高压旋喷桩在运营中高速公路软基沉降处治工程的运用.pdf

与 建 材装 饰2016 年 2 月 高压旋喷桩在运营中高速公路软基沉降 处治工程的运用 陈春凤 （福建省高速公路有限责任公司漳州管理分公司） 中图分类号： U416.1文献标识码： A 文章编号： 1673-0038 （2016） 06-0249-02 随着国家对基础设施建设投入力度加大， 高速公路通车里程 也日益延伸，有些软基路段由于施工技术欠缺或管理不到位等 原因， 导致通车后发生不均匀沉降、 跳车等病害， 影响行车舒适 性和安全性。当前， 对于高速公路运营中出现软基不均匀沉降的 处治， 最常用的做法是用沥青混凝土面层进行调平处理， 但这种 方法治标不治本， 对于终年沉降不稳定的软基收效甚微， 虽经调 平、 沉降仍在继续， 会出现经常调平的现象。为了解决高速公路 软基在运营中出现不均匀沉降的问题，建设者们尝试引进广泛 运用于市政工程的高压旋喷桩地基处理技术。 高压旋喷桩是使用压力大、 转速快的喷嘴将水泥浆连续和集 中地作用在土体上，使注入的水泥浆和土拌合凝固形成新的连 续搭接的固结体。该技术虽然已在市政工程地基处理中得到应 用， 但在高速公路软基处治很少使用， 本文以沈海高速公路漳州 龙海段运营中软基处治工程为例， 从施工角度出发， 对高压旋喷 桩单管法的施工过程要求和质量控制进行阐述。 1 工程概况 沈海高速公路 BK2347+980EBK2348+150E 路段处于软土 地基， 当初建设时采用 CFG 桩复合地基处理技术， 该段于 2012 年 5 月建成通车后很快出现不均匀沉降， 路面出现不平顺、 跳车 等病害。2012 年 5 月2014 年 12 月期间， 养护单位先后三次对 该段路面进行调平处理， 由于沉降未稳定， 路基不均匀沉降仍继 续发展， 影响行车舒适度和安全。为了准确了解现场情况， 项目 业主委托地质勘查部门对该段路基进行地质补勘。现场补勘资 料显示， 本段软基地势较为平坦， 属于剥蚀丘陵间冲洪积谷地地 貌， 地层从上至下依次为： 素填土： 厚 01.5m、 堆积时间小于 10 年； 淤泥： 深灰色、 流塑、 饱和、 厚 1015m； 亚粘土： 灰黄 色、 灰色、 软塑、 厚约 7m。 根据地质勘查资料， 通过查看原 CFG 桩 设计桩长及施工记录， 发现 CFG 桩处理段落未穿透淤泥层， 桩底 仍有 34m 的淤泥， 沉降较大。 2 路基沉降加固方案的确定 为了能加快沉降稳定， 进一步协调沉降变形， 保证道路使用 质量及安全性，项目业主邀请原设计单位和专家召开软基处治 讨论会， 会议决定采取以下处理方案： （1） 根据测量资料， CFG 桩处理段落由于桩底淤泥层的存在， 沉降将长期发展。经过综合分析， 决定采用高压旋喷桩单管法对 BK2347+980EBK2348+150E 段落 CFG 桩的桩间软土和桩底软 土进行加固， 增强软土的强度和压缩模量， 从而减少和控制路基 沉降。高压旋喷桩采用桩径 0.5m、 桩间距 2.5m、 桩长 1116m 过 渡变化，要求水泥土固结体强度的 28d 无侧限抗压强度大于 2MPa。 （2） 根据路面实际情况， 待高压旋喷桩全部施工完成后， 对 BK2347+980EBK2348+150E 段落的路面进行铣刨， 采用沥青混 泥土混合料重新调整路面平整度。 3 高压旋喷桩施工过程要求及质量控制 3.1 施工材料和机械设备的选择 水泥采用 42.5R 早强型普通硅酸盐水泥， 要求新鲜、 不得受 潮和混入杂物且无结块。水采用干净水。水泥浆液宜在旋喷前 0.5h 以内配制， 使用时虑去硬块、 砂石等， 以免堵塞管路和喷嘴。 