高速公路拼宽施工地基处理技术探讨

1、侯选作品6：高速公路拼接工程地基处理技术探讨摘要：“十五”以来，我省高速公路建设事业日新月异，大部分高速公路正需要相互联网畅通，一些满负荷运行的热线也需要拓宽扩容，这些高速公路都将面临新老路堤拼接的课题，如何确保拼接段老路堤的稳定，将是高速公路拼宽设计与施工中要解决的首要问题。本文针对常州至江阴高速公路横林枢纽与沪宁高速公路拼宽施工过程中设计与现场施工情况作一总结分析，供设计单位与施工单位在高速公路拼宽工程中共勉。关键词： 高速公路 拼接 地基处理1 概述1.1 常澄高速公路横林枢纽位于常州至江阴高速公路公路与沪宁高速公路交汇处，为全互通式枢纽交叉，枢纽A、B、C、D、F匝道分别与沪宁高速公路

2、拼接，拼宽段长达2550m。横林枢纽互通位于太湖湖沼平原工程地质区，太湖水网平原工程地质区，区内水网交错，浜塘密布，地面标高0.62.4m，地势较为平坦，地下水位埋深较浅。1.2 详勘地质资料揭示，上部土层19.826.2m为全新统（Q4），灰色、黄灰色（亚）粘土，并有深灰色流塑状态淤泥质（亚）粘土，混粉砂，土性较差。中部土层为上更新统（Q3），为黄灰色、灰色、黄色（亚）粘土，可塑硬塑状态，中偏低压缩性，土性较好，该层连续分布，层厚8.811.4m，其间夹灰色、黄灰色可塑软塑状（亚）粘土透镜体。下部为中更新统（Q2），灰黄色、黄色（亚）粘土，硬塑可塑状态，中等中偏低压缩性，土质良好，该土层在区

3、内分布连续，该土层未被揭穿，部分钻孔揭示厚度大于20m。1.3 在横林枢纽沪宁高速公路拼宽段软基施工过程中，应省高指和省交通规划设计院要求，对拼宽段NK123+535NK123+640段进行了工程地质补勘。通过对沪宁高速公路路基钻孔、路基边坡钻孔以及新拼接段钻孔土工试验成果的对比分析，12层（-1.84-5.18m）软土土性为灰色淤泥质亚粘土夹粉砂，局部夹淤泥及夹腐植质层，层位分布较稳定，含水量大，高孔隙比，高压缩性，中高灵敏度，土质差，为本区段主要不良工程地质层位。该段沪宁高速公路地基处理方案为塑料排水板砂垫层预压，路基下部的12层软土特性与其外侧12层软土特性几乎完全一致，并没有因为数年来

4、沪宁高速公路4m左右路基填土的压载作用以及行车荷载对下部12层软土起到固结作用，从而使得软土强度有所提高。不过经过这几年压荷作用，路基土体内部压力已处于稳定平衡状态。2 拼宽路基处理方案2.1 处理原则：横林枢纽匝道与沪宁高速公路拼接段，由于该区域地基条件较差，软土地基路基设计按稳定和沉降两部分进行控制。在路面设计使用年限内，路堤工后沉降10cm，对于临空面较大的路段，增加类似反压护道式的护坡道宽度，路基边缘加设了34排湿喷桩，以增加路堤稳定安全系数。新老路堤拼接处，采用在原沪高速公路路基边坡上开挖台阶，并增设土工格栅，以确保新老路基的整体性和整体强度。2.2 处理方案的选择：施工图设计阶段，

