高速公路拼寬施工地基處理技術探討

1、侯選作品6：高速公路拼接工程地基處理技術探討摘要：“十五”以來，我省高速公路建設事業(yè)日新月異，大部分高速公路正需要相互聯(lián)網暢通，一些滿負荷運行的熱線也需要拓寬擴容，這些高速公路都將面臨新老路堤拼接的課題，如何確保拼接段老路堤的穩(wěn)定，將是高速公路拼寬設計與施工中要解決的首要問題。本文針對常州至江陰高速公路橫林樞紐與滬寧高速公路拼寬施工過程中設計與現(xiàn)場施工情況作一總結分析，供設計單位與施工單位在高速公路拼寬工程中共勉。關鍵詞： 高速公路 拼接 地基處理1 概述1.1 常澄高速公路橫林樞紐位于常州至江陰高速公路公路與滬寧高速公路交匯處，為全互通式樞紐交叉，樞紐A、B、C、D、F匝道分別與滬寧高速公路

2、拼接，拼寬段長達2550m。橫林樞紐互通位于太湖湖沼平原工程地質區(qū)，太湖水網平原工程地質區(qū)，區(qū)內水網交錯，浜塘密布，地面標高0.62.4m，地勢較為平坦，地下水位埋深較淺。1.2 詳勘地質資料揭示，上部土層19.826.2m為全新統(tǒng)（Q4），灰色、黃灰色（亞）粘土，并有深灰色流塑狀態(tài)淤泥質（亞）粘土，混粉砂，土性較差。中部土層為上更新統(tǒng)（Q3），為黃灰色、灰色、黃色（亞）粘土，可塑硬塑狀態(tài)，中偏低壓縮性，土性較好，該層連續(xù)分布，層厚8.811.4m，其間夾灰色、黃灰色可塑軟塑狀（亞）粘土透鏡體。下部為中更新統(tǒng)（Q2），灰黃色、黃色（亞）粘土，硬塑可塑狀態(tài)，中等中偏低壓縮性，土質良好，該土層在區(qū)

3、內分布連續(xù)，該土層未被揭穿，部分鉆孔揭示厚度大于20m。1.3 在橫林樞紐滬寧高速公路拼寬段軟基施工過程中，應省高指和省交通規(guī)劃設計院要求，對拼寬段NK123+535NK123+640段進行了工程地質補勘。通過對滬寧高速公路路基鉆孔、路基邊坡鉆孔以及新拼接段鉆孔土工試驗成果的對比分析，12層（-1.84-5.18m）軟土土性為灰色淤泥質亞粘土夾粉砂，局部夾淤泥及夾腐植質層，層位分布較穩(wěn)定，含水量大，高孔隙比，高壓縮性，中高靈敏度，土質差，為本區(qū)段主要不良工程地質層位。該段滬寧高速公路地基處理方案為塑料排水板砂墊層預壓，路基下部的12層軟土特性與其外側12層軟土特性幾乎完全一致，并沒有因為數(shù)年來

4、滬寧高速公路4m左右路基填土的壓載作用以及行車荷載對下部12層軟土起到固結作用，從而使得軟土強度有所提高。不過經過這幾年壓荷作用，路基土體內部壓力已處于穩(wěn)定平衡狀態(tài)。2 拼寬路基處理方案2.1 處理原則：橫林樞紐匝道與滬寧高速公路拼接段，由于該區(qū)域地基條件較差，軟土地基路基設計按穩(wěn)定和沉降兩部分進行控制。在路面設計使用年限內，路堤工后沉降10cm，對于臨空面較大的路段，增加類似反壓護道式的護坡道寬度，路基邊緣加設了34排濕噴樁，以增加路堤穩(wěn)定安全系數(shù)。新老路堤拼接處，采用在原滬高速公路路基邊坡上開挖臺階，并增設土工格柵，以確保新老路基的整體性和整體強度。2.2 處理方案的選擇：施工圖設計階段，

