高压旋喷桩在高速公路加固中的应用

1 前言

高速公路以其行车速度快, 交通流量大, 与一般公路相比, 对路基路面的要求更高, 不仅要求路堤稳定, 而且对工后沉降有较高要求, 特别是要控制施工后不均匀沉降量。然而高速公路常需要穿越软土地段, 并因工后不均匀沉降造成“桥头跳车”现象。桥头跳车是桥台刚性基础与软土路基柔性基础沉降差异引起的, 解决桥头跳车问题主要就是要减少桥台与台后路基工后不均匀沉降。新建工程主要措施有以下两种方法[1]:

(1) 排水固结法;

(2) 复合地基法。

对于已建工程, 由于桥台与路面间的不均匀沉降已经产生, 需要对路基进行加固时, 普通的方法很难穿透路基填土层。此时高压旋喷桩以其特殊的原理与施工工艺, 能够达到穿越路基的目的。

旋喷桩复合地基即以旋喷桩作为竖向增强体与桩间土加上其上的垫层构成复合地基。所谓旋喷桩[2] (高压喷射注浆) 就是利用钻机把带有喷嘴的注浆管钻至土层预定深度后, 以20~40MPa压力把浆或水从喷嘴中喷射出来, 形成喷射流冲切破坏土层, 当能量大, 速度快和脉动状的射流, 其动压大于土层结构强度时, 土颗粒便从土层中剥落下来, 一部分细颗粒随浆液或水冒出地面, 其余土颗粒在射流的冲击力、离心力和重力等力的作用下, 与浆液搅拌混合, 并按一定的浆土比例和质量大小, 有规律地重新排列, 浆液凝固后, 便在土层形成一个固结体, 当喷射流作360°旋转时, 固结体呈圆柱形。旋喷桩按注浆管类型分成单管, 二重管、三重管及双高压多重管。

2 工程概况

该高速公路1标段K1+166通道小桥台后路基出现下沉, 搭板与台背间出现了裂缝, 需要对桥头搭板处软基采用旋喷桩加固处理。现场地勘资料显示, 该工点土层地质结构由上至下分布及厚度情况依次为:

(1) 人工填土层, 即素填土, 层厚5.1m;

(2) 亚岩土, 层厚1.1m;

(3) 淤泥, 层厚10.9m;

(4) 含淤泥粗砂, 层厚2m:

(5) 亚粘土, 层厚3.2m;

(6) 含泥砂, 层厚2.8m;

(7) 粘性土, 层厚10.7m;

(8) 强风化黑云母花岗岩。

旋喷桩加固的纵向范围为现有裂缝两侧和过渡板范围, 横向范围为路肩宽度, 旋喷桩间距为200×200cm, 错开梅花形布置, 具体布置见图1、图2所示。

从路基一侧开始施工。首排旋喷桩的旋喷深度为地面下3m, 以后每排旋喷桩的旋喷深度递增3m, 直到进入淤泥层下0~5m为止。这样的排列方式能够形成一个比较平缓的过渡段, 以免形成新的不均匀沉降, 即在加固区与未加固区出现沉降

3 旋喷桩复合地基承载力计算

复合地基的极限承载力Pcf可用下式表示:

式中:ftp.k, ftk——复合地基、桩间士的承载力标准值;

β——桩间土承载力折减系数;

m——复合地基置换率, , 其中Ap为桩体面积, A为对应的加固面积;

Rkd——搅拌桩的单桩竖向承载力标准值, 取以下计算结果的小值:

式中:fou.k——与旋喷桩水泥土配方相同的立方体试块在室内测定的无侧限抗压强度标准值;

up·l——桩身周长和桩长;

——桩周土的平均摩阻力标准值, 对于淤泥可取5~8k Pa, 淤泥质土可取8~12k Pa, 粘性土可取8~12k Pa;

qp——桩端土的天然地基承载力标准值;

ξ, η——折减系数, 可取ξ=0.4~0.6, η=0.35~0.5。

本例中:

4 沉降计算结果

复合地基的沉降分为上、下两部分, 其一为复合地基加固区部分即加固区的压缩量Ssp, 这部分数值很小, 可以忽略不计;其二为下卧层的压缩量Ss, 可按分层总合法计算:

本例中:

加固前地基沉降量为:151mm加固后复合地基下卧层共有3层, 计算得的沉降量为22.5mm。

5 结论

高压旋喷桩加固方法, 由于所需钻孔的尺寸很小, 直径只有5cm, 能够穿越坚固的填土层, 进入天然地基进行加固, 而且施工方便, 能够不扰动原有路基结构。高压旋喷桩能有效的减少总沉降量, 特别是桩身范围沉降量, 沉降量收敛快, 有效减少差异沉降。由于条件的限制, 我们并来对成桩后的水泥土取芯, 因此也未得到其实际的强度。但从通车一年多时间以来的使用情况来看, 加固效果十分理想。设置的一个比较平缓的过渡段, 没有产生新的不均匀沉降, 消除了桥头跳车的问题。

摘要：本文对软土地基不均匀沉降进行的加固处理, 将旋喷桩应用于高速公路软土地基事后加固, 并总结出高压旋喷桩在高速公路地基处理应用过程中的经验教训, 以供实践参考。

关键词：旋喷桩,施工,沉降

参考文献

[1] 郑尔康.高速公路的软基处理.高速公路软弱地基处理理论与实践.

[2] 王启铜.运用复合地基方法解决桥台跳车问题.高速公路软弱地基处理理论与实践.

[3] 林其超.高压旋喷桩在工程地基处理中的应用.福建建筑2004年.