黃土地區(qū)高壓旋噴注漿法軟基處理方案

黃土地區(qū)高壓旋噴注漿法軟基處理方案近年來(lái)，隨著西部大開(kāi)發(fā)戰(zhàn)略的實(shí)施，西部地區(qū)高等級(jí)公路建設(shè)規(guī)模不斷擴(kuò)大。在公路建設(shè)中，遇到的黃土軟基問(wèn)題越來(lái)越多。軟基處理已成為高等級(jí)公路建設(shè)中的一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)。因此從公路建設(shè)的高質(zhì)量和使用的高標(biāo)準(zhǔn)要求出發(fā)，經(jīng)濟(jì)、合理的軟基處理方案設(shè)計(jì)，已成為高等級(jí)公路建設(shè)中一個(gè)非常關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，本文以尹中高速公路應(yīng)用的高壓旋噴注漿法為例介紹其軟基處理方案設(shè)計(jì)。

軟土地基處理方案設(shè)計(jì)要求

軟土地基的設(shè)計(jì)方案應(yīng)結(jié)合當(dāng)?shù)毓こ痰刭|(zhì)條件、材料供應(yīng)、投資環(huán)境、工期要求和環(huán)境保護(hù)等因素，按照因地制宜、就地取材、分期修建、綜合處治的原則進(jìn)行充分論證，使得設(shè)計(jì)成果和施工方案達(dá)到技術(shù)上先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)上合理。

1、處理方案要求

認(rèn)真收集沿線(xiàn)的地形、地貌、工程地質(zhì)、水文地質(zhì)、氣象等資料，合理地利用鉆探、觸探、十字板剪切等現(xiàn)場(chǎng)綜合勘探測(cè)試方法，做好軟土地基各層土樣的物理、力學(xué)、水理性質(zhì)的室內(nèi)試驗(yàn)，并對(duì)上述各項(xiàng)資料進(jìn)行統(tǒng)計(jì)與分析，選擇有代表性的技術(shù)指標(biāo)作為設(shè)計(jì)和施工的依據(jù)。

軟土地基上公路路堤的設(shè)計(jì)包括沉降設(shè)計(jì)計(jì)算、穩(wěn)定驗(yàn)算及其相直的處治方法的設(shè)計(jì)，軟土地基處冶施工應(yīng)包括對(duì)各種材料的要求、各種處治措施及其適用條件、實(shí)施步驟和相應(yīng)的施工機(jī)具。

軟土地基上在施工過(guò)程中應(yīng)進(jìn)行沉降觀測(cè)和穩(wěn)定觀測(cè)，并根據(jù)觀測(cè)結(jié)果對(duì)路堤填筑速率和預(yù)壓期等作出必要調(diào)整。在修建前應(yīng)結(jié)合工程提前修筑試驗(yàn)路堤，以達(dá)到檢驗(yàn)設(shè)計(jì)、指導(dǎo)施工的目的。

2、設(shè)計(jì)需滿(mǎn)足的條件

當(dāng)穩(wěn)定安全系數(shù)小于規(guī)定的容許值時(shí)，應(yīng)針對(duì)穩(wěn)定性進(jìn)行處治設(shè)計(jì)；路面設(shè)計(jì)使用年限內(nèi)殘余沉降(簡(jiǎn)稱(chēng)工后沉降)不滿(mǎn)足一般路段≤O．30m要求時(shí)，應(yīng)針對(duì)沉降進(jìn)行處治設(shè)計(jì)；處治方案應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)氐牡刭|(zhì)、水文、施工機(jī)具、材料及環(huán)境等條件進(jìn)行經(jīng)濟(jì)、技術(shù)比較，依據(jù)先簡(jiǎn)后繁、就地取材的原則決定。

對(duì)于地下處治方案，應(yīng)注意各段問(wèn)的緩和過(guò)渡，以減小段間的差異沉降；當(dāng)單一的處治方案無(wú)法滿(mǎn)足穩(wěn)定與沉降的要求時(shí)，可考慮多種措施組合應(yīng)用。

軟土地基路堤設(shè)計(jì)宜用動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)方法，注意發(fā)現(xiàn)、搜集軟基試驗(yàn)或工程施工過(guò)程中，影響設(shè)計(jì)的各種因素的變化，必要時(shí)應(yīng)補(bǔ)充勘探、試驗(yàn)并修改原設(shè)計(jì)；在路堤設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮由于沉降變形對(duì)路堤結(jié)構(gòu)斷面及將來(lái)施工產(chǎn)生的影響。

