qiáng)度已基本形成，能夠較好地穩(wěn)固軟基，因此路基沉降量小幅度改變，但第270d 到350d，路基沉降量從2.6增加到3.8；對(duì)觀測(cè)時(shí)間與路基沉降量進(jìn)行線性分析：y=-0.3209x+0.1164,R2=0.9402，路基沉降量隨著時(shí)間的推移緩慢下降，因此要注意旋噴樁后期養(yǎng)護(hù)工作。

3 結(jié)語(yǔ)

本文依托具體高速公路建設(shè)項(xiàng)目，對(duì)軟土路基的加寬技術(shù)展開(kāi)研究，通過(guò)對(duì)軟土路基特性的調(diào)查和分析，選取高壓旋噴樁技術(shù)進(jìn)行施工，并進(jìn)行試驗(yàn)分析，發(fā)現(xiàn)試驗(yàn)路段路表彎沉值隨著注漿厚度先增加后趨于穩(wěn)定，根據(jù)施工成本和工程質(zhì)量，推薦最佳注漿厚度為150cm，在對(duì)軟基加寬后要加強(qiáng)后期養(yǎng)護(hù)工作。