高压旋喷桩在高速公路水毁处治中的应用

郭中杰

摘要：高压旋喷桩具有加固体强度高、加固质量均匀、加固体形状可控的特点，采用高压旋喷桩进行加固处理已成为国内外工程界普遍接受的、多用、高效的地基处理方式。分析了高速公路路基产生沉降的主要原因，介绍了单管高压旋喷成桩技术在高速公路水毁路基沉降中的应用，并阐述了该技术设计参数的选择，施工工艺和加固效果，指出高压旋喷桩技术控制沉降变形效果明显，值得推广。

关键词：太原东环高速公路；高压旋喷桩；路基沉降；加固处治

中图分类号：U655.54＋4.1文献标识码：A 文章编号：2095－6835（2014）08－0075－03

1概述

太原东环高速公路为太原绕城高速G2001的重要组成部分，南起太旧高速公路武宿立交，北接原太高速公路。太原东环高速公路于1996-12正式建成通车，双向4车道，设计时速80 km。随着该段车流量的不断增加，路面和路基也不断出现病害。太原高速公司于2005-05开始对该段进行大修改造，对部分路段进行了拓宽，并于同年12月完成改造。

2012-07-30太原市普降大雨，由于雨量较大，造成太原东环高速公路路基养护里程K23+390—K23+475段（设计里程K268+810—K268+895）发生路基沉降。2012-08-01，在位于主路左半幅（东半幅）K23+461（设计里程K268+881）处靠近中央分隔带附近形成一个椭圆形塌陷坑，坑长轴长4.2 m，短轴长3.6 m，深度约2 m，坑中积水，而且在东北侧路基土塌陷量较大。发现此情况后，太原高速公司立即邀请上级单位和相关专家召开紧急会议，进一步研究处治方案。会议最后决定对该地段进行旋喷桩加固处理。

2路基沉降段勘察结果

采用调查、物探和钻探这三种方法对沉降路段进行了综合勘察，完成地质调查面积0.5 km2，地质雷达扫描探测面积约1 000 m2。在左、右幅沉陷路段完成钻孔6个，总进尺118.6 m。具体勘察结果如下所示。

2.1左幅路基状况

K23+395—K23+475段（设计里程K268+815—K268+895）左幅路基均有明显沉降，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，含水量在18%～24.6%，饱和度为75%～90%，呈软塑-流塑状。K23+461（设计里程K268+881）处已经出现塌陷坑，塌陷坑面积约15 m2，坑深2 m。通过物探和钻探查明，在左幅K23+397.5—K23+405（设计里程K268+817.5—K268+825）段路基和路面之间存在脱空现象，空隙高达1.2 m。

2.2右幅路基状况

K23+390—K23+470段（设计里程K268+810—K268+890）右幅路基仅原有路基出现明显的沉陷，2005年改造时加宽的部分没有明显沉陷，沉陷路基土岩性主要为粉土，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。通过物探和钻探查明，K23+447.5（设计里程K268+867.5）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。

综上所述，该段路基土体湿软且局部存在路面结构层与路基脱空的现象，容易发生路基滑塌和路面塌陷的情况。因此，必须对软基和空洞进行处治，才能保证行车安全。

3路基沉降段处治方案

3.1脱空区充填

采用C35商品混凝土对左幅K23+461（设计里程K268 +881）塌陷坑、K23+397.5—K23+405（设计里程K268+817.5—K268+825）段脱空区和右幅K23+447.5（设计里程K268 +867.5）处脱空区进行充填，消除空洞。根据勘察的情况，K23+461（设计里程K268+881）处塌陷坑需要充填混凝土30.2 m3，K23+397.5—K23+405（设计里程K268+817.5—K268+825）段脱空区需要充填混凝土423 m3，右幅K23+447.5（设计里程K268 +867.5）处脱空区需要充填混凝土11.3 m3。

3.2旋喷桩处治软基方案

K23+395—K23+475（设计里程K268+815—K268+895）段左幅路基整体出现沉陷，且0～24 m深度范围内土体普遍湿软，因此，应该采用单管高压旋喷桩进行加固处理，处理长度为80 m，左幅处治宽度为15 m（整幅路面），处理深度为12～24m。

K23+390—K23+470（设计里程K268+810—K268+890）段右幅路基仅原有路基出现沉陷，且0～15 m深度范围内土体较软，新加宽部分没有明显沉陷，且采用钻探和物探勘察，在新加宽部分未发现明显异常，因此，选用单管高压旋喷桩仅对右幅原有路基进行加固处治，处治长度为80 m，处治宽度12 m，处治深度10～18 m。这里仅对高压旋喷桩处治方案进行阐述。

