高压旋喷桩在运营高速公路软基沉降处治工程中的应用

(福建省高速公路有限责任公司漳州管理分公司，漳州363100)

高压旋喷桩在运营高速公路软基沉降处治工程中的应用

■陈春凤

(福建省高速公路有限责任公司漳州管理分公司，漳州363100)

高压旋喷桩是使用大压力快转速的喷嘴将水泥浆连续和集中地作用在土体上，使注入的水泥浆和土拌合凝固形成新的连续搭接的固结体。该技术虽已在市政工程地基处理中得到广泛应用，但在高速公路软基处理方面应用较少。本文以某高速公路运营过程中软基段处治工程为例，从施工角度出发，对高压旋喷桩单管法的施工过程要求及质量控制进行阐述，以期为同类工程提供借鉴经验。

高速公路软基沉降处治高压旋喷桩质量控制

0 引言

随着国家对基础设施建设投入力度的加大，高速公路通车里程的日益延伸，某些软基路段由于施工技术欠缺或管理不到位等原因，通车后发生不均匀沉降、跳车等病害，影响行车的舒适性和安全性。当前对于高速公路运营中出现软基不均匀沉降的处治，最常用的做法是用沥青砼面层进行调平处理，但这种方法无法从根本上解决软基不均匀沉降问题，尤其对于终年沉降不稳定的软基收效甚微。虽经调平，沉降仍在继续发展，会出现频繁调平的现象。为解决高速公路软基在运营过程中出现不均匀沉降的问题，建设者们尝试引进广泛运用于市政工程的高压旋喷桩地基处理技术[1]。

1 工程概况

某高速公路BK2347+980E～BK2348+150E路段处于软土地基，建设时采用CFG桩复合地基处理技术。该路段于2012年5月建成通车后很快出现不均匀沉降，路面出现不平顺、跳车等病害。2012年5月至2014年12月，养护单位先后三次对该段路面进行调平处理，由于沉降未稳定，路基不均匀沉降仍继续发展。为准确了解现场情况，项目业主委托地质勘查部门对该段路基进行地质补勘。现场补勘资料显示，本段软基地势较为平坦，属于剥蚀丘陵间冲洪积谷地地貌，地层从上至下依次为：(1)素填土：厚0～1.5m、堆积时间小于10年；(2)淤泥：深灰色、流塑、饱和、厚10～15m；(3)亚粘土：灰黄色、灰色、软塑、厚约7m。根据地质勘查资料，通过查看原CFG桩设计桩长及施工记录，发现CFG桩处理段落未穿透淤泥层，桩底仍有3～4m的淤泥，沉降较大。

2 路基沉降加固方案的确定

为加快沉降稳定，进一步协调该路段沉降变形，保证道路使用质量及安全性，经原设计单位和专家研究，软基处治主要采取以下处理方案：

(1)根据测量资料，CFG桩处理段落由于桩底淤泥层的存在，沉降将长期发展。经过综合分析，决定采用高压旋喷桩单管法[2]对BK2347+980E～BK2348+150E段落CFG桩的桩间软土及桩底软土进行加固，增强软土强度及压缩模量，从而减少和控制路基沉降。高压旋喷桩采用桩径0.5m、桩间距2.5m、桩长11～16m过渡变化，要求水泥土固结体强度的28天无侧限抗压强度大于2MPa。

(2)根据路面实际情况，待高压旋喷桩全部施工完成后，对BK2347+980E～BK2348+150E段落的路面进行铣刨，采用沥青混泥土混合料重新调整路面平整度。

3 高压旋喷桩施工过程要求及质量控制

3.1 施工材料和机械设备的选择

水泥采用42.5R早强型普通硅酸盐水泥，要求新鲜、不得受潮和混入杂物且无结块。水采用干净水。水泥浆液宜在旋喷前半小时以内配制，使用时虑去硬块、砂石等，以免堵塞管路和喷嘴。

