粉噴樁技術(shù)在高速公路軟土地基中的應(yīng)用

毛榮華1 伍萬軍2 吳婷婷1（1 江西省交通設(shè)計(jì)院 南昌 330002）(2 中鐵十四局集團(tuán)三公司 兗州 272000)

摘 要：高速公路軟土地基，經(jīng)粉體攪拌樁處理后，樁體范圍內(nèi)土體沉降減少較多，路基土側(cè)向位移量很少，能承受較快的加荷速率，對解決軟土地基高填路基的穩(wěn)定、沉降及加快施工進(jìn)度等很有碑益。文章結(jié)合京福高速公路的施工實(shí)例，對上述問題進(jìn)行探討。關(guān)鍵詞：道路工程；高速公路；軟土地基；粉噴樁；處理。

0 前 言北京至福州國道主干線江西境內(nèi)溫家圳至沙塘隘段高速公路路線全長178km,設(shè)計(jì)速度80km/h，路基寬24.5m．路線位于江西省東部，地處武夷山余脈，高填路基較多，且山間多軟基。本文介紹的為B7合同段中的一段軟基處理，中心樁號為K163+860-K164+000，設(shè)計(jì)為高填路基，

填土高度為17-21.55m。此段工程地質(zhì)屬剝蝕低山丘陵地，地形起伏大，發(fā)育沖溝洼地，沖洪積物為灰色，淡黃色淤泥質(zhì)粘土，局部礫粘土，可塑-軟塑狀。地表軟土厚度2-6m不等，下伏全風(fēng)化花崗巖，中密，呈高嶺土狀。該軟土具有高含水量、高孔隙比、低強(qiáng)度、固結(jié)緩慢、沉降大、穩(wěn)定性差的特點(diǎn)，經(jīng)土樣試驗(yàn)和檢測，結(jié)果見表1：表1

編號 ZK-1 ZK-2 ZK-3 ZK-4 ZK-5物理性質(zhì)指標(biāo) 含水量 w % 96.3 106.5 92.6 46.7 41.0 容量 濕 p g/cm3 1.44 1.42 1.47 1.73 1.82 干 pd g/cm3 0.73 0.69 0.76 1.18 1.29 比重 Gs 2.57 2.59 2.57 2.60 2.59 孔隙比 e % 2.520 2.754 2.382 1.203 1.008 孔隙率 n % 71.6 73.4 70.4 54.6 50.2 飽和度 Sr % 98.2 100.0 99.9 100.0 100.0 液限 WL % 57.3 55.8 56.7 43.4 44.8 塑限 Wp % 32.2 32.0 33.0 24.8 25.1 塑性指數(shù) Ip % 25.1 23.8 23.7 18.6 19.7 液性指數(shù) Il 2.554 3.130 2.515 1.177 0.807 室內(nèi)定名 淤泥質(zhì)高液限粘土 淤泥質(zhì)高液限粘土 淤泥質(zhì)高液限粘土 淤泥質(zhì)低液限粘土 低液限粘土力學(xué)性質(zhì)指標(biāo) 抗剪強(qiáng)度 剪切方法 快剪 快剪 快剪 快剪 快剪 內(nèi)磨擦角 度 4.0 2.0 4.0 2.5 6.0 凝聚力 C Kpa 2.0 2.0 2.0 4.9 9.8 壓縮 壓縮系數(shù) a1-2 Mpa-1 1.47 1.44 1.88 1.24 0.8 壓縮模量 Es Mpa 1.6 1.8 1.3 1.4 2.1

