太原东山高速公路路基加固应急处治设计

刘晓梁

(山西省交通规划勘察设计院)

1 引言

目前，我国的高速公路建设日新月异，在修建高速公路的过程中经常会遇到软弱地基的处理问题。高压旋喷桩技术在我国的高速公路工程地基处理的应用中，已逐步趋于成熟，尤其在处理软弱地基的路基病害方面，此方法显示出卓有成效的作用。在工程建设的过程中恰当应用旋喷桩技术，可以缩短工期，提高施工效率，保证工程质量，降低工程造价。

本文研究对象为山西太原东山过境高速公路，该路段已运营多年，在持续降雨后出现路基下沉并塌陷。经地质勘探，路基破坏路段地基为软塑～流塑状湿软土体，而高压旋喷桩施工技术可有效的处理湿软地基问题，且可以缩短工期，为及早通车赢得时间。故针对该路段的路基病害问题采用了旋喷桩技术，本文对处理过程中的各阶段进行了详细分析，并提出具体的处理和实施方案。

2 工程概况

由于持续降雨导致山西太原东山过境高速公路K23+395～K23+475段发生路基沉降，对该路段采用调查、物探和钻探三种方法进行了综合勘察，探明在该段路基左、右幅沉降和塌陷的严重程度有所不同。

左幅路基全断面均有明显沉降，沉降路段的岩性以粉土为主，0～24 m深度范围内土体普遍湿软，中密，含水量为18% ～24.6%，饱和度为75% ～90%之间，呈软塑～流塑状。在K23+461处形成一个椭圆形塌陷坑，长轴长4.2 m，短轴长3.6 m，深度约2 m，面积约15 m2。K23+397～K23+405段路基路面之间也存在脱空现象，空隙高度达1.2 m。

右幅路基断面仅有部分路基出现明显沉陷。沉陷路基土岩性也为粉土，0～15 m深度范围内土体较湿软，含水量在15.9% ～22.8%，呈硬塑～可塑状。K23+447处右侧5 m处为脱空区，脱空区呈圆形，直径3 m，脱空深度约1.6 m。

3 病害原因分析

通过地质勘探与野外调查分析，该段路基所处地形位于低洼处，属于填方路基段。由于在施工中压实度不够，且多日的连续降雨，排水不畅，路基浸水导致基底湿软，重型车辆的不断碾压，造成路基沉降，脱空。

4 病害综合处治

4.1 脱空区充填

为了加快施工进度，节约时间，对于脱空区采用商品混凝土充填，商品混凝土型号采用C35，分别对左幅K23+461塌陷坑、K23+397～K23+405段脱空区以及右幅K23+447处脱空区进行充填，消除空洞，并振捣密实。

4.2 旋喷桩处治软基方案

(1)处治范围及方法

针对K23+395～K23+475段左右幅路基的不同沉降程度，分别采取不同的处理方案。

左幅路基整体出现沉陷，0～24 m深度范围内土体呈湿软状态，因此采用单管高压旋喷桩进行加固处理，处治长度80 m，左幅处治宽度为15 m(整幅路面)，处理深度为12～24 m。

右幅路基仅有部分路基出现沉陷，0～15 m深度范围内土体较软，对右幅原有路基进行加固处治，也选用单管高压旋喷桩进行加固处理，处治长度为80 m，处治宽度12 m，处治深度10～18 m。

(2)旋喷桩设计

在设计中，旋喷桩桩径取600 mm，固结土强度要求达到3 MPa。通过工程类比法可知桩间距为桩径的2～3倍时，桩和土体共同作用效果最佳，可最大程度提高地基承载力，故采用1.5 m的孔间距，以梅花形布置。左幅第一排位于路面东，边界靠内侧1 m，共11排，排距1.3 m，桩数583根，桩长12～24 m;右幅第一排孔中心距隔离带0.5 m，共计7排，排距1.3 m，桩数376 m(含脱空区补加的5跟桩)，桩长10～18 m。左右两幅的桩位布置满足了该段路基脱空段的处理要求，同时进一步加固了周边路基。

图1 梅花形布置桩位图

①施工工艺参数

旋喷桩注浆材料选用双液浆，可提高土体的固结速率，防止喷射注浆过程中路基产生临近的附加变形，造成处理段与正常段相接之处路面与路基再次脱空。水泥选用42.5#普通硅酸盐水泥，水灰比为0.8∶1，再添加2% ～4%水玻璃早强剂。注浆压力设定为20～23 MPa，浆液流量80 L/min，注浆管喷嘴孔径2～3 mm;注浆管提升速度0.25 m/min，注浆管旋转速度20 r/min。

注浆量采用喷量法进行计算，计算公式为

Q=(H/v)q(1+β)

