高壓旋噴樁法在既有高速公路軟基治理中的應用

呂若冰，孔綱強，沈 揚，丁選明

(1.河海大學巖土力學與堤壩工程教育部重點實驗室，江蘇 南京 210098；2.河海大學土木與交通學院，江蘇 南京 210098）

高壓旋噴樁法在既有高速公路軟基治理中的應用

呂若冰1,2，孔綱強1,2，沈 揚1,2，丁選明1,2

(1.河海大學巖土力學與堤壩工程教育部重點實驗室，江蘇 南京 210098；2.河海大學土木與交通學院，江蘇 南京 210098）

結合江蘇省沿海高速公路軟基工程實例，介紹了高壓旋噴樁法的加固機理、設計方法、施工工藝以及質量控制方法，對施工過程中的路面隆起情況進行監控分析。研究表明，高壓旋噴樁技術可以有效處治既有高速公路軟基工后沉降問題。本工程實例為后續類似工程優化設計和質量監控提供參考。

既有高速公路；軟土地基；路面隆起；高壓旋噴樁；現場監測

我國沿海諸省、長江三角洲、珠江三角洲地區高速公路發展較快，而這些地區的地基土通常具有含水率高、壓縮性大、滲透性差、靈敏度高、強度低和厚度不均等問題。隨著交通量的迅速增加，軟土地基上建設的高速公路工后沉降問題日漸突出[1]，如何處治已通車高速公路軟基工后沉降問題顯得尤為迫切。地基軟弱造成路面不平必然會影響通車的舒適性，而且由于路面不平造成的跳車產生的沖擊力會使路面的不平整度進一步加劇，形成惡性循環。

高壓旋噴樁法治理軟土地基是利用鉆機將具有特殊噴嘴的注漿管置于樁底預定高程后，噴嘴以一定的速度旋轉并提升，高壓噴射流沖擊破壞土層，使得漿液與周圍土體攪拌混合凝結成固體，從而達到加固土體的目的。到目前為止，高壓旋噴注漿技術已經得到了廣泛的應用，并且國內外學者在理論方面也進行了很多的相關研究，研究表明，高壓旋噴樁在處理軟土地基時具有良好的效果，并且處理后的工后沉降量可以進行較為準確的計算[2～5]。2006年曾克強對旋噴樁復合地基設計的幾個參數進行了研究，對不同土層旋噴樁的有效樁長取值進行了分析，同時指出漿料類型及注漿量應根據土層條件進行合理選擇[6]；2012年王志豐等提出了一種新的旋噴樁直徑計算方法，研究表明，在三重管法中其基于圓形斷面自由紊動射流理論的計算參數與土的黏粒含量有著較好的線性關系[7]。

國內外學者雖然對高壓旋噴樁法進行了大量的研究，但是將其應用在已通車的既有高速公路上的研究和實踐卻相對較少。因此，本文結合江蘇省沿海既有高速公路軟基路段變形病害綜合處治項目，無需將路面重新開挖，而直接將高壓旋噴樁法應用在已通車高速公路上治理其不均勻沉降問題；介紹了高壓旋噴樁法加固不均勻沉降高速公路的平面布置、加固深度、施工工藝和路面監測等情況，為后續類似工程優化設計和質量監控提供參考依據。

1 設計方案

1）工程概況 江蘇省沿海高速連鹽段位于連鹽高速公路灌云二標施工段，全長7.092km。本標段最主要的不良地質現象為淺部有較厚軟土分布。目前該路段由于不同路段地質情況的突變，以及不同路段采用了差異較大的地基處理方法，使得相鄰兩路段的地基剛度不同，造成地質條件差、地基處理不到位的路段沉降大，其他路段沉降小，從而產生沉降差。該路段自通車以來沉降一直沒有穩定，每年新增沉降量達到5～10cm之多。經過比較各種加固方法，并在翔實的現場調查基礎上，對該路段擬采用高壓旋噴樁加固方案。

2）注漿孔及樁位布置 試驗路段處理長度為30m，參照相關規范[8～10]，路堤引孔直徑110mm，注漿深度16m，高壓旋噴成樁直徑為600mm，注漿孔縱向間距1.8m，橫向間距1.8m，處理完畢后用無砂水泥密封，封口深度為2.9m。總樁數為306根，總樁長為4 896m。加固方案布置見圖1。

圖1 加固方案布置圖

3）水泥漿配制 通過試驗段施工情況，決定注漿材料采用強度為42.5的普硅水泥，摻灰量250kg/m3，施工中采取的水灰比為1∶1。

4）注漿控制 根據施工過程中路面抬起情況控制漿液壓力20～24MPa，空氣壓力0.5～0.9MPa，水泥漿流量65L/min，鉆桿升速20cm/min，鉆桿轉速18r/min。

2 施工工藝(圖2)

圖2 施工工藝現場圖

1）鉆機就位 鉆機安放在設計的孔位上并應保持垂直，施工時旋噴管的允許傾斜度不得大于1.5%。

2）鉆孔 上部瀝青及路基塘渣先用潛孔錘引孔。使用76型旋轉鉆機，鉆進深度可達30m以上，適用于標準貫入度小于40的砂土和粘性土層，當遇到比較堅硬的地層時宜用地質鉆機鉆孔。鉆孔的位置與設計位置的偏差不得大于50mm。

3）插管 將注漿管插入路基中的預定深度，如使用地質鉆機鉆孔完畢，必須拔出巖芯管并換上旋噴管插入到預定深度。在插管過程中，為防止泥砂堵塞噴嘴，可邊射水、邊插管，水壓力一般不超過1MPa，若壓力過高，則易將孔壁射塌。