钻机采用 XP-20A 型旋喷钻机。该型钻机采用全液压技术， 钻进和施喷提升时使用无级调速模块，可以精确控制提升速度 且速值保持稳定， 从而保证了施喷成桩质量。该型钻机所需作业 空间小， 施工时操作方便， 刚好适用于本工程的施工环境。 3.2 施工准备 （1） 由于施工时要保证高速公路通行， 必须采用半幅通车半 幅施工的平面作业方式，施工前应向路政和交警部门办理施工 许可， 施工前要做好施工布控工作， 确保施工安全和行车安全。 （2） 根据施工平面图的要求， 联接施工用电、 接通施工用水、 开挖泥浆沉淀池。在施工作业面和行车车道分界处设置纵向防 泥挡板， 防止施工时冒出泥浆流向通行车道， 影响行车安全。 （3） 施工前必须先打试验桩， 以检验机具性能及施工工艺中 的各项技术参数， 其中包括最佳的灰浆稠度、 工作压力、 钻进和 提升速度等， 还应根据试验桩的成桩情况、 被加固土的性质， 确 定水泥掺入量， 最终确定施工参数。 3.3 施工工艺及参数 （1） 桩位现场定位误差不得大于 50mm， 若桩位与原 CFG 桩 相冲突， 可适当调整位置， 钻孔倾斜度不得超过 0.5%， 钻孔深度 误差不得超过 10cm。 （2） 施工参数： 旋喷桩直径 50cm， 水灰比 1.0， 浆液喷射压力 2225MPa， 提升速度 1520cm/min， 旋转速度 20r/min。 3.4 施工流程 （1） 孔位放样。 为了避免和原有桩位相冲突， 必须先找出原有 CFG 桩位置， 由于原 CFG 桩已被路基填土覆盖， 测定原 CFG 桩 位成为该环节的难点。为此， 工程技术员参照竣工图纸， 在两侧 路堤坡脚开挖寻找出原 CFG 桩， 从而测定原 CFG 桩位， 最终测 量待施工的旋喷桩孔位并用油漆标注在路面上。 （2） 引孔。 由于运营中的沥青混凝土路面结构层厚且坚硬， 在 其上面施工旋喷桩时， 旋喷钻机无法钻透坚硬的路面结构层， 须 用普通地质钻机引孔， 引孔直径为 11cm。 （3） 钻机就位。 根据引孔后的孔位进行钻机就位， 要求将钻头 对准孔位中心， 同时钻机平面应放置平稳、 水平。 （4） 水泥浆制备。根据施工速度选用高 80cm、 直径 110cm 的 泥浆搅拌桶拌合水泥浆液， 配制时， 先把水、 水泥根据设计配合 交通建设 249 与 建 材装 饰2016 年 2 月 比依次加入搅拌桶拌合约 1min 至均匀， 然后把搅拌桶配制完成 的水泥浆通过桶底阀门排往挖好的泥浆池。 （5） 钻孔。 在预定的桩位钻孔， 以便旋喷杆可以放置到设计要 求的地层中。 （6） 旋喷。钻孔到达设计深度时即可开始自下而上地进行旋 喷作业， 旋喷头部边旋转边上升， 此时旋喷作业系统的各项工艺 参数都必须严格按照预先设定的要求加以控制，并随时做好关 于旋喷时间、 用浆量、 冒浆情况、 压力变化等记录。 （7） 冲洗。 旋喷管被提升到设计标高顶部时， 该孔的喷射即告 完成， 将卸下的旋喷管逐节拆下， 进行冲洗， 以防浆液在管内凝 结堵塞。 （8） 移动钻机到下一孔位。 3.5 施工质量控制要点 为了确保工程质量， 一定要严格控制施工流程， 重视每一施 工环节。 （1） 施工前进行对每个作业工人进行技术交底， 让他们熟悉 机械设备操作规程、 掌握各项施工参数的控制方法、 明白施工质 量要求内容。 （2） 施工期间， 应安排责任心强的工程技术员进行全过程旁 站， 重点监督钻孔深度、 钻头提升速度、 高压泥浆泵压力和水灰 比等设计参数。 （3） 严格控制水泥浆配合比， 水泥浆质量好坏直接影响水泥 土固结体的强度， 应把拌制好的水泥浆排往水泥浆池， 清空搅拌 桶再继续拌制， 杜绝边拌制边加水泥边使用的作业方式。 3.6 施工注意事项 为了进一步提升高压旋喷桩的施工质量， 在施工时应当注意 如下几点： （1） 施工时， 对高压泥浆泵要全面检查和清洗干净， 防止泵体 的残渣和铁屑存在； 各密封圈应完整无泄漏， 安全阀中的安全销 要进行试压检验， 确保能在额定最高压力时段销卸压； 压力表应 定期检查， 保证正常使用， 一旦发生故障， 要停泵机排除故障。 （2） 高压胶管不能超过压力范围使用， 使用时弯曲应不小于 规定的弯曲半径， 防止高压管爆裂伤人。 （3） 高压喷射旋喷注浆是在高压下进行， 高压射流的破坏力 较强， 浆液应过滤， 使颗粒不大于喷嘴直径； 高压泵必须有安全 装置， 当超过允许泵压后， 应能自动停止工作； 因故需较长时间 中断旋喷时， 应及时地用清水冲洗输送浆液系统， 以防硬化剂沉 淀管路内。 （4） 操作钻机人员要有熟练的操作技能， 了解注浆全过程及 钻机旋喷性能， 严禁违章操作。 （5） 钻机就位后， 应进行水平和垂直校正， 钻杆应与桩位一 致， 偏差应在 10mm 以内， 以保证垂直度正确。 （6） 在旋喷过程中往往有一定数量的土粒随着一部分浆液沿 注浆管壁冒出地面， 如冒浆量小于注浆量的 20%， 可视为正常现 象， 超过者或出现不冒浆时， 应查明原因， 采取相应措施。通常冒 浆量过大是有效喷射范围与注浆量不适应所致，可采取提高喷 射压力， 适当缩小喷嘴孔径， 加快提升和旋喷速度等措施， 来减 少冒浆量； 不冒浆大多是地层中有较大空隙所致， 可采取在浆液 中掺加适量的速凝剂， 缩短固结时间或增大注浆量， 填满空隙， 再继续正常喷射。 （7） 钻杆的旋转和提升应连续进行， 不得中断； 拆卸钻杆要保 持钻杆伸入下节有 100mm 以上的搭接长度， 以免桩体脱节。 钻机 发生故障， 应停止提升钻杆和旋喷， 以防断桩， 并应立即检修排 除故障； 为提高桩的承载力， 在桩底部 1m 范围内应适当增加旋 喷时间。作为端承桩应深入持力层 2m 为宜。 3.7 质量检验 旋喷加固体在地下施工， 属于隐蔽工程。其质量检验可以采 用开挖检查、 钻取岩芯、 标准贯入、 载荷试验或压水试验等多种 方法进行。检验点的数量为旋喷孔数量的 25%， 并不少于 5 个 点。 不合格者应进行补喷。 桩的质量检验应在旋喷施工结束 4 周 后进行。介于本工程特点， 本工程选用岩芯取样进行质量检验。 岩芯取样在已经成形的旋喷固体结体上钻取岩芯，并将岩芯做 成标准试件， 进行室内物理力学试验。经现场取芯试验， 水泥土 结固体强度符合设计要求 （试验结果数据详见表 1） 。 4 结 论 该段软基采用高压旋喷桩处治后，经过半年的运营观察， 沉 降基本稳定， 路面平顺， 没有跳车现象， 由此说明用高压旋喷桩 施工技术处理该段软基是成功的。通过该项工程试验成果， 为解 决运营中高速公路软基出现不均匀沉降病害提供了一种良好的 处理方法， 该方法操作方便、 质量容易控制、 施工过程环保无污 染， 对节约养护资金具有重大的经济和社会效益。因此， 高压旋 喷桩技术值得在运营中高速公路软基处治领域或公路工程建设 领域推广应用。 收稿日期： 2016-1-22 图 1 高压旋喷桩单管法施工工艺流程图 图 2 高压旋喷桩单管法施工现场 桩号 取样 位置 抗压日 期 芯样龄 期 （d） 芯样尺寸 强度测试值 fcu， ro（MPa） 桩身强 度 （MPa） 直径： 高度 直径 （mm） 高度 Ho（mm） BK2348 +000E 上 201