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高压旋喷桩在公路养护中的应用

2024-05-21 123 上传者：管理员

摘要：G22青兰高速公路平定段、G30连霍高速宝天（天水过境）段及G70福银高速凤长段通车运营多年，部分路段发生较为严重的路基沉降病害。经调查研究，最终采用高压旋喷桩对沉降严重路段进行加固，加固处理完成一段时间后，再次对路基进行沉降检测，其沉降值满足要求，证明高压旋喷桩对路基沉降处治效果明显。

关键词：
喷浆压力
沉降机理
路基沉降
路基沉陷
高压旋喷桩
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1、项目背景

G22青兰高速公路平定段、G30连霍高速宝天（天水过境）段、及G70福银高速凤长段通车运营多年，部分路段发生较为严重的路基沉陷病害，分别对上述路段的行车道进行了一系列检测评定，发现多处需进行处治。根据现场实际调研和检测数据，决定对沉陷路段采用注浆或桩基处理措施进行处治，各路段处治规模如表1所示。

表1路基沉降规模

针对上述路基沉降情况，处治后应达到结构性修复预期使用年限12年，功能性修复预期使用年限7年，功能性修复PQI检测指标平均值不小于94，结构性修复PQI检测指标平均值不小于96。

针对上述情况，经研究决定采用如下处治方案：对于沉陷严重路段（多次找平后仍有较大沉降，累积最大沉降量达到10～25 cm），采用高压旋喷桩处理。旋喷桩成桩桩径为60 cm，一般路段或涵侧采用等边三角形布置，桩间距2.0 m，桥头搭板范围内桩采用正方形分布，桩间距1.5 m；对于有脱空、暗穴或路基土体过于疏松的路段，采用注浆处治，必要时采用“注浆+旋喷桩”的处治方案。高压旋喷桩布置示意如图1所示。

图1高压旋喷桩布置示意

2、路基沉陷机理

经调查研究，路基沉陷段落主要类型有路桥过渡段路基、一般填方路基、填挖结合部路基，其沉陷的原因主要如下：

(1）一般填方路基。

一是由于路堤或原地基自身的垂直变形[1]，二是由于水害对黄土路基的影响[2]。对于后者，主要是因为所处区位位于黄土区，降雨稀少、蒸发量大，地表水或地下水都相对贫乏，但降雨主要集中在7～9月，对于易冲蚀、易崩解、易湿陷的黄土来说，水对黄土路基的影响较大，少量入渗或地下水都能引起黄土的湿陷和崩解。对于黄土路堤来说，多为拱形或菱形骨架内土方掏空。黄土固有的大孔隙、欠压密、湿陷性、垂直节理发育、易溶蚀、易冲刷等特性，导致黄土路堤边坡受水的影响较大；防排水设施受损严重，从而影响了路基的整体稳定性，加剧了一些病害的发生。对于前者，主要原因有以下几方面：(1)黄土地区的沟谷大部分呈V字型，沿路线纵向，填方的高度不同，其固结沉降量也不相同，一般情况下高填方处固结沉降量大于低填方处[3];(2)当路堤填高大于路基工作区时，路堤土体的垂直压应力，主要是由土体本身的自重引起的，随着路堤高度增加，路堤下部土体所受的垂直压应力将随之增加，从而造成高填方路堤固结变形增大[4];(3)压实黄土在自重应力作用下浸水是否会发生湿陷变形，沉降变形是不可避免的，因此雨、雪，或其他来源水分入渗是引起黄土湿陷的根本原因；(4)黄土地区多为欠固结土，地层相变大，特别在地下水丰富的情况下，地基的工程地质环境条件复杂，不依据填方高度的地基沉降变形不同，从而影响到整个路堤[5];(5)不同高度的路堤对地基承载力的要求有较大的差异，若局部地段填土过高，也会导致不均匀沉降。

(2）路桥过渡段路基。

由于公路建设材料和对象以岩土为主，具有复杂多变、不确定性和难预知性，如果存在桥头原地基处理不当、桥背填料等级较低、压实度质量不足等隐

患因素，将产生过量的不均匀变形，导致严重的桥头跳车病害。

(3）在路基填挖结合部，由于填方段和挖方段刚度性质不同。

因此在上部荷载作用下，路基填挖结合部往往会发生不均匀沉降，产生较大的沉降差，有时甚至会对道路行车安全造成严重影响。在路基填挖结合部产生的病害主要有填挖路基衔接处产生的裂缝、不均匀沉降、路基滑动。

