【摘 要】在高速公路建设过程中，遇到不良地质情况（如软基、溶岩等）是普遍现象。为确保工程质量，应根据不同情况采用不同的施工技术和方案进行控制。本文通过具体实例，介绍了挤密砂桩、粉喷桩两种主要软基处理方法及质量控制措施。
【关键词】不良地质；软基；挤密砂桩、粉喷桩；高速公路
0.前言
随着经济发展的需要，高速公路建设穿山过岭，覆盖范围不断延伸。面对建设中遇到的不良地质特别是软基问题，应引起足够重视。
在软土地区进行路基施工，要充分考虑路基的稳定性和建成后的剩余沉降情况。应通过地基处理技术解决软土问题。当前，处理地基软土技术有很多，各有特点和优势，在具体施工中，要根据工程所在地质具体实际，确定合适的施工技术和方案，对施工各阶段进行施工质量控制，确保工程达标。在此主要介绍挤密砂桩、粉体搅拌桩加固软土的施工技术，两种方法的优缺点作个比较。
1.具体工程介绍
闽赣界某高速公路合同段，长33.2km，根据工程勘察情况，其中有两段软土路基，桩号范围分别为：K5+150～K6+355、K10+550～K11+705。地质钻探数据表明，两段软土路基主要地层为淤泥及沙夹淤泥层，下层为残积粘性土等。按设计要求，K5+150～K6+355段软土层厚度为10～15米，采用粉喷桩进行地基加固，K10+550～K11+705段软土层厚度为6～8米，采用挤密砂桩进行地基加固。
1.1挤密砂桩施工工艺及质量控制
本公路合同段挤密砂桩软基路线长1.155公里，起止桩号为K10+550～K11+705，由于施工段淤泥层厚度不均匀，桩距也有所变化。本工程挤密砂桩桩距为1.1m桩， 桩径0.5m；桩长控制在桩位5～8.5m之间，呈梅花形布置，桩总数为13090根；按设计规定，砂桩长度深入持力层内0.5m，单桩承载力不能小于300Kpa，复合地基承载力不能小于150Kpa。挤密砂桩软基处理施工工期为3个月。
1.1.1挤密砂桩作用及原理分析
（1）挤密砂桩加固软基，能起到以下三个作用：
①挤密作用：靠振动力将桩间土挤密，在挤密桩间土的过程中，砂桩本身也得到挤密。
②复合地基作用：由于密实的砂桩与桩间土共同构成复合地基，复合地基承载能力有较大的提高。
③排水通道作用：挤密砂桩与砂垫层共同组成一个良好的排水通道，通过路堤的预压，使地基得到固结。
（2）施工原理。
按照设计深度和间距打套管的方法形成砂桩，将管中的砂从管底部带有活瓣管靴的钢管沉入地下预定深度，然后引入压缩空气，边振边提或提提停停，将管中的砂从管底端活门压出并不断补充，直至形成挤密砂桩体。
形成桩体后，透过地基土的横向挤密作用力，减小土的压缩性，提高土的抗剪强度，改善软土的粘性和固结。
（1）施工机械及材料要求。
①施工机械：振动沉管桩机。
挤密砂桩施工选用浙江瑞安振冲机械厂生产的DZ60KSA振动沉桩机，内置平底活页式桩尖，并设有二次投料口，该机激振力为460KN，符合实际施工要求。根据机械能力安排6台振动沉管桩机施工，可满足工期要求。
②材料要求。
砂料控制：砂料进场前按验标要求进行检验，要求为级配良好的中粗砂，其含泥量不得大于5%。用于挤密砂桩的砂材料不应含有土块、有机物或其他有害物质。
（2）挤密砂桩施工工艺。
原地面清理→测量放样→机具定位→桩管沉入→加料压密→拔管→机具移位。
（3）施工过程。
①对桩位进行编号，以成桩先后为序，注明于布桩图上，然后在场地上放线，用木桩定位，按序号施工避免张冠李戴。
②导管必须高出设计桩长3～5米，桩头活页平底式。