5、对于沿河塘路段的稳定分析，是根据施工图设计阶段的清淤底部标高，河塘边坡坡度及原沪宁高速公路的路基填筑情况作为边界条件，利用原有资料进行初步稳定分析计算。由于拼接段施工环境、施工条件基本一致，为避免沪宁高速公路出现由于坡脚处河塘抽水、清淤、大面积湿喷桩施工等特定的施工环境下，而导致的边界条件被改变，出现路面开裂、路基边坡失稳等病害，对于一般路段，且边界条件类似，稳定安全系数较小路段的地基处理进一步加大处理力度，施工过程中严格加强施工工艺的控制，最大程度减小因路基拓宽施工给沪宁高速公路带来的不利影响，充分考虑在特定的条件下预防边界条件被破坏的处理方法，根据以往工程经验，沿河塘段常用的地基处理方法有

6、以下几种：（1）“8”字形双头水泥搅拌桩预先在欲排水、清淤的路段打设12排“8”字形水泥搅拌桩，待搅拌桩达到强度后，再进行排水、清淤的施工。“8”字形搅拌桩起止水帷幕及抗滑的作用，其优点是排水、清淤施工不会引起水位的下降，夹粉砂的淤泥质土也不会随地下水流失，并且还能起较好的抗滑作用。缺点是需待“8”字形搅拌桩达到一定强度以后，才能进行其它地基处理的施工，施工的周期较长。且由于需要继续排水清淤，桩基仍需承受水平推力，对施工的要求较严格。（2）长、短桩结合采用长、短水泥搅拌桩结合处理可以在不排水、清淤的情况下直接回填含水量较小的土料或透水性砂土，然后通过长、短桩对塘淤、表层性质较差的软土和下层软土

7、分别进行不同程度的处理。其优点是可以直接进行填筑施工，节省工期。缺点是采用长、短桩结合处理需采取一些配套的措施，如排除填土及塘淤中积水。长、短桩要采用湿喷桩、粉喷桩交替进行，其效果可通过检测检验进一步论证。（3）钢板桩钢板桩与“8”字形搅拌桩类似，起止水帷幕及抗滑的作用，钢板桩与“8”字形搅拌桩比较，其优点是见效快，钢板桩打入后，即可进行排水、清淤的施工。缺点是钢板桩在使用完毕后，抽拔的过程对周围土体有一定的扰动，处理不好可使路基产生裂缝。（4）定喷墙定喷墙的主要优点是隔断地下水，产生侧限条件，限制拼接荷载对老路基产生附加沉降的影响，但对解决路基滑移失稳问题的作用需进一步论证。缺点是需要比较专

8、业的施工单位进行施工，且需要成孔高压注浆，费用单价也较高。对于以上四种方案，进行了方案的经济、技术比较，详见附件。根据经济、技术的比较结果，结合本区域地质情况、施工现状以及施工工艺的难易程度，设计原则上按复合地基方案进行考虑，实施中要求根据现场施工工况及地质情况采取长、短桩结合、“8”字形双头搅拌桩和止水帷幕施工处理方案。2.3 拼宽段地基处治方案2.3.1 对于路基外侧拼宽段无大的沟、塘的段落，软基处理方案为：铺碎石垫层土工格栅湿喷桩填土预压，根据不同的地质情况和填土高度确定湿喷桩桩长及间距。由于原沪宁高速公路在该区域的大部分路段采用砂垫层或塑料排水板砂垫层预压处理，设计时需考虑路基底部设置

9、透水垫层与原沪宁高速公路砂垫层沟通，利于排水。2.3.2 路基外侧拼宽段有大的沟、塘的段落，采用在老路基坡脚处打设一排“8”字形搅拌桩后，再在拼宽路基范围打设长、短桩处理方案，实际施工时为减小因排水、清淤造成的原沪宁高速公路坡脚被掏空而产生路基失稳现象的发生，先在老路基坡脚外侧3m处，打设12排“8”字形双头搅拌桩，待双头搅拌桩强度达到标准后，再进行排水、清除塘底表层的软淤并及时回填素土，形成一定的施工作业面，然后再进行其它湿喷桩的施工，湿喷桩采用长、短桩结合方案打设。2.3.3 对于匝道（新老路堤）分离路段，为减少新路基的填筑对老路堤地下水位变化引起沉降及边坡失稳，在间距老路基坡脚30m范围

