高壓旋噴樁在高壓線下部公路軟基處理的設計分析與應用

謝之逸，單 君，史宇宙

(浙江省數智交院科技股份有限公司，浙江 杭州 310012)

1 工程概況

104國道樂清虹橋至樂成改建工程位于浙江省樂清市。工程起于虹橋信岙西側，與104國道虹橋過境工程連接，分別與在建的樂清灣港區疏港公路連接線、虹南大道及規劃的蒲岐互通連接線相交，路線經天成街道、樂成特色工業園區，再利用規劃104國道線位即六環路線位向南，走向基本與甬臺溫高速公路線位一致，終點位于前山村南側，與現104國道連接，路線全長約19.5 km。

本項目在K4+950～K5+000路段下穿500 kV的高壓線(如圖1所示)。經現場測量，高壓線最低點距離地面的凈空高度為19.9 m。路基標準寬度為50.0 m。路基橫斷面布置為：7.0 m輔車道+1.5 m側分帶+0.5 m路緣帶+11.25 m行車道+0.5 m路緣帶+8.5 m中央分隔帶+0.5 m路緣帶+11.25 m行車道+0.5 m路緣帶+1.5 m側分帶+7.0 m輔車道。

圖1 道路下穿高壓線平面圖

2 場地地質條件及巖土參數

2.1 場地地質條件

該場地地處海積平原，地勢平坦開闊。表部分布海積黏土，灰黃色，軟塑，俗稱硬殼層，部分路段相變為淤泥質黏土，厚約1～2 m；場地上部為全新統海積淤泥、淤泥質黏土、軟～流塑狀黏土等，灰色，厚約15～25 m；中部為上更新統沖湖積粉質黏土，灰黃色，可塑，一般厚約2～5 m，分布不穩定，局部缺失；其下為厚層海積黏土，灰色，軟～可塑，夾沖積圓礫夾層或透鏡體；下部分布沖積圓礫、海積黏土等，交相切割疊布。圓礫層一般厚2～5 m。

2.2 巖土參數

根據該項目的巖土工程勘察資料，土層主要物理力學性質參數如表1所示。

表1 土層主要物理力學性質參數表

3 路基軟基處理設計

3.1 地基處理方案比選

地基處理方法比選，見表2。

表2 地基處理方法比選表

項目該處路基設計填土高度為2.8 m，路段存在工程性能欠佳的淤泥軟土。天然地基承載力無法滿足道路使用的要求，因此需要進行軟基處理。高壓線距離地面凈空高度為19.9 m。為了確保施工的安全以及高壓線電路的安全運行，根據《110～500 kV架空送電線路設計技術規程》[1]規定，500 kV線路最小施工安全距離為8.5 m，所以進行地基處理的機械設備選擇需要考慮施工凈空受限的因素。

結合項目情況和比選結果，地基處理擬選擇施工設備高度較小的高壓旋噴樁的軟基處理方式。

3.2 高壓旋噴樁設計

擬設計的高壓旋噴樁采用高壓噴射灌漿工藝，在平面上以正三角形布置。高壓旋噴樁樁徑0.6 m，擬定樁長15 m，預壓期6個月。樁體每延米水泥用量不小于200 kg，水泥采用P·O 42.5普通硅酸鹽水泥，水灰比宜為1.0～1.2。

(1)高壓旋噴樁豎向單樁承載力計算[2]

根據《公路軟土地基路堤設計規范》(DB33/T 904—2013)[3]，高壓旋噴樁的單樁豎向承載力按公式(1)、(2)計算，并取其中較小值。

Ra=Up∑qsili+αqpAp

(1)

Ra=ηfcuAp

(2)

式中：Up為高壓旋噴樁的周長，m；qsi為高壓旋噴樁周第i層土的側摩阻力特征值，kPa；li為高壓旋噴樁長范圍內第i層土的厚度，m；η為高壓旋噴樁身強度折減系數；fcu為與高壓旋噴樁身水泥土配比相同的室內加固土試塊在標準養護條件下90 d齡期的立方體抗壓強度平均值，kPa。

單樁豎向承載力計算如表3所示。

表3 單樁豎向承載力計算表

由表3得，經公式(1)和(2)計算，高壓旋噴樁的單樁豎向承載力分別為285 kN和254 kN，取較小值254 kN作為高壓旋噴樁的單樁豎向承載力。

根據《公路軟土地基路堤設計規范》(DB33/T 904—2013)[3]，復合地基承載力特征值按式(3)計算

(3)

式中：fspk為復合地基承載力特征值，kPa；fsk為樁間土承載力特征值，可取天然地基承載力特征值，kPa；Ap為高壓旋噴樁的截面面積，m2；m為復合地基置換率；β為樁間土承載力折減系數。

把高壓旋噴樁的單樁豎向承載力計算結果代入式(3)中，經計算，復合地基置換率要求不小于0.164。

復合地基置換率可按式(4)計算

m=D2/(1.05d1)2

(4)

式中：D為樁身平均直徑，m；d1為樁間距，m。

將復合地基置換率的計算結果代入式(4)，可計算得出樁間距應小于1.41 m。

(2)沉降計算[4]

軟弱土的沉降計算針對主固結沉降可以采用分層總和法，壓縮試驗資料依據e-p曲線，總沉降可采用沉降系數法計算，地面平均固結度采用太沙基固結理論計算。計算不同樁間距的預壓期沉降、工后沉降以及總沉降，如表4所示。

表4 多樁間距沉降值計算結果

經計算當樁間距為1.4 m時，預壓期內沉降值為28.5 cm，工后沉降值為5.2 cm，總沉降值為33.7 cm。此結果滿足《公路軟土地基路堤設計規范》中當設計時速為80 km/h，橋梁與路基相鄰路段工后沉降控制標準小于等于15 cm的要求。所以可采用樁間距1.4 m，既能滿足工程要求，又能有效節約造價。

4 工程效果

高壓旋噴樁試樁施工結束28 d后進行復合地基靜載荷試驗，根據檢測頻率隨機抽取三處位置進行靜載荷試驗。檢測結果見表5。

表5 復合地基承載力靜載荷試驗結果

根據復合地基承載力靜載荷試驗結果，平均復合地基承載力特征值210 kPa，滿足設計不小于180 kPa的要求。根據沉降板沉降觀測結果顯示，在路基填筑完成后第5個月和第6個月的月沉降量分別為4.9 mm和4.8 mm，沉降趨于收斂和穩定。累計沉降量曲線圖如2所示。

圖2 累計沉降值-觀測時間曲線圖

5 結 語

本文針對高壓旋噴樁在高壓線下部公路的軟基處理設計和應用進行了計算和分析。高壓旋噴樁具有設備工作要求高度小、成樁質量好、施工噪音小、施工簡便的特點。高壓旋噴樁適用于施工凈空受限的地基處理，可以顯著提高地基承載力，減小沉降。目前道路已通車1年，下穿高壓線路段的路面狀況良好。高壓旋噴樁的軟基處理方法可為今后道路下穿高壓線走廊路段的軟土地基處理提供解決思路和方法。