淺談高壓旋噴樁在平定高速公路軟基處理的應(yīng)用

(甘肅省平?jīng)龉肪轴轻脊范?甘肅平?jīng)?744300)

1 工程概況及地質(zhì)情況

1.1 工程概況

G22青蘭高速公路平（涼）至定（西）段，橫穿甘肅、寧夏兩省區(qū)，連接慶陽(yáng)、平?jīng)觥⒐淘⒍ㄎ鳌足y5市，是建國(guó)以來(lái)甘肅省公路建設(shè)史上投資規(guī)模最大，繼寶天高速公路之后甘肅省交通建設(shè)”東部會(huì)戰(zhàn)”戰(zhàn)略中第二個(gè)標(biāo)志性工程。G22線平?jīng)鼍硟?nèi)路段始建于2005年10月，于2009年12月建成通車。G22青蘭高速公路XK1573+776-XK1576+821段由于連年降雨及濕陷性黃土等原因，在該段出現(xiàn)5處路基嚴(yán)重沉陷，養(yǎng)護(hù)單位年年只對(duì)面層經(jīng)行處理，治標(biāo)不治本，因而本次決定采用水泥高壓旋噴樁經(jīng)行處理[1]。

1.2 水文地址情況

本路段主要位于六盤山東麓的黃土高原區(qū)隴東黃土高原亞區(qū)，不僅是我國(guó)黃土高原地貌特征表現(xiàn)最為典型的部分，還是黃土平均厚度最大地區(qū)。地層主要為第四系新黃土。地表為新黃土，下部為老黃土，底部為砂巖夾層頁(yè)巖泥灰?guī)r泥鈣質(zhì)膠結(jié)，巖質(zhì)軟弱；路基填料多為黃土，部分路段濕陷性黃土發(fā)生沉陷。

2 高壓旋噴樁的加固原理及適用范圍

2.1 施工原理

針對(duì)高壓旋噴樁的施工機(jī)理，可以做出如下闡釋：在鉆機(jī)設(shè)備的驅(qū)動(dòng)下，使帶噴嘴的注漿管鉆到土內(nèi)，在預(yù)測(cè)其抵達(dá)適宜深度后，利用高壓旋轉(zhuǎn)形式，把水泥漿360°旋轉(zhuǎn)噴入土層與土體混合，通過(guò)鉆桿旋轉(zhuǎn)使高壓水泥漿對(duì)土層不斷進(jìn)行切割攪拌形成混合漿體，最終形成具有高強(qiáng)度的整體結(jié)構(gòu)，促使路基整體承載力有所提高。因其加固效果較好、且具有獨(dú)特的工程性能，近年被應(yīng)用到許多公路軟基加固處理當(dāng)中[2]。

2.2 適用范圍

高壓旋噴樁的適用范圍較廣，在淤泥質(zhì)土、淤泥、軟塑、流塑、砂土、粉土、碎石土、素填土等土層中具有較好的應(yīng)用效果，能夠大大提升軟土地基的承載能力，減小路基路面的沉降變形，提升公路的整體強(qiáng)度。該方法還具有設(shè)備簡(jiǎn)單、固結(jié)體形狀可控、施工簡(jiǎn)單、管理方便、料源充足、耐久性較好、可穿孔施工等特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于公路軟基加固處理施工當(dāng)中。

3 高壓旋噴樁在軟土路基加固中的具體應(yīng)用

3.1 高壓旋噴樁加固路基的具體施工工藝

3.1.1 施工前準(zhǔn)備

首先，施工前根據(jù)設(shè)計(jì)方案及實(shí)地條件選配高壓旋噴樁鉆機(jī)及配套設(shè)備；其次，落實(shí)施工隊(duì)伍，組建質(zhì)量、安全管理小組，對(duì)施工技術(shù)人員及工人進(jìn)行施工技術(shù)交底和安全教育培訓(xùn)；第三，對(duì)施工場(chǎng)地進(jìn)行平整、清理場(chǎng)地雜物，做好排水及臨時(shí)用電工作，為鉆機(jī)就位以及材料機(jī)械堆放做好準(zhǔn)備；第四，對(duì)設(shè)備進(jìn)行調(diào)試，確保鉆機(jī)轉(zhuǎn)速正常、空氣壓力及計(jì)量設(shè)施正常運(yùn)轉(zhuǎn)；第五，技術(shù)人員根據(jù)工料機(jī)及實(shí)際條件制定具體施工計(jì)劃；第六，施工人員根據(jù)施工方案采用測(cè)量?jī)x器進(jìn)行樁位放樣，并用竹簽做好標(biāo)記；第七，準(zhǔn)備好泥漿罐，做好廢漿收集工作，避免環(huán)境污染[3]。

3.1.2 設(shè)計(jì)及施工參數(shù)