钻机采用XP-20A型旋喷钻机。该型钻机采用全液压技术，钻进和施喷提升时使用无级调速模块，可精确控制提升速度且速值保持稳定，保证施喷成桩质量。该型钻机所需作业空间小，施工时操作方便，适用于本工程施工环境。

3.2 施工准备

(1)施工时要保证高速公路通行，须采用半幅通车半幅施工的平面作业方式，施工前应向路政和交警部门办理施工许可。施工前要做好施工布控工作，确保施工安全和行车安全。

(2)根据施工平面图要求，联接施工用电、接通施工用水、开挖泥浆沉淀池。在施工作业面和行车车道分界处设置纵向防泥挡板，防止施工时冒出的泥浆流向通行车道，影响行车安全。

(3)施工前必须先打试验桩，以检验机具性能及施工工艺中的各项技术参数，包括最佳的灰浆稠度、工作压力、钻进和提升速度等。还应根据试验桩的成桩情况及被加固土的性质，确定水泥掺入量，最终确定施工参数。

3.3 施工工艺及参数[3～4]

(1)桩位现场定位误差不得大于50mm，若桩位与原CFG桩相冲突，可适当调整位置，钻孔倾斜度不得超过0.5%，钻孔深度误差不得超过10cm。

(2)施工参数：旋喷桩直径50cm，水灰比1.0，浆液喷射压力22～25MPa，提升速度15～20cm∕min，旋转速度20转∕min。

3.4 施工流程

(1)孔位放样。为避免和原有桩位相冲突，须先找出原有CFG桩位置。由于原CFG桩已被路基填土覆盖，参照竣工图纸，在两侧路堤坡脚开挖寻找出原CFG桩，从而测定原CFG桩位，最终测量待施工的旋喷桩孔位并用油漆标注在路面上。

(2)引孔。由于运营中的沥青砼路面结构层厚且坚硬，在其上面施工旋喷桩时，旋喷钻机无法钻透坚硬的路面结构层，须用普通地质钻机引孔，引孔直径为11cm。

(3)钻机就位。根据引孔后的孔位进行钻机就位，要求将钻头对准孔位中心，同时钻机平面应放置平稳、水平。

(4)水泥浆制备。根据施工速度选用高80cm、直径110cm的泥浆搅拌桶拌合水泥浆液，配制时，先将水、水泥根据设计配合比依次加入搅拌桶拌合约1min至均匀，然后把搅拌桶配制完成的水泥浆通过桶底阀门排往挖好的泥浆池。

(5)钻孔。在预定的桩位钻孔，以便旋喷杆放置到设计要求的地层中。

(6)旋喷。钻孔到达设计深度时即可开始自下而上地进行旋喷作业，旋喷头部边旋转边上升。此时旋喷作业系统的各项工艺参数必须严格按照预先设定的要求加以控制，并随时做好关于旋喷时间、用浆量、冒浆情况、压力变化等记录。

(7)冲洗。旋喷管被提升到设计标高顶部时，该孔的喷射即告完成，将卸下的旋喷管逐节拆下，进行冲洗，以防浆液在管内凝结堵塞。

(8)移动钻机到下一孔位。

其施工流程如图1所示。

图1 高压旋喷桩单管法施工工艺流程

3.5 施工质量控制要点

为确保工程质量，一定要严格控制施工流程，重视每一施工环节。

(1)施工前进行对每个作业工人进行技术交底，让他们熟悉机械设备操作规程、掌握各项施工参数的控制方法、明白施工质量要求内容。

(2)施工期间，应安排责任心强的工程技术员进行全过程旁站，重点监督钻孔深度、钻头提升速度、高压泥浆泵压力和水灰比等设计参数。

(3)严格控制水泥浆配合比，水泥浆质量好坏直接影响水泥土固结体的强度，应把拌制好的水泥浆排往水泥浆池，清空搅拌桶再继续拌制，杜绝边拌制边加水泥边使用的作业方式。

3.6 施工注意事项

为进一步提升高压旋喷桩的施工质量，在施工时应当注意如下几点：

(1)施工时，对高压泥浆泵要全面检查和清洗干净，防止泵体的残渣和铁屑存在；各密封圈应完整无泄漏，安全阀中的安全销要进行试压检验，确保能在额定最高压力时段销卸压；压力表应定期检查，保证正常使用，一旦发生故障，要停泵机排除故障。