3、施工工艺

3.1技术参数

(1)钻孔及布孔。根据施工图纸桩位放线，桩孔按等边三角形布设孔位，横向桩间距1.73 m，纵向桩间距2 m；桥头搭板处按矩形布设孔位，桩间距1.5 m。(2)注浆压力为15～20 MPa。(3)注浆水泥采用42.5级，喷射速度为60～70 L/min，转速为5～16 rpm，提升速度为70～200 mm/min。(4)正式大面积施工前，先进行试桩，确定相关参数，注浆数量视现场实际情况而定。(5)浆液应随拌随用，拌好的浆液放置不得超过1 h，浆液参数如表2所示。(6)施工结束后，对路面结构层、搭板处钻孔填塞处治，填塞材料要求：基层、底基层、搭板采用C10水泥混凝土封填。

表2浆液配合比

高压旋喷桩应对每米的掺灰量进行控制，开始喷浆前，对搅拌桶容积进行标定（桶顶为1 200 L），喷浆时，控制钻机提升速度，钻机每提升1延米，读取搅拌桶浆液减少量，计算浆材用量。

图2高压旋喷桩施工工艺流程

3.2高压旋喷桩施工

高压旋喷桩施工工艺流程图如图2所示。

高压旋喷桩施工步骤大致可分为整平原地面、定位放线、钻孔、喷射注浆等工序。整平原地面和定位放线等属于较为常规的操作，不再赘述。

(1）钻孔。

本次高压旋喷桩施工采用双管法进行，插管与钻孔同时进行，具体操作为：开启钻机和和泥浆泵，将泥浆泵调整为低压，时钻杆沿中心线向下钻孔，直至钻至设计桩底标高，记录此时工作电流，不超过额定电流即可。在进行上述操作时，为避免喷嘴被堵塞，可边射水边钻进，射水压力可选择为0.5～1.0MPa。

(2）浆液。

钻孔结束后，可立即按照表1中的配合比拌制浆液，其水灰比严格控制在1:1。拌制浆液时，应先加水，后加水泥，并搅拌10～20 min，搅拌应连续进行，不得中断，直至开始喷浆。喷浆前应首先打开搅拌桶底部的阀门，使浆液流经2道筛网后再流入最终的浆液桶中，再通过管道进行喷浆嘴内。

(3）喷浆。

喷浆前应先检查管路及加压设备，其各连接部位的密封性能应满足要求，喷浆压力和喷浆量应满足设计及规范要求，并应先做高压射水试验。喷浆过程中应对喷浆时间、喷浆量、喷浆压力等参数进行记录。当喷射至桩顶前，应调整喷浆压力，此时的压力宜保持在15～20 MPa，喷浆速度宜控制在60～70L/min，保持5～16 rpm的转速，喷浆30 s后提升钻杆，提升速度宜控制在70～200 mm/min，若此时冒浆数量不超过注浆量的20%，可不必理会；若超过20%，则应查明原因，更换喷嘴尺寸或调整喷浆参数后再次注浆；若地基中空隙比较大导致不出现冒浆现象，则可在浆液中掺加一定比例的速凝剂，以缩短浆液凝结时间。

图3高压旋喷桩成桩过程示意

表3各沉降路段处治段不同检测月份的沉降值

图4各沉降路段处治段沉降曲线

高压旋喷桩成桩过程如图3所示。

4、加固效果

采用高压旋喷桩对路基沉降路段加固后，为检验高压旋喷的加固效果，分别在各段落安装沉降观测标，并在第2～16个月对上述路段进行沉降观测，观测数据如表3和图4所示。

从表3和图4可以看出，各沉降段沉降值随着时间的推移而逐渐降低，最终都基本趋于稳定。因此，高压旋喷桩在已建成通车的公路路基沉降处治也能起到非常好的的效果。

5、结论

从G22青兰高速公路平定段、G30连霍高速宝天（天水过境）段、及G70福银高速凤长段路基沉降处治可以看出，在经过16个月后，各沉降路段的沉降值均基本趋于稳定，高压旋喷桩在进行公路路基沉降处治中的效果良好，起到了很好的作用，值得推广应用。

参考文献:

[1]王文娟.复杂条件下湿陷性黄土路基不均匀沉降控制技术研究[J].工程技术研究,2023,8(16):36-38.

[2]田平华,刘彦珍.黄土路基沉降预测模型的构建及工程应用[J].山东交通科技,2023(3):77-79+83.