4）噴射作業 當噴管插入預定深度后，由上而下進行噴射作業，技術人員必須時刻注意檢查漿液初凝時間、注漿流量、風量、壓力、旋轉提升速度等參數是否符合設計要求，并隨時做好記錄。當漿液初凝時間超過20h應及時停止使用該水泥漿液(正常水灰比1∶1，初凝時間為15h左右)。

5）沖洗作業 噴射施工完畢后，應把注漿管等機具設備沖洗干凈，管內機內不得殘存水泥漿。通常把漿液換成水，在地面上噴射，以便把泥漿泵、注漿管和軟管內的漿液全部排除。

6）廢漿處理 旋轉提噴時會有一部分漿液冒出孔口，將冒出的漿液集中至一處，待施工結束后將凝固的廢漿統一運出場地。

7）瀝青罩面 可以采用粗粒式瀝青混凝土（AC-251型）進行罩面，罩面厚度根據整個處理區域路面結構層的厚度進行調整。

3 施工期路面隆起及沉降監測

路面高程監測是工程質量監測的重要組成部分。根據施工進度中路面隆起情況可以及時調整灌漿壓力，以防止路面抬起高度不足達不到設計要求或者抬起高度過高造成路面開裂。施工結束后總的路面高程變化值是高壓旋噴樁法加固既有高速公路不均勻沉降最終效果的重要參考數據。

本工程在施工過程中共設置18個高程觀測點，每半幅路面設置有9個高程觀測點，每1～2個施工工作日做一次高程觀測以保證工程質量。施工結束后總的路面高程變化值充分說明了高壓旋噴樁法加固既有高速公路不均勻沉降的良好效果以及工程質量。路面監測點布置如圖3所示。

圖3 路面高程監測點布置

前半幅路面（連云港至鹽城方向）路面監測點高程變化情況如圖4所示。該半幅路施工日期從2013年8月20～9月6日完成，其中4號監測點附近有3根樁由于施工不符合標準進行了復打，導致這3根樁的實際注漿量超過了設計注漿量，造成4號監測點附近路面隆起高度異常。將4號監測點作為異常點去除，其他8個監測點的平均隆起值為6.84cm，完全達到了設計的預期加固要求。

后半幅施工路段（鹽城至連云港方向）路面監測點高程變化情況如圖5所示。該半幅路施工日期從2013年9月11～30日完成，其中4號、5號以及9號監測點附近有合計6根樁由于施工不符合標準進行了復打，造成這3個監測點附近路面隆起高度異常。將這3個監測點最終隆起值作為異常點去除，其他6個監測點的平均隆起值為8.27cm。

圖4 連云港至鹽城方向路面監測點隆起情況

圖5 鹽城至連云港方向路面監測點隆起情況

從以上圖表數據可以看出，兩幅路面出現不同程度的抬升，平均隆起值均達到最初的預期目標，加固處理效果明顯。

4 加固方法經濟性分析

試驗路段所在區域主要為海陸交互沉積的濱海平原區，西高東低呈微傾斜狀，地勢低平，水系發育，地面標高一般為2～4m，新近沉積的軟土分布較為普遍，本路段最主要的不良地質現象為較厚的軟土層分布。

該路段自建成通車以來每年會有5～10cm的沉降，以往一直采用加鋪瀝青的方式緩解不均勻沉降，但是加鋪瀝青的方法在處治過程中會使路面產生新的附加荷載，從而引起軟土路基的進一步固結和沉降。根據現場勘查以及工程地質資料，試驗路段自2006年建成通車至2012年，7年間路面共加鋪瀝青達37.1cm之多（見表1），以高壓旋噴樁加固試驗段為例，處理長度30m，寬35m，瀝青混合料價格以1 400元/m3考慮，僅加鋪瀝青材料成本即為54.537萬元。

表1 該路段歷年瀝青加鋪情況

而采用高壓旋噴樁法加固該路段，加固30m×35m的路面設計的總樁數為306根，樁長為16m，樁單價為180元/m，則樁的材料成本為88.128萬元。

通過以上對比可以發現，如果一直采用加鋪瀝青的加固方式，約4年后材料成本即會超過高壓旋噴樁法的材料成本。同時加鋪瀝青的加固方式每次施工均需要投入相應的人工、機械及管理成本，而采用高壓旋噴樁法時材料以外的成本只需一次投入。可見，從長遠的經濟性角度分析，采用高壓旋噴樁法處治該路段的路基沉降是更為經濟合理的。

5 結 論

基于江蘇沿海既有高速軟基高壓旋噴樁試驗段施工與監測，可以得到如下3點結論。

1）使用高壓旋噴樁法加固軟土高速公路路基，其設備較為簡單，施工速度較快，對高含水率軟土路基加固效果明顯，能有效地治理高速公路不均勻沉降。

2）根據不同路段不同的地質條件選擇合理的設計、施工參數，可令加固效果更加顯著，同時可以合理保護路堤結構層在高壓旋噴施工過程中不被破壞，保護路堤原有結構。

3）該路段采用高壓旋噴樁法加固的綜合處治費用大致相當于連續10年采用瀝青加鋪路面的處治成本，而若采用瀝青加鋪路面的方式10年內該路段不可能停止不均勻沉降，可見高壓旋噴樁法加固軟土路基具有良好的經濟效益和社會效益。

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[2]張 鑫.高壓旋噴樁在高速公路軟弱地基中的應用研究[D].西安：西安科技大學，2007.

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（編輯 吳學松）

Construction monitoring on existing expressway soft foundation treatment by high pressure jet grouting pile technique

LV Ruo-bing, KONG Gang-qiang, SHEN Yang, DING Xuan-ming

U418.5; U412.22+2

B

1001-1366(2015)01-0070-04

2014-10-30