5、對于沿河塘路段的穩(wěn)定分析，是根據施工圖設計階段的清淤底部標高，河塘邊坡坡度及原滬寧高速公路的路基填筑情況作為邊界條件，利用原有資料進行初步穩(wěn)定分析計算。由于拼接段施工環(huán)境、施工條件基本一致，為避免滬寧高速公路出現(xiàn)由于坡腳處河塘抽水、清淤、大面積濕噴樁施工等特定的施工環(huán)境下，而導致的邊界條件被改變，出現(xiàn)路面開裂、路基邊坡失穩(wěn)等病害，對于一般路段，且邊界條件類似，穩(wěn)定安全系數(shù)較小路段的地基處理進一步加大處理力度，施工過程中嚴格加強施工工藝的控制，最大程度減小因路基拓寬施工給滬寧高速公路帶來的不利影響，充分考慮在特定的條件下預防邊界條件被破壞的處理方法，根據以往工程經驗，沿河塘段常用的地基處理方法有

6、以下幾種：（1）“8”字形雙頭水泥攪拌樁預先在欲排水、清淤的路段打設12排“8”字形水泥攪拌樁，待攪拌樁達到強度后，再進行排水、清淤的施工。“8”字形攪拌樁起止水帷幕及抗滑的作用，其優(yōu)點是排水、清淤施工不會引起水位的下降，夾粉砂的淤泥質土也不會隨地下水流失，并且還能起較好的抗滑作用。缺點是需待“8”字形攪拌樁達到一定強度以后，才能進行其它地基處理的施工，施工的周期較長。且由于需要繼續(xù)排水清淤，樁基仍需承受水平推力，對施工的要求較嚴格。（2）長、短樁結合采用長、短水泥攪拌樁結合處理可以在不排水、清淤的情況下直接回填含水量較小的土料或透水性砂土，然后通過長、短樁對塘淤、表層性質較差的軟土和下層軟土

7、分別進行不同程度的處理。其優(yōu)點是可以直接進行填筑施工，節(jié)省工期。缺點是采用長、短樁結合處理需采取一些配套的措施，如排除填土及塘淤中積水。長、短樁要采用濕噴樁、粉噴樁交替進行，其效果可通過檢測檢驗進一步論證。（3）鋼板樁鋼板樁與“8”字形攪拌樁類似，起止水帷幕及抗滑的作用，鋼板樁與“8”字形攪拌樁比較，其優(yōu)點是見效快，鋼板樁打入后，即可進行排水、清淤的施工。缺點是鋼板樁在使用完畢后，抽拔的過程對周圍土體有一定的擾動，處理不好可使路基產生裂縫。（4）定噴墻定噴墻的主要優(yōu)點是隔斷地下水，產生側限條件，限制拼接荷載對老路基產生附加沉降的影響，但對解決路基滑移失穩(wěn)問題的作用需進一步論證。缺點是需要比較專

8、業(yè)的施工單位進行施工，且需要成孔高壓注漿，費用單價也較高。對于以上四種方案，進行了方案的經濟、技術比較，詳見附件。根據經濟、技術的比較結果，結合本區(qū)域地質情況、施工現(xiàn)狀以及施工工藝的難易程度，設計原則上按復合地基方案進行考慮，實施中要求根據現(xiàn)場施工工況及地質情況采取長、短樁結合、“8”字形雙頭攪拌樁和止水帷幕施工處理方案。2.3 拼寬段地基處治方案2.3.1 對于路基外側拼寬段無大的溝、塘的段落，軟基處理方案為：鋪碎石墊層土工格柵濕噴樁填土預壓，根據不同的地質情況和填土高度確定濕噴樁樁長及間距。由于原滬寧高速公路在該區(qū)域的大部分路段采用砂墊層或塑料排水板砂墊層預壓處理，設計時需考慮路基底部設置

9、透水墊層與原滬寧高速公路砂墊層溝通，利于排水。2.3.2 路基外側拼寬段有大的溝、塘的段落，采用在老路基坡腳處打設一排“8”字形攪拌樁后，再在拼寬路基范圍打設長、短樁處理方案，實際施工時為減小因排水、清淤造成的原滬寧高速公路坡腳被掏空而產生路基失穩(wěn)現(xiàn)象的發(fā)生，先在老路基坡腳外側3m處，打設12排“8”字形雙頭攪拌樁，待雙頭攪拌樁強度達到標準后，再進行排水、清除塘底表層的軟淤并及時回填素土，形成一定的施工作業(yè)面，然后再進行其它濕噴樁的施工，濕噴樁采用長、短樁結合方案打設。2.3.3 對于匝道（新老路堤）分離路段，為減少新路基的填筑對老路堤地下水位變化引起沉降及邊坡失穩(wěn)，在間距老路基坡腳30m范圍