3、設(shè)計(jì)對(duì)路堤高度、寬度及邊坡的要求

軟土地基下沉后，其路堤的高度、寬度及邊坡均會(huì)發(fā)生變化，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)予以考慮。

(1)路堤的高度。軟土地基上路堤填筑的高度也就是預(yù)壓填土的設(shè)計(jì)高度，它必須保證預(yù)壓結(jié)束地基下沉后地面以上的路堤高度不小于路基設(shè)計(jì)高度。

(2)路堤的加寬。

(3)路堤的邊坡。

黃土地區(qū)軟基處理設(shè)計(jì)內(nèi)容

采用高壓旋噴注漿法時(shí)，采用了下列設(shè)計(jì)思路：以沉降計(jì)算來(lái)確定加固深度；計(jì)算單樁和復(fù)合地基承載力時(shí)樁長(zhǎng)取有效樁長(zhǎng)；選取有效樁長(zhǎng)時(shí)以樁身強(qiáng)度來(lái)控制；樁身強(qiáng)度以土質(zhì)條件和固化劑摻量來(lái)控制。

其設(shè)計(jì)內(nèi)容主要包括旋噴樁樁徑、樁長(zhǎng)、樁身強(qiáng)度、布孔形式、孔距、單樁承載力及復(fù)合地基承載力等內(nèi)容。

在高壓旋噴注漿法設(shè)計(jì)中，需要考慮以下幾點(diǎn)。

①在加固軟土中夾有硬層的地基時(shí)，在有叮能的前提下，首先使樁長(zhǎng)達(dá)到相對(duì)硬層，然后再選擇合理的置換率。一般情況下，當(dāng)有相對(duì)硬層存在，則樁長(zhǎng)達(dá)到硬層時(shí)復(fù)合地基的承載力最大，變形最小，短于或長(zhǎng)于此樁長(zhǎng)，加固效果均不佳。

②對(duì)于深厚軟土的地基處理，合理選擇樁身強(qiáng)度至關(guān)重要。因?yàn)樵谥脫Q率相同時(shí)，樁身強(qiáng)度越大，則樁土應(yīng)力比也越大，復(fù)合地基越接近于樁基礎(chǔ)，應(yīng)力擴(kuò)散明顯，樁端產(chǎn)生高應(yīng)力區(qū)，下臥層受到較大的附加應(yīng)力，使下臥層沉降有增大的可能。另外在深厚軟土中一般采用“短而密”的布樁方式比“長(zhǎng)而稀”的加固效果好，沉降小。

③目前對(duì)于深層攪拌樁刺入式陂壞的變形研究不多，也沒(méi)有相應(yīng)較好的沉降計(jì)算方法，而且在這種情況下一般沉降較大，加固的效果不明顯，因此在設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)嚴(yán)格控制樁體剛度，避免樁體剛度過(guò)大，引起刺入式破壞。

④在飽和粘性土中，單管法施工其噴射樁樁徑為0．6～1．2m左右。由于土層沿垂向上的變化，對(duì)于硬土層、砂礫層，可考慮到復(fù)噴問(wèn)題，以保證成樁的完整性并達(dá)到樁徑的設(shè)計(jì)值。高等級(jí)公路下伏軟土地基的高壓噴射注漿一般采用水泥漿液，水灰比l：1左右。

高壓旋噴注漿方案設(shè)計(jì)

根椐工程項(xiàng)目要求，在提高軟土地基承載能力的前提下，采用單管法就可滿(mǎn)足工程要求，最后確定用單管法施工。

1、旋噴樁尺寸和強(qiáng)度設(shè)計(jì)

(1)旋噴直徑的確定。

旋噴直徑確定得正確與否，不僅關(guān)系到工程的經(jīng)濟(jì)效益，而且還可能導(dǎo)致工程的失敗。固結(jié)體尺寸主要取決于下列因素：土的類(lèi)別及其密實(shí)程度；高壓噴射注漿方法(注漿管的類(lèi)型)；噴射技術(shù)因素(包括噴射壓力與流量，噴咀直徑與個(gè)數(shù)，壓縮空氣的壓力、流量與噴咀間隙，漿管的提升速度與旋轉(zhuǎn)速度。)