4旋喷桩设计参数

4.1单桩喷射参数设计

单桩喷射直径（桩径）为600 mm，固结土强度要求达到3 MPa。桩共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7排，排距1.3 m，桩数376根（含脱空区补加的5根桩），桩长10～18 m。详细情况见以下旋喷桩平面布置图。

图1旋喷桩平面布置图

4.2施工工艺参数

浆液压力为20 MPa，浆液流量为80 L/min，喷嘴孔径为2～3 mm；注浆管提升速度为0.25 m/min，旋转速度为20 r.p.m。

4.3注浆材料和用量

注浆液选用速凝浆液，这样可防止喷射过程中路基附近产生变形，从而造成路面与路基脱空。水泥选用32.5级硅酸盐水泥，浆液配合比为0.8∶1，另加2%～4%早强剂（水玻璃）。

浆量采用喷量法进行计算，计算公式为：

Q=（H/v）q（1+β）.（1）

式（1）中：Q——浆量，m3；

H——喷射长度，m；

v——提升速度，m/min；

q——单位时间喷浆量，m3/min；

β——损失系数，通常取0.1～0.2.

根据设计要求的工艺参数，每米喷浆量为0.325 m3，每米水泥用量为328 kg。

4.4空隙消除措施

在浆液与土搅拌混合后的凝固过程中，由于浆液析水作用（一般均有不同程度的收缩），使得固结体顶部与原有路基之间产生空隙。加固方案为对既有路基进行加固，不设褥垫层，因此，必须消除固结体顶部与原有路面结构层间可能产生的空隙。

采用两次注浆的办法进行消除，旋喷注浆完成后，在原旋喷孔位上，进行第二次注浆，浆液配合比选用0.8∶1.

4.5工程量

本项目左、右幅路基施工完成后共用高压旋喷桩959根，总长度16 221 m，喷浆量5 709.79 m3，水泥用量5 320.49 t，水用量4 256.39 t，早强剂（水玻璃） 212.82 t。其中，左幅旋喷桩583根，总长度10 965 m，喷浆量3 859.68 m3，水泥用量3 596.52 t，水用量2 877. 22 t，早强剂（水玻璃）143.86 t；右幅旋喷桩376根，总长度5 256 m，喷浆量1 850. 11 m3，水泥用量1 723.97 t，水用量1 379.17 t，早强剂（水玻璃）68.96 t。

5旋喷桩施工程序

高压旋喷桩施工工艺流程如下图2所示，并应按如下程序进行施工。

图2高压旋喷桩施工工艺

5.1施工准备

5.1.1管线调查和场地布置

正式进场施工前，应进行管线调查，确保施工过程不破坏公路下面敷设的管线和涵洞等构造物。同时，合理布置施工机械、输送管路和电力线路位置，确保施工场地整齐有序。

5.1.2桩位放样

施工前，用全站仪测定旋喷桩施工的控制点，埋石标记，经过复测验线合格后，用钢尺和测线实地布设桩位，并用白漆标注，一桩一标注。测定误差不大于5 cm。

5.1.3修建排污和灰浆拌制系统

在旋喷桩施工过程中将会产生10%～20%的返浆量。在公路外侧设置沉淀池，将废浆液引入沉淀池中，沉淀后的清水根据场地条件可进行无公害排放。灰浆拌制系统应设置在水泥附近，便于作业。该系统主要由灰浆拌制设备、灰浆储存设备和灰浆输送设备组成。

5.2钻机就位

钻机就位后，对桩机进行调平、对中，调整桩机的垂直度，保证钻杆应与桩位一致，偏差应在10 mm以内，钻孔垂直度误差小于1.5%.钻孔前，应调试空压机、泥浆泵，使设备运转正常。同时，校验钻杆长度，并用红油漆在钻塔旁标注深度线，保证孔底标高满足设计深度。

5.3引孔钻进

把钻机移至钻孔位置，对准孔位用水平尺掌握机台水平，立轴垂直、垫牢机架、钻机的垂直度满足精度要求，经技术人员验测合格后方可开钻。如果发现钻机倾斜，则停机找平后再开钻。钻进过程中，遇到异常情况应及时查明原因，并采取相应措施。对地层变化、颗粒大小、硬度等要进行详细记录。钻孔结束后，由技术人员进行质量检查，合格后方可移位进行下一个孔的钻进。