10、內沿新路堤坡腳處打設12排“8”字形雙頭攪拌樁，以起到隔水隔沉降的作用。2.4 處治方案施工細則2.4.1 濕噴樁處理對于軟土埋深較淺的路段和拼寬路基外側無大的溝塘的段落，采用處理方案為：濕噴樁鋪碎石墊層土工格柵填土預壓，根據不同的地質情況和填土高度確定濕噴樁樁長及間距。濕噴樁施工時除固化劑采用水泥漿液外，還應根據工程需要選用具有早強、緩凝、減水、節(jié)省水泥等性能的外摻劑（石膏兼有緩凝和早強的作用，摻入量宜取水泥用量的2.03.0），濕噴樁樁徑50cm，設計水泥用量5060kg/m。濕噴樁施工機械應配有電腦記錄并打印噴漿設備，施工操作嚴格遵循以下步驟：鉆機就位預攪下鉆（鉆速1.0m/min）達到

11、硬層后噴漿、提鉆（速度0.8m/min）至整平高程0.3m處停噴復攪下沉復攪提升關閉攪拌機械、移位。施工要求：a、嚴格控制噴漿標高和停漿標高，不得中斷噴漿，確保樁體長度，嚴禁在尚未噴漿的情況下進行鉆桿提升作業(yè)；b、漿液罐容量應不小于一根樁的用灰量加50kg；c、施工中發(fā)現(xiàn)噴漿量不足，應實行整樁復打，復打的噴漿量仍應不小于設計用量；d、樁身施工時，應選用中低速檔鉆進（或提升），切勿采用高速快檔快速鉆進（或快速提升）。樁長控制原則：處理深度以打穿軟土進入相對硬層50cm為原則，現(xiàn)場采用雙控，即以地勘資料和文件的處理長度為基礎，結合施工機械的電流變化，以確定是否打穿軟入層，當電流發(fā)生突變，一般電流達

12、到6070A，可認為已進入相對硬層。根據施工機械的差異，此電流數(shù)值可相對變化。2.4.2 長、短樁結合對于路基外側有較大河塘段落，采用含水量較小的土料或透水性砂土回填，填筑順序為由里內側向外側，將溝塘水向外側擠出，填土寬度超出5m以上，達到原地面標高后，在外側抽水，減少填土中的含水量，便于粉噴樁、濕噴樁發(fā)揮強度效果。填筑期，水面以上的填土采用輕型機械進行穩(wěn)壓，以保證填土的密實程度，其壓實度控制在85以上。長、短樁分別按正方形布設，長樁與長樁、短樁與短樁間距為1.414m，長樁與短樁間距為1.0m。在長、短樁復合地基中，短樁樁長要求穿過表層剝落軟土層，主要起加固河塘淤泥或表層淤泥，增加地基土的置

13、換率，提高地基強度，減小地基沉降，增加抗滑能力。長樁要求打入持力層，起減小下層地基土的沉降，從而進一步減小路堤沉降的綜合效果。本地區(qū)地勢較低，地下水位高，表層軟土性質差、含水量大、短樁建議采用粉噴樁，水泥用量60kg/m；長樁采用濕噴樁，水泥用量5060kg/m。長、短樁復合地基的優(yōu)點：當表層軟土性質比下層軟土差時，長短樁復合地基能將上、下層軟土和粉、濕噴樁，按不同的置換率進行復合地基分別處理，濕噴長樁處理深度較深，但對河塘高含水量軟土加固效果較差，短樁加固深度限于河塘淤泥及淺層軟土，粉噴樁的水泥干粉吸水，加之打設樁前填土順序采用由里向外擠壓塘水，填土外側抽排水措施，具有預料的加固效果。長、短

