津晋高速公路路基施工中的软土处理技术

唐建军　宋金华

[摘要]津晋高速公路路基经过软土路段采用粉喷桩加土工格栅复合处理，提高路基的稳定性，降低了沉降量。经过四年多的交通运营，桥头无明显的下沉跳车现象，路基未出现塌方，滑坡等现象。粉喷桩加土工格栅复合处理软土公路路基，明显提高地基的承载力，效果显著。

[关键词]高速公路 软弱土 粉喷桩 土工格栅

中图分类号：TB1文献标识码：A文章编号：1671－7597（2009）0320069－02

津晋高速公路第一合同段处于南八里台退海地地区，地下水丰富且埋藏浅。工程地质资料显示，淤泥软土分布面积较广，该路段地基具有含水量高、强度低、压缩性高及低渗透性的软基特点。高速公路在经过该段的软土地段时设计填高7米，局部填高8～9米。为确保其路基的稳定，通过选取试验区试验研究，决定采用粉喷桩穿越软基土层，粉喷桩施工完成，经检验合格后铺设玻璃纤维土工格珊和填砂砾碎石垫层。上层和下层土工格栅间隔砂砾碎石20cm厚。土工格栅与砂砾碎石垫层压实施工完成，再进行路基或桥台填筑施工。

一、水泥粉喷桩的设计参数[1]

1. 桩径。根据试验，直径取D＝500mm；

2. 桩长。打成穿淤泥层，一般3～9m，个别桥头达11.5m（准确桩长参照地质资料并通过逐段试桩确定）；

3. 桩距。填方段软基：1.5m×1.3m（排距），等腰三角形布置；桥头20m以内；1.0m×1.3m（排距）；

4. 水泥掺入量。桩喷粉量50㎏／m（42.5普通硅酸盐水泥），掺入比约15％；

5. 桩身强度。90d龄期无侧限抗压强度为1200Kpa；

6. 单桩允许承载力为130KN；

7复合地基承载力为240KN。

二、粉喷桩施工[2]～[5]

（一）施工工艺

1．粉喷桩施工程序

整平原地面→钻机定位→钻杆下沉钻进→上提喷粉强制搅拌→复拌→提杆出孔→钻机移位。

2．工艺性试桩

开工前先进行工艺试桩3～5根，其目的在于提供满足设计要求喷粉量的各种操作参数。入管道压力、灰罐压力、钻机提升速度、喷粉机转速等。并验证加固料的搅拌均匀程度及成桩质量，了解下钻机、钻机提升的阻力情况，并采用相应的措施，确保成桩质量。

（二）施工方法

1．对正桩位，调整钻机机身平稳，保证钻杆的垂直度，启动钻机下钻，待搅拌钻头接近地面时，启动空压机送气，开始钻进。

2．钻到设计孔深时，关闭送气阀门，喷送水泥加固料。

3．确认水泥加固料已到桩底时，提升搅拌钻头，为便于控制成桩质量，一般不得使用Ⅲ档。

4．提升到设计桩顶标高时，停止喷粉。

5．打开送气阀，关闭送料阀，但空压机不要停机，搅拌钻头提升到桩顶时停止提升，在原位转动2min，以保证桩头均匀密实。

6．钻头再钻到设计桩底，进行二次搅拌。

7．将搅拌钻头提出地面，停止主电机、空压机，填写施工记录。

8．移动到下一个桩位。

（三）操作要点

1．机身调平以钻杆是否垂直为依据，操作时以钻锤吊线进行控制。

2．钻头钻至设计深度时，应有一定的滞留时间，以保证加固粉料到达桩底。一般2～5分钟。

3．进行喷粉或喷气，当气压表的数值达到0.45Mpa时，管路可能堵塞，此时应停止喷粉，将钻头提出地面，切断空压机电源，停止送气，查明堵塞原因，予以排除。

4．整个制桩过程一定要保证边喷粉、边提升连续作业。当空气湿度大、粉体流动性差、喷气压力大、单位桩长喷粉量大时，应开通灰罐进气阀，以对料罐加压。如出现断粉，应及时补喷，补喷重叠长度不小于0.5米。