在無(wú)試驗(yàn)資料的情況下，對(duì)小型的或不太重要的工程可根據(jù)經(jīng)驗(yàn)選用。對(duì)于大型的或重要的工程應(yīng)通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)噴射試驗(yàn)后開(kāi)挖或鉆孔采樣確定。由于該經(jīng)驗(yàn)選取值估計(jì)噴射樁的直徑具有較大的誤差，因此也可通過(guò)計(jì)算求出噴射樁的直徑。

(2)旋噴樁強(qiáng)度設(shè)定。

注漿材料為水泥，固結(jié)體抗壓強(qiáng)度的初步設(shè)計(jì)根據(jù)參考表1，無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度采用2MPa。

表1

單管法固結(jié)體強(qiáng)度變動(dòng)范圍

土質(zhì)

固體抗壓強(qiáng)度（MPa）

砂性土

3～7

粘性土

1.5～5

2、地基加固工程設(shè)計(jì)

(1)單樁軸向承載力設(shè)計(jì)。

單樁軸向承載力可通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)載街試驗(yàn)確定，也可按公式計(jì)算。

(2)復(fù)合地基承載力設(shè)計(jì)。

采用復(fù)合地基的模式進(jìn)行承載力計(jì)算的出發(fā)點(diǎn)，是考慮到噴射樁的強(qiáng)度較低(與混凝土樁相比)和經(jīng)濟(jì)性?xún)煞矫?。黃土地區(qū)采用高壓旋噴樁處治的軟土地基，應(yīng)按復(fù)合地基對(duì)待。旋噴樁復(fù)合地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值應(yīng)通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)復(fù)合地基載荷試驗(yàn)確定，也可按有關(guān)公式計(jì)算或結(jié)合當(dāng)?shù)厍闆r與其土質(zhì)相似工程的經(jīng)驗(yàn)確定。3、布孔形式及孔距

(1)布孔形式。

噴射樁的平面布置需根據(jù)加固的目的給予具體考慮，作為地基加固的布孔形式有三角形式和矩形布置兩種形式。研究項(xiàng)目尹中高速公路噴射處治采用三角的布孔形式。

(2)孔距確定。

通過(guò)尹中高速公路治理實(shí)施結(jié)果可知，樁間土的承載力由原來(lái)的70～120kPa提高到90～125kPa，即樁間土的承載力增加約1．3～1．8倍，治理后的樁間土在復(fù)合地基中起的作用較大。

4、噴射漿液材料

漿液材料中水泥是噴射注漿的基本材料，水泥類(lèi)漿液可分為：普通型漿液，適應(yīng)于無(wú)特殊要求的工程；速凝一早強(qiáng)型，適用于地下水位較高或要求早期承擔(dān)荷載的工程；高強(qiáng)型，可以選擇高標(biāo)號(hào)的水泥。水灰比一般采用l：1到1．5：1，就能保證漿液的噴射效果。

5、注漿邊界范圍確定

噴射范圍應(yīng)在現(xiàn)場(chǎng)通過(guò)試驗(yàn)確定。高噴固結(jié)體的范圍大小與土的種類(lèi)和其密實(shí)程度有較密切關(guān)系，不同的噴射種類(lèi)和噴射方式所形成的固結(jié)體大小也不相同。

確定注漿范圍包括平面上確定處治的長(zhǎng)度(沿公路縱向)和寬度(公路橫向)，在垂直方向上確定噴射樁的深度。在黃土地區(qū)研究項(xiàng)目尹中高速公路軟土地基高壓噴射注漿治理中，以承載力小于200kPa和沉降量大于30cm為標(biāo)準(zhǔn)，確定公路中軸線(xiàn)方向上長(zhǎng)度，橫向上以路堤底部寬度作為處治寬度，約40～50m；處治深度為持力層的深度或壓縮層下限處附加應(yīng)力約為自重應(yīng)力的0．15倍處。噴射樁的深度在10～17m之間。

結(jié)

論

(1)黃土軟基的方案設(shè)計(jì)要達(dá)到需滿(mǎn)足的條件和設(shè)計(jì)對(duì)路堤高度、寬度及邊坡的要求，以達(dá)到減少路基沉降、提高路基承載力、縮短固結(jié)時(shí)間和加快施工進(jìn)度為設(shè)計(jì)目的。

(2)黃土地區(qū)高壓旋噴注漿軟基處理方案設(shè)計(jì)中，旋噴樁漿液配比水灰比推薦采用1：1；其漿液比為水灰比控制在1：1～1：1.5左右；其布孔方式推薦以三角形為主、矩形為次。

(3)旋噴樁的樁徑設(shè)計(jì)宜控制在0．6～0．8m之間；旋噴施工