5.4下喷射管

将喷射台车移至成孔处，先在地面进行浆、气试喷，检查各项工艺参数是否符合设计要求。检查合格后，将喷射管下至设计深度，经现场质检人员检查认可后方可进行高喷灌浆施工。喷射过程中如果遇到特殊情况，比如浆压过高或喷嘴堵塞等，应将喷射管提出地面进行处理，处理好后再进行施工。

5.5喷浆材料和制浆

采用325普通硅酸盐水泥搅制浆，水泥应新鲜、无结块。通过0.08 mm方孔筛的筛余量应不大于5%，每批次进场水泥必须有生产厂家的产品合格证，并根据有关规定进行抽查检验。旋喷桩必须满足《建筑地基处理技术规范》（JGJ 79—2002），旋喷桩用水满足《混凝土搅拌用水》（JGJ 63—89）要求，水灰比为0.8∶1.

按设计配比进行浆液搅制。在制浆过程中应随时测量浆液比重，每孔高喷灌浆结束后要统计该孔的材料用量。浆液用高速搅拌机搅制，拌制浆液必须连续、均匀，搅拌时间不小于30 s，每次搅拌所用时间应控制在4 h以内。

5.6喷射提升

当喷射管下至设计深度时，开始送入符合要求的水泥浆。待注入浆液冒出孔口时，按设计的提升方式和速度自下而上提升，直至提升到设计的终喷高程。喷射过程中，值班技术人员应随时检查各环节的运行情况。以上操作应注意以下两点：①接、卸换管要快，防止塌孔和堵嘴；②喷射因故障中断，应酌情处理。如果发生机械故障，要尽力缩短中断时间，及早恢复灌浆；如果中断时间超过1 h，要采取补救措施；恢复喷射时，喷射管要多下至少0.3 m，保证凝结体的连续性。

5.7回灌

喷射结束后，随即在喷射孔内进行静压充填灌浆，直至浆面不再下沉为止，保证高喷防渗墙固结后墙顶标高。回灌浆液一般采用邻孔高喷冒浆静压充填。

5.8记录

对施工中钻孔、高喷灌浆的各道工序应进行详细、及时、准确的记录，且所有记录需按要求使用统一表格。

6施工中的注意事项

在施工过程中，需注意以下两点：①为保证高速公路的正常运行，在该地段处治中不得中断太原东环高速公路的交通。同时，为了确保施工段不造成车辆拥堵，在白天施工过程中要保证开放一条半车道。如果遇车辆较多时，要根据实际情况调整封闭的车道宽度，避免造成拥堵。另外，晚间24时后，在保证安全的前提下，可以封闭两条车道进行作业。②为确保施工现场人员和设备的安全，进入施工现场的所有人员必须身着统一的标志服，所有施工车辆必须安装警示标志，施工单位必须安排安全员维持施工现场的秩序。

7整治效果

该工程于2012-08-03开工， 2012-09-16完工。经过一年的定期观察可知，采用旋喷桩处理过的路基地段下沉得到了有效控制，没有再继续发展，达到了处治的预期效果，为太原东环高速公路的安全运行打下了坚实的基础。

（下转第80页）

5旋喷桩施工程序

高压旋喷桩施工工艺流程如下图2所示，并应按如下程序进行施工。

图2高压旋喷桩施工工艺

5.1施工准备

5.1.1管线调查和场地布置

正式进场施工前，应进行管线调查，确保施工过程不破坏公路下面敷设的管线和涵洞等构造物。同时，合理布置施工机械、输送管路和电力线路位置，确保施工场地整齐有序。

5.1.2桩位放样

施工前，用全站仪测定旋喷桩施工的控制点，埋石标记，经过复测验线合格后，用钢尺和测线实地布设桩位，并用白漆标注，一桩一标注。测定误差不大于5 cm。

5.1.3修建排污和灰浆拌制系统

在旋喷桩施工过程中将会产生10%～20%的返浆量。在公路外侧设置沉淀池，将废浆液引入沉淀池中，沉淀后的清水根据场地条件可进行无公害排放。灰浆拌制系统应设置在水泥附近，便于作业。该系统主要由灰浆拌制设备、灰浆储存设备和灰浆输送设备组成。

5.2钻机就位

钻机就位后，对桩机进行调平、对中，调整桩机的垂直度，保证钻杆应与桩位一致，偏差应在10 mm以内，钻孔垂直度误差小于1.5%.钻孔前，应调试空压机、泥浆泵，使设备运转正常。同时，校验钻杆长度，并用红油漆在钻塔旁标注深度线，保证孔底标高满足设计深度。