1 處理方案根據(jù)現(xiàn)場情況，考慮填土高度較高，軟基壓縮系數(shù)較大而軟土層厚多在6m以內(nèi)，可采用穿越軟土層的粉噴樁加固，樁尖直接作用于全風(fēng)化巖層上，因此，避免了樁尖未處理土體沉降量過大的隱患。由于路基施工工期要求較短，而填土高度達(dá)20m以上，考慮粉體攪拌樁加固后地基的承載力將大為增強(qiáng)，因此，施工時(shí)不按照軟基的加荷速率進(jìn)行施工，只按照一般路基施工考慮，加荷速率可達(dá)3.92KPa/d，即20cm/d，同時(shí)也不考慮加載預(yù)壓。按照復(fù)合地基承載力的要求，填土20m的路基地基承載力應(yīng)達(dá)到400KPa，我們認(rèn)為由于路基的整體下沉，只要不產(chǎn)生被處理層的極限破壞，被處理層能將荷載傳遞到風(fēng)化巖層即可。因此，本處理方案主要考慮路基的穩(wěn)定和工后的沉降量。基于以上的考慮，我們采用粉噴樁處治此段路基，樁長6m，樁徑0.5m，樁間距1.5m，根據(jù)試驗(yàn)每m灰劑量選50kg，為加速軟土層的固結(jié)，便于排水，在樁頂鋪墊50cm的砂墊層。沉降量的計(jì)算：粉體攪拌樁可以作為復(fù)合地基來計(jì)算其沉降量，在施加的荷載不超過水泥樁的徐變極Qc時(shí)，其總沉降量S計(jì)算公式為:S=S1+S2式中：S1—被加固土體樁長范圍內(nèi)的沉降量（cm）即S1 =(σc×L)/(m×Ec+(1-m)Es)S2—被加固土體以下未加固土的沉降量，本例固樁尖位于風(fēng)化巖層不予考慮，即S2=0m—置換率 A樁/A =(0.252×π)/(1.5×1.5×cos30°)=10%L—攪拌樁樁長 L =600cmσc—路基表面所受外加荷載力（KPa）σc =20m×1.9KN/m3=380KPaEc—水泥樁的彈性模量，由試驗(yàn)平均值取30Qc =30×1.8=54MPaEs—樁間土的側(cè)限變形模量（KPa） 根據(jù)試驗(yàn)平均值取1640Kpa則S =S1 =（380×600）/（0.1×54000+0.9×1640）=228000/6876=33.16cm如果不作處理，而現(xiàn)場軟土層厚度按6m計(jì)算，則當(dāng)填土高度達(dá)20m時(shí)，沉降量計(jì)算如下：S1 =（σc×L）/Es=（380×600）/1640=139cm從計(jì)算結(jié)果可以看出，對于可穿透的軟土層，采用粉噴樁對沉降控制效果非常明顯。高速公路對地基變形量的要求很高，一般要求在使用期內(nèi)路堤的工后沉降量不超30cm。本例中計(jì)算總沉降為33.16cm，而其中大部分在施工時(shí)已產(chǎn)生，其工后沉降能滿足高速公路對地基變形量的要求。2 方案的實(shí)施攪拌法加固軟粘土技術(shù)是利用水泥等作為固化劑，通過特制的深層攪拌機(jī)械在地基中將軟粘土和水泥強(qiáng)制拌和，使軟粘土硬結(jié)成具有整體性、水穩(wěn)性和足夠強(qiáng)度的地基土。加固的基本原理，是基于水泥加固土的物理化學(xué)反應(yīng)過程，因此，本例主要注重實(shí)效，進(jìn)行沉降觀測，并與理論計(jì)算對比。

圖1 施工工藝流程2.1 軟土基底處理準(zhǔn)備工作處理前，事先開挖臨時(shí)排水溝，縱向開挖臨時(shí)降水溝，用以降低地表水，便于基底草皮清除施工，草皮清除完畢后，整個(gè)軟土處理區(qū)填筑80cm山渣土，整平并輕度碾壓，以保證粉噴樁機(jī)及其配套設(shè)施的進(jìn)場，以及所需材料的進(jìn)場、堆放。然后根據(jù)設(shè)計(jì)需要，進(jìn)行處理面積等放樣和樁位布點(diǎn)。2.2粉噴樁施工根據(jù)設(shè)計(jì)要求，樁位呈等邊三角形布置，中心間距1.5m，樁徑為50cm，樁長6m。設(shè)計(jì)噴粉量為36 kg/m-58kg/m，根據(jù)路基平均填土高度自重計(jì)算天然土重，經(jīng)室內(nèi)配合比選定，按50kg/m噴粉量施工。施工前首先要進(jìn)行成樁試驗(yàn)，數(shù)量不宜少于5根，以取得滿足設(shè)計(jì)噴入量的各種技術(shù)參數(shù)，掌握下鉆和提升的阻力情況。施工中要控制瞬時(shí)噴粉量和攪拌均勻性，且一氣呵成，每根樁開鉆后連續(xù)作業(yè)，不得中斷噴粉。為滿足攪拌達(dá)到強(qiáng)度均勻性，上部3m進(jìn)行復(fù)攪，速度控制1.0-1.2m/min，樁頭攪拌時(shí)間應(yīng)適當(dāng)延長，以保護(hù)樁頭均勻密實(shí)，地面80cm填土不計(jì)入樁長。粉噴樁施工過程中，還要注意樁距控制、垂直度，施工完畢后，分別進(jìn)行一定數(shù)量的樁體開挖，取芯進(jìn)行抗壓檢驗(yàn)，必須滿足設(shè)計(jì)要求。2.3路基填筑施工填筑前鋪設(shè)一層50cm砂礫墊層并碾壓密實(shí)，路基填筑所需土石方材料來自附近山頭路基挖方段，每層不超過30cm。為確保沉降后的路基寬度和設(shè)計(jì)邊坡坡率，施工時(shí)兩側(cè)加寬各50cm，并留出路拱和橫坡，采用40T重型壓路機(jī)振動(dòng)壓實(shí)。3 沉降和穩(wěn)定觀測在路基設(shè)計(jì)中心線和路肩基底同時(shí)埋設(shè)沉降杯，沉降和穩(wěn)定觀測同步進(jìn)行。在施工期間，每填筑一層，觀測一次，填土間歇期間每天觀測一次，每一區(qū)域填筑完畢后每周觀測二次，在整個(gè)觀測期間，要注意觀測樁的保護(hù)，發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)處理，確保測量數(shù)據(jù)的連續(xù)性，觀測數(shù)據(jù)可直接用于計(jì)算由于沉降而補(bǔ)加的填方量。3.1沉降杯埋設(shè)位置選定K163+950處路基中心和右側(cè)設(shè)計(jì)路肩位置。平面位置見下圖：