10、内沿新路堤坡脚处打设12排“8”字形双头搅拌桩，以起到隔水隔沉降的作用。2.4 处治方案施工细则2.4.1 湿喷桩处理对于软土埋深较浅的路段和拼宽路基外侧无大的沟塘的段落，采用处理方案为：湿喷桩铺碎石垫层土工格栅填土预压，根据不同的地质情况和填土高度确定湿喷桩桩长及间距。湿喷桩施工时除固化剂采用水泥浆液外，还应根据工程需要选用具有早强、缓凝、减水、节省水泥等性能的外掺剂（石膏兼有缓凝和早强的作用，掺入量宜取水泥用量的2.03.0），湿喷桩桩径50cm，设计水泥用量5060kg/m。湿喷桩施工机械应配有电脑记录并打印喷浆设备，施工操作严格遵循以下步骤：钻机就位预搅下钻（钻速1.0m/min）达到

11、硬层后喷浆、提钻（速度0.8m/min）至整平高程0.3m处停喷复搅下沉复搅提升关闭搅拌机械、移位。施工要求：a、严格控制喷浆标高和停浆标高，不得中断喷浆，确保桩体长度，严禁在尚未喷浆的情况下进行钻杆提升作业；b、浆液罐容量应不小于一根桩的用灰量加50kg；c、施工中发现喷浆量不足，应实行整桩复打，复打的喷浆量仍应不小于设计用量；d、桩身施工时，应选用中低速档钻进（或提升），切勿采用高速快档快速钻进（或快速提升）。桩长控制原则：处理深度以打穿软土进入相对硬层50cm为原则，现场采用双控，即以地勘资料和文件的处理长度为基础，结合施工机械的电流变化，以确定是否打穿软入层，当电流发生突变，一般电流达

12、到6070A，可认为已进入相对硬层。根据施工机械的差异，此电流数值可相对变化。2.4.2 长、短桩结合对于路基外侧有较大河塘段落，采用含水量较小的土料或透水性砂土回填，填筑顺序为由里内侧向外侧，将沟塘水向外侧挤出，填土宽度超出5m以上，达到原地面标高后，在外侧抽水，减少填土中的含水量，便于粉喷桩、湿喷桩发挥强度效果。填筑期，水面以上的填土采用轻型机械进行稳压，以保证填土的密实程度，其压实度控制在85以上。长、短桩分别按正方形布设，长桩与长桩、短桩与短桩间距为1.414m，长桩与短桩间距为1.0m。在长、短桩复合地基中，短桩桩长要求穿过表层剥落软土层，主要起加固河塘淤泥或表层淤泥，增加地基土的置

13、换率，提高地基强度，减小地基沉降，增加抗滑能力。长桩要求打入持力层，起减小下层地基土的沉降，从而进一步减小路堤沉降的综合效果。本地区地势较低，地下水位高，表层软土性质差、含水量大、短桩建议采用粉喷桩，水泥用量60kg/m；长桩采用湿喷桩，水泥用量5060kg/m。长、短桩复合地基的优点：当表层软土性质比下层软土差时，长短桩复合地基能将上、下层软土和粉、湿喷桩，按不同的置换率进行复合地基分别处理，湿喷长桩处理深度较深，但对河塘高含水量软土加固效果较差，短桩加固深度限于河塘淤泥及浅层软土，粉喷桩的水泥干粉吸水，加之打设桩前填土顺序采用由里向外挤压塘水，填土外侧抽排水措施，具有预料的加固效果。长、短