5.3引孔钻进

把钻机移至钻孔位置，对准孔位用水平尺掌握机台水平，立轴垂直、垫牢机架、钻机的垂直度满足精度要求，经技术人员验测合格后方可开钻。如果发现钻机倾斜，则停机找平后再开钻。钻进过程中，遇到异常情况应及时查明原因，并采取相应措施。对地层变化、颗粒大小、硬度等要进行详细记录。钻孔结束后，由技术人员进行质量检查，合格后方可移位进行下一个孔的钻进。

5.4下喷射管

将喷射台车移至成孔处，先在地面进行浆、气试喷，检查各项工艺参数是否符合设计要求。检查合格后，将喷射管下至设计深度，经现场质检人员检查认可后方可进行高喷灌浆施工。喷射过程中如果遇到特殊情况，比如浆压过高或喷嘴堵塞等，应将喷射管提出地面进行处理，处理好后再进行施工。

5.5喷浆材料和制浆

采用325普通硅酸盐水泥搅制浆，水泥应新鲜、无结块。通过0.08 mm方孔筛的筛余量应不大于5%，每批次进场水泥必须有生产厂家的产品合格证，并根据有关规定进行抽查检验。旋喷桩必须满足《建筑地基处理技术规范》（JGJ 79—2002），旋喷桩用水满足《混凝土搅拌用水》（JGJ 63—89）要求，水灰比为0.8∶1.

按设计配比进行浆液搅制。在制浆过程中应随时测量浆液比重，每孔高喷灌浆结束后要统计该孔的材料用量。浆液用高速搅拌机搅制，拌制浆液必须连续、均匀，搅拌时间不小于30 s，每次搅拌所用时间应控制在4 h以内。

5.6喷射提升

当喷射管下至设计深度时，开始送入符合要求的水泥浆。待注入浆液冒出孔口时，按设计的提升方式和速度自下而上提升，直至提升到设计的终喷高程。喷射过程中，值班技术人员应随时检查各环节的运行情况。以上操作应注意以下两点：①接、卸换管要快，防止塌孔和堵嘴；②喷射因故障中断，应酌情处理。如果发生机械故障，要尽力缩短中断时间，及早恢复灌浆；如果中断时间超过1 h，要采取补救措施；恢复喷射时，喷射管要多下至少0.3 m，保证凝结体的连续性。

5.7回灌

喷射结束后，随即在喷射孔内进行静压充填灌浆，直至浆面不再下沉为止，保证高喷防渗墙固结后墙顶标高。回灌浆液一般采用邻孔高喷冒浆静压充填。

5.8记录

对施工中钻孔、高喷灌浆的各道工序应进行详细、及时、准确的记录，且所有记录需按要求使用统一表格。

6施工中的注意事项

在施工过程中，需注意以下两点：①为保证高速公路的正常运行，在该地段处治中不得中断太原东环高速公路的交通。同时，为了确保施工段不造成车辆拥堵，在白天施工过程中要保证开放一条半车道。如果遇车辆较多时，要根据实际情况调整封闭的车道宽度，避免造成拥堵。另外，晚间24时后，在保证安全的前提下，可以封闭两条车道进行作业。②为确保施工现场人员和设备的安全，进入施工现场的所有人员必须身着统一的标志服，所有施工车辆必须安装警示标志，施工单位必须安排安全员维持施工现场的秩序。

7整治效果

该工程于2012-08-03开工， 2012-09-16完工。经过一年的定期观察可知，采用旋喷桩处理过的路基地段下沉得到了有效控制，没有再继续发展，达到了处治的预期效果，为太原东环高速公路的安全运行打下了坚实的基础。

（下转第80页）

5旋喷桩施工程序

高压旋喷桩施工工艺流程如下图2所示，并应按如下程序进行施工。

图2高压旋喷桩施工工艺

5.1施工准备

5.1.1管线调查和场地布置

正式进场施工前，应进行管线调查，确保施工过程不破坏公路下面敷设的管线和涵洞等构造物。同时，合理布置施工机械、输送管路和电力线路位置，确保施工场地整齐有序。

5.1.2桩位放样

施工前，用全站仪测定旋喷桩施工的控制点，埋石标记，经过复测验线合格后，用钢尺和测线实地布设桩位，并用白漆标注，一桩一标注。测定误差不大于5 cm。

5.1.3修建排污和灰浆拌制系统

在旋喷桩施工过程中将会产生10%～20%的返浆量。在公路外侧设置沉淀池，将废浆液引入沉淀池中，沉淀后的清水根据场地条件可进行无公害排放。灰浆拌制系统应设置在水泥附近，便于作业。该系统主要由灰浆拌制设备、灰浆储存设备和灰浆输送设备组成。