5．粉体固化料入罐时必须过筛，以保证入罐固化剂粒径最大不超过0.5cm，无纸屑石块等杂物。

6．喷粉开始时，应将电子称显示屏置零，使喷粉过程在电子计量称示下进行。喷粉时，记录人员应随时观察电子称的变化显示，以保证各段喷粉均匀。

（四）施工组织

一台粉喷桩设备为一个施工班组，每班组由9～10人组成，具体分工见表1。

三、玻璃纤维土工格珊施工[4]

（一）土工格栅的设置

粉喷桩施工完成，经检查合格后，在路基地面40cm处铺设底层土工格栅。底层土工格栅肋成横向（垂直路基方向），上层土工格栅肋成纵向（顺路基方向），两肋搭接时用10号铁丝捆绑牢固。

（二）土工格栅施工

1．场地平整：对准备铺设地段的路基进行整平，局部不平或松散地段处理整平达到要求，以保持路基整洁。

2．测量放线：按设计桩号和宽度放出大样，并用白灰划出界限。

3．平铺土工格栅：按撒好的灰线，开始铺设，并铺出灰线以外10cm。然后用Ф6钢筋加工成U型卡，将两边固定，铺设道路对面，宽度按边线铺好，每隔5.0m用U型卡固定，两格栅搭接栅肋约6cm，并每隔3～4格栅纵肋用双根10号铁丝绑扎牢固。

（三）土工格栅施工要求

1．原地面必须整平，确保土工格栅形成整体，保证抗拉强度的最大值发挥，铺设面的平整度控制在±10cm以内。

2．搭接长度不小于6cm。

四、质量控制及检测

（一）粉喷桩质量控制

粉喷桩成桩应按试验确定的技术参数进行，操作人员应随时记录压力、粉喷量、钻进速度、等有关参数的变化。并满足下列表2要求：

1．严格控制喷粉标高，不得中断喷粉，确保桩体长度；严禁在尚未喷粉的情况下进行提升钻杆作业。

2．桩身根据设计要求在地面以下1／2～1／3桩长不小于5米的范围内必须进行重复搅拌，使固化料与地基土均匀拌和；施工中发现喷粉量不足，应整桩复打，复打到喷粉量应不小于设计用量。喷粉中断复打时，其重叠段应大于1米。

3．施工机具设备的粉体发送器必须配置粉料计量装置，并记录水泥的瞬时喷入量。

4．应控制重复搅拌时的提升和下沉速度，以保证加固深度范围内每一深度均得到充分搅拌。

（二）土工格栅质量控制

1．上土时，应顺着格栅的方向顺序而上，不得在路基范围内乱填乱上。

2．U型卡要嵌入土内至少5cm，以保证土工格栅稳固。

3．为防地基不均匀沉降，搭接时要注意搭接宽度和铁丝绑扎牢固。

（三）质量保证措施

1．开工前及时进行水泥土比例土样试验，确定每米的喷灰量，做3～5根工艺性试验桩。根据试验桩已掌握的各种置桩技术参数，如含灰量、钻进速度、钻杆提升速度等，试验结果经监理工程师批准后作为工程桩的施工依据，并及时向施工人员进行技术交底。

2．施工中根据要求召开质量专题会议，不得使用不合格的施工机具及不合格或失效的水泥。

3．控制钻头下沉和提升速度，保证加固范围内每一深度都得到充分搅拌，严格按要求进行复拌。

4．随时检查施工记录，对照施工工艺对每根桩进行质量评定，不合格的桩根据具体情况采取补救措施。

5．选取一定数量的桩体开挖，检查桩体外观质量、搭接质量和整体性。

（四）粉喷桩现场质量检测

本工程采用了28d龄期全桩长抽芯取样的检验方法，即对每批达到28d龄期成桩按1％进行抽芯检验，以了解全桩长的桩身结构及测定各桩段的强度。虽在时间和费用上花费较多，但对确保软基处理质量起了重要作用。