式中:Q为浆量，m3;H为喷射长度，m;q为单位时间喷浆量，m3/min;β为损失系数，通常 0.1～0.2;v为提升速度(m/min)。

②固结体顶部与原有路面结构层间空隙消除措施

在浆液与土搅拌混合的凝固过程中，由于水泥浆液的析水作用，一般均有不同程度的收缩变形，会造成在固结体边部与原有路基交界处产生空隙。本加固方案不设褥垫层，为了消除固结体边部与原有路基、路面结构层间可能产生的空隙，采用两次注浆的方法，即旋喷注浆完成后，在原旋喷孔位上，进行二次注浆，浆液配合比仍选用0.8∶1。

4.3 施工工艺设计

(1)施工准备

在施工机械，人员正式进场前，合理布置施工场地，尤其是存储水泥的场所要就近置于浆液伴和站处。然后根据设计文件要求的桩位坐标，布设桩位，并打桩标记，用白漆标注，一桩一标注，其误差不大于5 cm。

在旋喷桩施工过程中将会产生10%～20%的返浆量，在高速公路两侧低洼处设置沉淀池，设置简易排水沟，将废浆液导流，引入沉淀池中。

(2)引孔钻进

在钻孔前首先应调试空压机、泥浆泵等设备是否运转正常，然后把钻机移至桩位，垫牢机架。钻机就位应保持钻杆垂直，对中孔位，保证钻杆应与桩位一致，偏差应在10 mm以内，用水平尺对钻机进行调平，钻孔垂直度误差小于1.5%。钻机的对中及垂直度满足精度要求后，经技术人员验测合格后即可开钻。在钻探过程中，应保持钻杆垂直，如倾斜，则停机整平对中中后再开钻。钻孔结束后，由质检人员检查钻探深度是否达到设计值，检查钻杆垂直度是否满足精度要求。检查合格后，移动钻机，进行下一个孔的钻进。

(3)喷浆材料

采用42.5普通硅酸盐水泥按0.8∶1的配比搅拌浆液，并加入早强剂。在制浆过程中计算水泥用量和早强剂用量，保证浆液的制作符合设计的配合比，并统计材料用量。用高速搅拌机搅制浆液，浆液必须连续均匀，且在注浆过程中保持匀速搅拌，防止浆液沉淀。

(4)下喷射管

将注浆台车移至成孔处，先在地面进行浆液试喷，检查各项工艺参数是否符合设计要求，然后将喷射管下至孔底，经现场质检人员检查认可后，并保证闲散人员远离注浆机，方可进行高压旋喷注浆施工。喷射过程中如遇喷浆不畅，可以上下拉动喷浆管，然后，如果出现喷嘴堵塞等未知状况，可将喷射管提出地面，进行清洗处理，处理好后再进行施工。

(5)喷射提升

当喷射管下至设计深度的孔底，开始高压泵送符合设计要求的双液浆，待反浆冒出孔口时，按设计的提升速度及旋转速率自下而上提升注浆管，直至提升到设计的终喷高程。喷射注浆过程中，技术人员应随时观察反浆情况，必要时可停机检查。

(6)回灌

注浆结束后，在喷射孔内进行灌浆充填，直到浆液不再下沉为止，保证高压旋喷桩固结后的桩顶标高。回灌浆液可通过简易导流沟，利用邻孔反浆静压充填。

4.4 质量检验

(1)可在桩径范围内钻孔取芯，进行质量检验，检测桩体的完整性和固结体的强度指标。

(2)检验时间应在旋喷桩成型28 d后进行，防止由于桩体固结时间不够，影响检验结果的可靠性。

(3)检验桩数量为施工桩孔数的1%(即为11根)，重点选取分布在有代表的加固区段内的旋喷桩和喷射注浆时出现过异常现象的旋喷桩。

5 结论

通过此工程实例的验证，运营中的高速公路出现了软弱路基导致路面下沉、脱空等现象，采用高压旋喷桩技术加固地基是一种行之有效的方法，可以在保证工程质量的同时，缩短工期，尽快通车。另外，在旋喷桩处理软弱地基的施工过程中，应该严格要求施工工艺流程，尤其要根据现场试验控制好浆液的水灰比、钻杆的提升速度和旋喷速率，以及早强剂的添加比例。

［1］ 中华人民共和国交通部.《公路路基设计规范》(JTG D30-2004)［S］.北京:人民交通出版社，2004.

［2］ 中华人民共和国交通部.《公路路基施工技术规范》(JTG F10-2006)［S］.北京:人民交通出版社，2006.

［3］ 中华人民共和国住房和城乡建设部.《建筑地基处理技术规范》(JTG 79-2012)［S］.北京:中国建筑工业出版社，2012.

［4］ 中华人民共和国住房和城乡建设部.《建筑地基基础设计规范》(GB 50007-2011)［S］.北京:中国建筑工业出版社，2012.