5.2钻机就位

钻机就位后，对桩机进行调平、对中，调整桩机的垂直度，保证钻杆应与桩位一致，偏差应在10 mm以内，钻孔垂直度误差小于1.5%.钻孔前，应调试空压机、泥浆泵，使设备运转正常。同时，校验钻杆长度，并用红油漆在钻塔旁标注深度线，保证孔底标高满足设计深度。

5.3引孔钻进

把钻机移至钻孔位置，对准孔位用水平尺掌握机台水平，立轴垂直、垫牢机架、钻机的垂直度满足精度要求，经技术人员验测合格后方可开钻。如果发现钻机倾斜，则停机找平后再开钻。钻进过程中，遇到异常情况应及时查明原因，并采取相应措施。对地层变化、颗粒大小、硬度等要进行详细记录。钻孔结束后，由技术人员进行质量检查，合格后方可移位进行下一个孔的钻进。

5.4下喷射管

将喷射台车移至成孔处，先在地面进行浆、气试喷，检查各项工艺参数是否符合设计要求。检查合格后，将喷射管下至设计深度，经现场质检人员检查认可后方可进行高喷灌浆施工。喷射过程中如果遇到特殊情况，比如浆压过高或喷嘴堵塞等，应将喷射管提出地面进行处理，处理好后再进行施工。

5.5喷浆材料和制浆

采用325普通硅酸盐水泥搅制浆，水泥应新鲜、无结块。通过0.08 mm方孔筛的筛余量应不大于5%，每批次进场水泥必须有生产厂家的产品合格证，并根据有关规定进行抽查检验。旋喷桩必须满足《建筑地基处理技术规范》（JGJ 79—2002），旋喷桩用水满足《混凝土搅拌用水》（JGJ 63—89）要求，水灰比为0.8∶1.

按设计配比进行浆液搅制。在制浆过程中应随时测量浆液比重，每孔高喷灌浆结束后要统计该孔的材料用量。浆液用高速搅拌机搅制，拌制浆液必须连续、均匀，搅拌时间不小于30 s，每次搅拌所用时间应控制在4 h以内。

5.6喷射提升

当喷射管下至设计深度时，开始送入符合要求的水泥浆。待注入浆液冒出孔口时，按设计的提升方式和速度自下而上提升，直至提升到设计的终喷高程。喷射过程中，值班技术人员应随时检查各环节的运行情况。以上操作应注意以下两点：①接、卸换管要快，防止塌孔和堵嘴；②喷射因故障中断，应酌情处理。如果发生机械故障，要尽力缩短中断时间，及早恢复灌浆；如果中断时间超过1 h，要采取补救措施；恢复喷射时，喷射管要多下至少0.3 m，保证凝结体的连续性。

5.7回灌

喷射结束后，随即在喷射孔内进行静压充填灌浆，直至浆面不再下沉为止，保证高喷防渗墙固结后墙顶标高。回灌浆液一般采用邻孔高喷冒浆静压充填。

5.8记录

对施工中钻孔、高喷灌浆的各道工序应进行详细、及时、准确的记录，且所有记录需按要求使用统一表格。

6施工中的注意事项

在施工过程中，需注意以下两点：①为保证高速公路的正常运行，在该地段处治中不得中断太原东环高速公路的交通。同时，为了确保施工段不造成车辆拥堵，在白天施工过程中要保证开放一条半车道。如果遇车辆较多时，要根据实际情况调整封闭的车道宽度，避免造成拥堵。另外，晚间24时后，在保证安全的前提下，可以封闭两条车道进行作业。②为确保施工现场人员和设备的安全，进入施工现场的所有人员必须身着统一的标志服，所有施工车辆必须安装警示标志，施工单位必须安排安全员维持施工现场的秩序。

7整治效果

该工程于2012-08-03开工， 2012-09-16完工。经过一年的定期观察可知，采用旋喷桩处理过的路基地段下沉得到了有效控制，没有再继续发展，达到了处治的预期效果，为太原东环高速公路的安全运行打下了坚实的基础。

（下转第80页）