抽芯开始时，使用单管普通钻机在1／4桩径处抽芯取样（管径89mm），发现芯样扰动较大，采样率低（0.6左右）。后改用XY-1型钻机双管轴芯取样，对芯样扰动小，采样率达85％以上，较真实反映桩身结构状况，对每桩芯样提出检验报告并拍照片存档。

（五）粉喷桩的质量控制标准

按照设计要求，桩身无侧限抗压强度为1200Kpa（90d强度），28d强度按标贯强度60％计为720Kpa。考虑到含水量及搅拌不均匀等因素，其最小值按85％考虑，即不小于720×85％＝612Kpa（相当于标惯试验的14击），故检测过程中按1%的桩数进行标惯抽检，标准确定如下：

1．抽检的最低标贯击数大于14击。

2．每批抽检的各桩最低强度的平均值大于720Kpa（相当于标贯试验的16.5击）。

符合上述标准为合格，否则为不合格。对不合格桩，采取措施进行补强处理。

（六）处理效果

1．在本段软基处理工程中，施工粉喷桩28486根／计190000m，其中粉喷桩处理桥头路基8处／46000m（最大桩长11.5m），人工铺土工格栅2500m2。在成桩28d后，由业主委托检测单位抽芯285根，做标贯1995次。抽芯结果表明：粉喷桩桩体搅拌均匀，桩身连续，桩长符合设计要求。标贯最低N大于14击，各桩最低击数的平均值大于16.5击，一般为20～25击，符合设计要求。

2．本段路基经粉喷桩加土工格栅复合处理后，填筑路堤到设计标高，进行路面的底基层和基层施工。第二年的5月施工沥青面层。根据通车二年来的沉降观测资料显示，路基沉降值仅为5cm。而在相同条件下，只进行粉喷桩处理（未使用土工格栅）的路基沉降达20.15cm。经本方法处理的8个桥头，开放通车至现今沉降观测结果，最大总沉降量为4.5mm，桥头无明显下沉跳车现象。

五、结语

1．根据施工中的分层沉降观测资料。各层的沉降均达到了设计控制标准。

2．粉喷桩加土工格栅复合处理的地基后，因其土工格栅在填土中的又约束了颗粒的侧向位移，降低了填方路基出现滑坡和塌方的可能性，增加了路基的稳定性，减少地基沉降量，提高了地基的承载力。

3．粉喷桩使用水泥、粉煤灰或石灰等粉状加固料，使其与原位软土混合、压密、通过一系列物理化学作用，使软土硬化具有整体性、水稳性和一定强度的柱状加固土，并与原位软弱土层组成复合地基[5]。在施工前的选取试验区试验研究中还发现，粉喷桩施工后随着填土的完成，桩土应力分配达到平衡，桩土应力比最终稳定在1～3.5范围，明显提高了地基的承载力。

4．本方法适用于强度低压缩性高、排水性能差的软土，尤其是8～20m深范围内无理想持力层的软土地基。

参考文献：

[1]孙大全等，公路工程施工方法与实例[M].北京：人民交通出版社，2005.

[2]陈晨，岩土工程施工[M].北京：吉林大学出版社，2003.

[3]刘玉卓等，公路工程软基处理[M].北京：人民交通出版社，2002.

[4]王洪江、符长青，公路工程施工组织设计编制手册[M].北京：人民交通出版社，2005.

[5]徐平、夏唐代、辛公锋，高速公路粉喷桩复合地基的现场试验研究[J].施工技术，2006，(1)9-11.

作者简介：

唐建军，男，工程师，学士，从事施工技术管理工作；宋金华，女，工程师，学士，从事施工技术管理工作。