在平定高速公路軟基處理中運(yùn)用高壓旋噴樁時(shí)，施工人員除了要根據(jù)圖紙?jiān)O(shè)計(jì)展開施工以外，還應(yīng)當(dāng)結(jié)合試驗(yàn)段試樁的總結(jié)、單樁承載力的要求等綜合因素，明確以下兩點(diǎn)內(nèi)容：首先，設(shè)計(jì)參數(shù)。包含：樁長(zhǎng)：8m-15m不等；高壓旋噴樁輻射半徑：0.60m；布置形式：間距1.5m，梅花型布置；水灰比：1∶1；其次，施工工藝參數(shù)。選用內(nèi)徑為φ2.5mm的噴嘴；將注漿壓力維持在25-30MPa區(qū)間內(nèi)；鉆桿旋轉(zhuǎn)速度≤22r/min；上提速度≤250mm/min；水泥物料投用量≥210kg/m。

3.2 高壓旋噴樁的質(zhì)量控制

3.2.1 工藝的技術(shù)要求及質(zhì)量控制

（1）測(cè)量放線。眾所周知，定位軸線主要運(yùn)用全站儀實(shí)現(xiàn)放樣，然后在此基礎(chǔ)上，進(jìn)行計(jì)算每根樁的偏角和距離坐標(biāo)，同時(shí)還要用尺測(cè)放，以此來(lái)保證樁位偏差不會(huì)超出5cm。

（2）鉆機(jī)位置。鉆機(jī)除了需要平穩(wěn)的安放在設(shè)計(jì)孔位以外，還應(yīng)當(dāng)保證鉆機(jī)的垂直型，促使水平尺和機(jī)架上的垂線，能夠?qū)崿F(xiàn)雙向控制，并保證其傾斜率不會(huì)大于1%。

（3）漿液配置。配制漿液與鉆孔同時(shí)進(jìn)行。其中XK1574+580～XK1574+610段、XK1574+680～XK1574+710段、XK1575+000～XK1575+032段|、XK1575+800段和XK1576+040～XK1576+110段，漿液配比為水灰比=1∶1（重量比）。當(dāng)高壓旋噴樁在平定高速公路軟基處理中進(jìn)行應(yīng)用時(shí)，除了要注意測(cè)量放線、鉆機(jī)位置以外，還應(yīng)當(dāng)對(duì)漿液配置加大重視，最好能在漿液配比選定之后，先把水加入到桶內(nèi)，然后在注水的桶內(nèi)填入水泥，通過(guò)攪拌機(jī)進(jìn)行攪拌，其時(shí)間設(shè)定為20min，攪拌工作完成之后，工作人員需要立即打開攪拌桶底部的閥門，進(jìn)行放入第一道孔徑為2mm的過(guò)濾篩，確保過(guò)濾后的東西能夠流入到漿池內(nèi)，基于此，在使用泥漿泵抽進(jìn)孔徑為1mm的第二道過(guò)濾篩，實(shí)現(xiàn)第二道過(guò)濾后，流入泥漿桶備用。除此之外，還要依照各個(gè)機(jī)組攪拌桶容量，科學(xué)設(shè)定漿液水和水泥在各個(gè)漿桶內(nèi)的投用量，然后通過(guò)3min的攪拌，確保其質(zhì)量。

3.2.2 鉆孔

鉆孔實(shí)踐中，規(guī)定所有施工人員嚴(yán)格遵照“先兩側(cè)、后中間”的施工步驟規(guī)則，以相隔跳躍形式落實(shí)成樁任務(wù)，維持兩側(cè)強(qiáng)度指標(biāo)的均衡性，規(guī)避移位、竄孔等不良情況。為確保泥砂不會(huì)堵住噴嘴，還應(yīng)當(dāng)把水壓控制在1MPa內(nèi)。

3.2.3 廢漿處理

針對(duì)廢漿處理工作而言，應(yīng)當(dāng)把廢漿逐漸引入到廢漿池內(nèi)，新引入的廢漿不能立即展開處理工作，而是需要通過(guò)2-3天的存放，等待廢漿凝固之后，在統(tǒng)一使用專車進(jìn)行運(yùn)走，從而確保廢漿不會(huì)對(duì)其質(zhì)量和施工現(xiàn)場(chǎng)造成影響。

3.3 遇到特殊情況的處理方式

3.3.1 孔口處出現(xiàn)冒漿量少

若施工階段察覺(jué)到形成孔口位置漿液溢出量過(guò)少、間斷性冒漿或無(wú)漿液冒出等情況冒漿，成因主要有以下兩個(gè)方面：一是因?yàn)橥临|(zhì)不硬偏軟，針對(duì)這種情況，可以組織人力再行復(fù)噴混凝土處理；另一種原因是地層內(nèi)存留空隙，可以將適量速凝劑混入漿液內(nèi)，這是減縮其固凝時(shí)間、降低用水量的有效方法之一。