14、樁各施其職、相輔相成，對路基的沉降、穩(wěn)定以及止水都有較好的效果。2.4.3 “8”字形雙頭攪拌樁“8”字形雙頭水泥攪拌樁，多用于建筑行業(yè)深基坑開挖的支擋防護，該方案能起很好的抗滑和止水帷幕作用。橫林樞紐沿河塘路段，在排水清淤前，先在原滬寧高速公路路肩坡腳外側3m，打設12排“8”字形雙頭攪拌樁，待雙頭攪拌樁達到標準強度后，再進行排水、清淤，該方案能有效減小坡腳滲水，抵抗土壓力，提高地基及路基的抗滑能力，避免因排水、清淤造成邊坡失穩(wěn)現(xiàn)象的發(fā)生。“8”字形雙頭攪拌樁的止水帷幕作用，表現(xiàn)在對由于排水而引起的水位急劇下降而產生的滲透水壓力有很好的避免或抑制作用，并且也給現(xiàn)場施工帶來了許多方便，但對施工

15、要求及外部荷載要嚴加控制，防止發(fā)生失穩(wěn)現(xiàn)象。對長短樁結合和“8”字形雙頭攪拌樁兩種方案在實施過程中，效果、安全性及經濟技術等綜合比較，詳見附件。2.4.4 檢測以上推薦的幾種方案在樁施工后可進行樁身質量抽芯檢測。對設計和施工方案進行檢驗，并且在排水清淤堆載等不同路段仍需加強對樁頂和坡頂?shù)奈灰朴^測。3 施工注意事項3.1 由于橫林樞紐滬寧高速公路拼寬段軟土性質較差、靈敏度較高，打設粉噴樁或濕噴樁時，應嚴格按照設計要求的施工工藝（預攪下鉆提升噴漿（灰）復攪下沉復攪提升）及施工鉆進（或提升）速度來進行。嚴禁采用的下鉆噴漿（灰）及快速下鉆、提升現(xiàn)象，盡量減小對原狀土的擾動。3.2 粉、濕噴樁應按先外側

16、后內側的施工順序進行施工。3.3 在匝道與滬寧高速公路路基分離的路段，排水清淤時修筑水梗，嚴禁施工中在老路基兩側開溝排水，不得將水排入老路路基邊溝中。3.4 嚴禁采用水沖吸淤法進行清淤施工，以防掏空老路路基坡腳，確保老路的路基穩(wěn)定。3.5 為了確保路堤填土的安全施工，防止軟土地基失穩(wěn)，要嚴格控制施工填土速率（一般按1m/月控制），以免由于加載過快而造成地基破壞。設計要求按以下觀測標準控制：地面沉降10mm/d，邊樁水平位移5mm/d。根據實際觀測成果，推算最終沉降量，并根據實測值對計算沉降值進行修正，決定預壓期施工高程，以滿足一般路基路段路堤工后沉降小余10cm。如不滿足上述要求，則需延長路堤

17、預壓時間，或采用其他補救措施。3.6 施工監(jiān)測單位及時提交動態(tài)觀測資料，反映施工過程中沉降、位移情況是保證拼接路段安全施工，指導方案正確實施的重要環(huán)節(jié)。3.7施工過程中施工單位應與觀測單位互相合作，確保觀測點的完好，以獲取詳實的觀測數(shù)據，正確地指導施工。3.8 高速公路拓寬工程對施工單位的要求較高，施工單位要選擇有經驗、責任心強的施工隊伍進行施工，對施工人員進行嚴格管理，有效地控制施工質量。4 結語：4.1 高速公路拼寬施工地基處理對確保老路基穩(wěn)定要求很高，因此必須詳細掌握新老路基地質資料，施工圖設計階段要對拼寬路段地質情況進行詳細勘察，必要時對老路基進行地質勘察，以充分了解通車以來老路基的穩(wěn)定及軟基的固結情況，針對不同地質條件和老路地基處理方案采取相應的拼寬路基地基處理方案。4.2 施工過程中加強對拼接路段的檢查和沉降變形監(jiān)測，隨時給出觀測資料和曲線，以指導施工。4.3 施工期間及時進行施工信息反饋，加強對老路的交通管理，保證老路的暢通和施工安全。拼寬沿壓河塘路段地基處理方案技術經濟比較表方案編號比較類別“8”字形攪拌濕噴樁長、短樁結合鋼板樁濕噴樁定噴墻濕噴樁優(yōu)點排水、清淤施工不會引起水位的下降，夾粉砂的淤泥質土也不會隨地下水流失，并且還能起較好的抗滑作用。 可以直接進行填筑施工，節(jié)省工期，對于