14、桩各施其职、相辅相成，对路基的沉降、稳定以及止水都有较好的效果。2.4.3 “8”字形双头搅拌桩“8”字形双头水泥搅拌桩，多用于建筑行业深基坑开挖的支挡防护，该方案能起很好的抗滑和止水帷幕作用。横林枢纽沿河塘路段，在排水清淤前，先在原沪宁高速公路路肩坡脚外侧3m，打设12排“8”字形双头搅拌桩，待双头搅拌桩达到标准强度后，再进行排水、清淤，该方案能有效减小坡脚渗水，抵抗土压力，提高地基及路基的抗滑能力，避免因排水、清淤造成边坡失稳现象的发生。“8”字形双头搅拌桩的止水帷幕作用，表现在对由于排水而引起的水位急剧下降而产生的渗透水压力有很好的避免或抑制作用，并且也给现场施工带来了许多方便，但对施工

15、要求及外部荷载要严加控制，防止发生失稳现象。对长短桩结合和“8”字形双头搅拌桩两种方案在实施过程中，效果、安全性及经济技术等综合比较，详见附件。2.4.4 检测以上推荐的几种方案在桩施工后可进行桩身质量抽芯检测。对设计和施工方案进行检验，并且在排水清淤堆载等不同路段仍需加强对桩顶和坡顶的位移观测。3 施工注意事项3.1 由于横林枢纽沪宁高速公路拼宽段软土性质较差、灵敏度较高，打设粉喷桩或湿喷桩时，应严格按照设计要求的施工工艺（预搅下钻提升喷浆（灰）复搅下沉复搅提升）及施工钻进（或提升）速度来进行。严禁采用的下钻喷浆（灰）及快速下钻、提升现象，尽量减小对原状土的扰动。3.2 粉、湿喷桩应按先外侧

16、后内侧的施工顺序进行施工。3.3 在匝道与沪宁高速公路路基分离的路段，排水清淤时修筑水梗，严禁施工中在老路基两侧开沟排水，不得将水排入老路路基边沟中。3.4 严禁采用水冲吸淤法进行清淤施工，以防掏空老路路基坡脚，确保老路的路基稳定。3.5 为了确保路堤填土的安全施工，防止软土地基失稳，要严格控制施工填土速率（一般按1m/月控制），以免由于加载过快而造成地基破坏。设计要求按以下观测标准控制：地面沉降10mm/d，边桩水平位移5mm/d。根据实际观测成果，推算最终沉降量，并根据实测值对计算沉降值进行修正，决定预压期施工高程，以满足一般路基路段路堤工后沉降小余10cm。如不满足上述要求，则需延长路堤

17、预压时间，或采用其他补救措施。3.6 施工监测单位及时提交动态观测资料，反映施工过程中沉降、位移情况是保证拼接路段安全施工，指导方案正确实施的重要环节。3.7施工过程中施工单位应与观测单位互相合作，确保观测点的完好，以获取详实的观测数据，正确地指导施工。3.8 高速公路拓宽工程对施工单位的要求较高，施工单位要选择有经验、责任心强的施工队伍进行施工，对施工人员进行严格管理，有效地控制施工质量。4 结语：4.1 高速公路拼宽施工地基处理对确保老路基稳定要求很高，因此必须详细掌握新老路基地质资料，施工图设计阶段要对拼宽路段地质情况进行详细勘察，必要时对老路基进行地质勘察，以充分了解通车以来老路基的稳定及软基的固结情况，针对不同地质条件和老路地基处理方案采取相应的拼宽路基地基处理方案。4.2 施工过程中加强对拼接路段的检查和沉降变形监测，随时给出观测资料和曲线，以指导施工。4.3 施工期间及时进行施工信息反馈，加强对老路的交通管理，保证老路的畅通和施工安全。拼宽沿压河塘路段地基处理方案技术经济比较表方案编号比较类别“8”字形搅拌湿喷桩长、短桩结合钢板桩湿喷桩定喷墙湿喷桩优点排水、清淤施工不会引起水位的下降，夹粉砂的淤泥质土也不会随地下水流失，并且还能起较好的抗滑作用。 可以直接进行填筑施工，节省工期，对于