3.3.2 孔口處出現(xiàn)冒漿量多

一般情況下，只要冒漿量小于注漿量的20%，都被視為正常現(xiàn)象，但是一旦出現(xiàn)超出20%注漿量的現(xiàn)象，就需要工作人員做好以下幾點(diǎn)工作：工作人員可以適當(dāng)針對(duì)旋轉(zhuǎn)速度進(jìn)行提高，通過(guò)提升速度、加大噴射壓力的方式，在適當(dāng)縮小噴嘴直徑。此外，在日常工作中還會(huì)遇到冒漿大量出現(xiàn)但壓力下降的現(xiàn)象，產(chǎn)生這一現(xiàn)象的核心因素，可能是因?yàn)樽{管遭受擊穿或者存在空洞，促使噴射能力出現(xiàn)下降趨勢(shì)。這時(shí)，工作人員應(yīng)當(dāng)立即拔出注漿管，對(duì)此進(jìn)行全面檢查，及時(shí)找出問(wèn)題的問(wèn)題予以解決。

3.3.3 壓力上不去

產(chǎn)生壓力上不去的原因，包含以下幾點(diǎn)：安全閥壓力過(guò)低、泵閥損壞、活塞損壞等，需要相關(guān)人員對(duì)其展開全面檢查，并通過(guò)逐項(xiàng)檢查的方式，及時(shí)找出問(wèn)題所在。

3.3.4 壓力驟然上升

出現(xiàn)壓力驟然上升現(xiàn)象，其原因主要有三點(diǎn)，這時(shí)需要工作人員及時(shí)展開檢查、修復(fù)工作：泵體或漿管路出現(xiàn)堵塞；噴嘴出現(xiàn)堵塞；漿液沉淀或其他雜物堵塞等，都會(huì)針對(duì)管路通暢造成影響。

4 效果檢驗(yàn)分析

基于高壓旋噴樁在軟土路基加固中的具體應(yīng)用，從單樁承載力監(jiān)測(cè)和觸探及鉆孔抽芯檢驗(yàn)兩個(gè)方面，針對(duì)效果檢驗(yàn)，展開較為深入的分析。

4.1 單樁承載力檢測(cè)

根據(jù)經(jīng)靜載和抽芯檢測(cè)的相關(guān)結(jié)果可看出，在效果檢驗(yàn)期間測(cè)量4根樁的單樁豎向極限承載力值，都會(huì)在620kN以內(nèi)，其檢驗(yàn)效果是符合設(shè)計(jì)相關(guān)要求的。

4.2 觸探及鉆孔抽芯檢驗(yàn)

根據(jù)相關(guān)結(jié)果表明，4根高壓旋噴樁的芯樣都呈現(xiàn)柱狀，其直徑約為0.8m，并且整體噴灰量以均勻?yàn)橹鳎瑢儆谡７秶鷥?nèi)。此外，在對(duì)試件展開無(wú)側(cè)抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)的時(shí)候，應(yīng)當(dāng)確保其抗壓強(qiáng)度在4.85MPa左右，以此來(lái)保證其能達(dá)到設(shè)計(jì)方案中提出的要求。

5 公路地基加固中運(yùn)用高壓旋噴樁應(yīng)當(dāng)注意的問(wèn)題

在高壓旋噴樁施工當(dāng)中，要確保施工的質(zhì)量，除了要嚴(yán)格按照相關(guān)的施工工藝流程操作外，還應(yīng)注意其他對(duì)施工質(zhì)量產(chǎn)生影響的因素，具體有以下幾點(diǎn)：第一，施工前量測(cè)鉆桿，及時(shí)對(duì)施工孔深進(jìn)行定期檢查，確保孔深能夠滿足施工設(shè)計(jì)要求；第二，水泥漿液的配比應(yīng)嚴(yán)格按照試驗(yàn)結(jié)果配置，攪拌后的水泥漿液超過(guò)兩小時(shí)后便不可繼續(xù)使用，出現(xiàn)離析現(xiàn)象不能使用；第三，噴射時(shí)應(yīng)先確定噴射量和噴射壓力，待噴射達(dá)到相關(guān)的噴射參數(shù)時(shí)再將注漿管逐步提升；第四，旋噴過(guò)程的冒漿量應(yīng)控制在注漿量的10%到20%之間，不冒漿或是超出此范圍應(yīng)及時(shí)采取措施調(diào)整；第五，旋噴過(guò)程應(yīng)嚴(yán)格控制高壓水泵、送漿泵的壓力和提升速度，倘若旋噴過(guò)程中遇到較大的孤石，應(yīng)根據(jù)實(shí)際受力情況，適當(dāng)調(diào)整樁位或加樁，減少斷樁和畸形樁的出現(xiàn)；第六，高壓旋噴樁施工結(jié)束后的一月內(nèi)需進(jìn)行保護(hù)，不允許在加固區(qū)作業(yè)。

6 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，由于高壓旋噴樁能被適用于淤泥質(zhì)土、淤泥、軟塑、流塑等土層中，因其自身具備的優(yōu)勢(shì)，所以是能夠在軟土基處理中得到廣泛應(yīng)用的，而且在平定高速公路軟基處理中合理運(yùn)用高壓旋噴樁，還能起到提高整體穩(wěn)定性、承載力，以及提高軟土地基處理效果等作用。基于此，這就需要施工單位和相關(guān)人員，能夠結(jié)合施工現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況，選擇科學(xué)合理的施工方案，進(jìn)而在滿足施工質(zhì)量的基礎(chǔ)上，滿足工程要求。