3.2沉降杯制作沉降觀測杯是以內(nèi)徑d＝20㎝的鋼管制成，上下封口。外部焊接兩根內(nèi)徑為2-3cm的小鋼管，一端通至沉降杯內(nèi)，另一端接進(jìn)水管和出水管。進(jìn)、出水管采用

玻纖土工格柵是一種用于路面增強(qiáng)、老路補(bǔ)強(qiáng)，加固路基及軟土基的優(yōu)良土工合成材料。玻纖土工格柵高強(qiáng)無堿玻璃纖維通過國際先進(jìn)的經(jīng)編工藝制成網(wǎng)狀基材，經(jīng)表面涂覆處理而制成的半剛性制品。具有經(jīng)、緯雙向很高的抗拉強(qiáng)度和較低的延伸率，并具有耐高溫、耐低寒、抗老化、耐腐蝕等優(yōu)良性能，廣泛應(yīng)用于瀝青路面、水泥路面及路基的增強(qiáng)和鐵路路基、堤壩護(hù)坡、機(jī)場跑道、防沙治沙等工程項(xiàng)目。

質(zhì)地較硬的塑料管，以防被周圍土體擠(下轉(zhuǎn)第40頁)扁，影響通水。進(jìn)、出水管的另一頭引至路基坡腳外，并在進(jìn)水管接一根玻璃管，玻璃管外徑與塑料管內(nèi)徑尺寸相同，并將玻璃管固定于一豎桿上。 填土前，先將沉降杯埋植處用磚砌一個(gè)槽，將沉降觀測杯放于槽中，周圍用砂回填密實(shí)。建立考證表，將埋設(shè)各情況記錄詳細(xì)，備查。3.3沉降觀測每次觀測時(shí)，先用水自進(jìn)水管注水，自出水管有水流出時(shí)抄測進(jìn)水管水面高程hi，與上次所測值差即為此時(shí)段沉降量△h。（此差值可從玻璃管水位差上直接讀出）3.4沉降觀測設(shè)備示意圖

3.5沉降觀測結(jié)果

圖4 沉降量及時(shí)間曲線3.6沉降結(jié)果分析從沉降量及時(shí)間曲線可以看出，沉降量初期增加很快，40天之后基本趨緩，勻速下沉，且沉降量

較小，說明路基沉降比較穩(wěn)定。與理論計(jì)算相比，誤差較小，基本相符，說明本處理方案較為成功，軟土地基得到了有效的控制。在整個(gè)施工期間，沉降和穩(wěn)定正常，基本上無邊坡隆起和側(cè)向位移等現(xiàn)象。路基整體沉降均勻，從基底處理至今已有6個(gè)月，總體沉降情況日趨穩(wěn)定。現(xiàn)路基填土已達(dá)標(biāo)高，沉降量已不明顯，證明基底的處理效果較好，能夠滿足設(shè)計(jì)要求。4 結(jié) 語粉體攪拌樁可以有效地減少被加固土體的壓縮量，能有效地調(diào)整橫斷面差異沉降，有助于控制不均勻沉降。粉體攪拌樁有較高的剛度、抗側(cè)向變形能力較強(qiáng)，對本例中山間的軟基尤為適用。粉體攪拌樁處理過的路基能承受較快的加荷速率，能較好地滿足工期要求較嚴(yán)的工程。路基填土過程中，不宜使用沖擊力過大的壓路機(jī)，可適當(dāng)增加碾壓遍數(shù)，盡量使處理后的基底樁間土相對固結(jié)穩(wěn)定，增加抗剪能力。粉體攪拌樁不能改善地基排水條件，但通過吸水固結(jié)可提高樁間土的結(jié)構(gòu)性，同時(shí)樁頂鋪墊砂層可便于地基排水，從而可適當(dāng)加速樁間土的固結(jié)，減少工后沉降。

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