(2)高压胶管不能超过压力范围使用，使用时弯曲应不小于规定的弯曲半径，防止高压管爆裂伤人。

(3)高压喷射旋喷注浆是在高压下进行，高压射流的破坏力较强，浆液应过滤，使颗粒不大于喷嘴直径；高压泵必须有安全装置，当超过允许泵压后，应能自动停止工作；因故需较长时间中断旋喷时，应及时地用清水冲洗输送浆液系统，以防硬化剂沉淀管路内。

(4)操作钻机人员要有熟练的操作技能，了解注浆全过程及钻机旋喷性能，严禁违章操作。

(5)钻机就位后，应进行水平和垂直校正，钻杆应与桩位一致，偏差应在10mm以内，以保证垂直度正确。

(6)在旋喷过程中往往有一定数量的土粒随着一部分浆液沿注浆管壁冒出地面，如冒浆量小于注浆量的20%，可视为正常现象，超过者或出现不冒浆时，应查明原因，采取相应措施。通常冒浆量过大是有效喷射范围与注浆量不适应所致，可采取提高喷射压力，适当缩小喷嘴孔径，加快提升和旋喷速度等措施，以减少冒浆量；不冒浆大多是地层中有较大空隙所致，可采取在浆液中掺加适量的速凝剂，缩短固结时间或增大注浆量，填满空隙，再继续正常喷射。

(7)钻杆的旋转和提升应连续进行，不得中断；拆卸钻杆要保持钻杆伸入下节有100mm以上的搭接长度，以免桩体脱节。钻机发生故障，应停止提升钻杆和旋喷，以防断桩，并应立即检修排除故障；为提高桩的承载力，在桩底部1m范围内应适当增加旋喷时间。作为端承桩应深入持力层2m为宜。

图2 高压旋喷桩高速公路软基处理现场示意图

3.7 质量检验

旋喷加固体在地下施工，属于隐蔽工程。其质量检验可以采用开挖检查、钻取岩芯、标准贯入、载荷试验或压水试验等多种方法进行。检验点的数量为旋喷孔数量的2%～5%，并不少于5个点。不合格者应进行补喷。桩的质量检验应在旋喷施工结束4周后进行。介于本工程特点，本工程选用岩芯取样进行质量检验。岩芯取样在已经成形的旋喷固体结体上钻取岩芯，并将岩芯做成标准试件，进行室内物理力学试验。经现场取芯试验，水泥土结固体强度符合设计要求(试验结果数据详见表1)。

表1 芯样抗压结果

4 结束语

该段软基采用高压旋喷桩处治后，经过半年的运营观察，沉降基本稳定，路面平顺，没有跳车现象，由此说明用高压旋喷桩施工技术处理该段软基是成功的。通过该项工程试验成果，为解决运营中高速公路软基出现不均匀沉降病害提供了一种良好的处理方法，该方法操作方便、质量容易控制、施工过程环保无污染，对节约养护资金具有重大的经济和社会效益。因此，高压旋喷桩技术值得在运营中高速公路软基处治领域或公路工程建设领域推广应用。

[1]《地基处理手册》(第二版)编写委员会[编].地基处理手册[M].中国建筑工业出版社，2000.

[2]顾伯禄.旋喷桩和搅拌桩符合低级设计探讨[J].东南大学学报,1999 (S1).

[3]孙旺.高压旋喷桩处理软弱地基的研究[J].建材技术与应用,2017 (02).

[4]韩东，赵雪，丁润华.高压旋喷桩施工工艺[J].油气田地面工程,2014 (04).