③桩机就位：首先检查桩机的平整度和桩管的垂直度，检查时采用全站仪按水平、垂直两个方向进行检查、调整，保证桩身的垂直度满足验标要求。进行桩位检查时，套管横向、纵向移动，使桩尖与桩位对中，桩位偏差满足验标要求。
启动桩锤电机振动桩锤，使桩管下沉，套管下沉入土后，严格控制沉入深度，确保达到设计桩长。套管下沉过程中，应沿导向架，并始终保持同导杆平行，如发生套管偏斜须及时扶正套管。
⑦套管内部的砂高度与套管端部之间的距离应保持在超过1.5米。
⑧完成该桩灌砂量，套管提至地面，套管移到下一桩位。桩头部位1m深度以内要钎探密实。
⑨在砂桩施工过程中如果遇到障碍物打不下去要及时向工程师上报，并在50厘米范围内的邻近位置重新打。如果在附近的位置继续打桩，仍然与设计的不相符合，则请示工程师及业主的意见。
1.1.3质量控制
挤密砂桩施工不当或技术要领把握不住，极易留下质量隐患，严重影响处理效果。 （1）若灌砂量不足，砂的含水率不佳或加水量不足，就会引起成桩桩身密实度不足，引起疏松现象。因此要严格控制投砂量，桩管内的加水量必须充足。
（2）沉桩时桩管竖直度不够，或受邻桩振冲影响，容易引起已成砂桩倾斜。因此成桩时要经常校正桩管竖直度，相邻桩应间隔跳跃施工，避免相互间震动影响。
（3）桩底空松或桩底端料少或无料会引起短桩，沉管时遭遇局部硬土层或孤石，处理不当也会造成桩长不够。如果遇到土层或孤石，处理方法最好是即时停机，在桩位旁边试打，确定硬土层范围，然后考虑变更在领位桩；拔管前必须灌满砂料，并留振1min。
（4）三次投料不合理，反插深度和次数有误会都会引起砂桩缩径，必须改变投料量比例，改变反差深度和次数以满足要求。
（5）断桩是施工中常见病害，造成的原因有反插深度有误、塌孔、卡管活页打不开等。要严格按工艺性试桩提供的技术参数及成桩步骤控制拔管高度和拔管进度，否则易出现断桩，不能保证桩身的连续性。要经常整修活页，使活页开启灵活打开，防止卡管。
（6）全过程实行旁站监督，严格控制桩身垂直度、桩位偏差、桩长及砂料灌入量，作好施工记录，并按照验标规定的检验数量和检验方法对其进行检验，确保桩的质量满足设计要求。
（7）在施工过程中发现异常情况，应及时反映给工程师，并会同有关的技术人员协商处理。
1.1.4施工中出现的问题及处理
1.1.5施工体会
当我们在地表有硬壳且厚度达5～8m以上的软土地段进行挤密砂桩施工时，发现效果理想，达到预期要求。
挤密砂桩具体价格实惠、原材料来源广等特点，施工时没有产生粉尘、噪音，对环境不会造成影响，其不足之处是预压时比较长。
（1）粉体搅拌桩作用。
利用固化材料可提高加固土的早期强度，大大缩短工期，由于固结屈服应力很大，故上部承重时，不会产生固结沉降。
（2）原理。
水泥粉喷桩主要原理是通过专用的粉体搅拌机械向软弱土层注入水泥粉状加固原料，让加固材料与软弱土混合、压密，通过产生一系列凝聚、化学作用，达到强化桩基、提高复合地基承载力的效果。目前主要采用深层搅拌水泥粉喷桩技术对软基进行加固。它通过粉体吸收软土中的水分，将固化剂和原地基软土就地搅拌混合，达到加固的目的。
（1）主要施工机具及材料要求。
1）主要施工机具。
机具设备：喷粉桩机及配套水泥罐、灰罐及喷粉系统、空气压缩机等。喷粉桩机由液压步履式底架、井架和导向加减压机构、钻机传动系统、钻具、液压系统、喷粉系统、电气系统等部分组成。根据机械施工能力，采用6台PH-5B深搅钻机，可满足工期要求。
2）材料要求。
①喷粉使用的粉体固化剂为32.5级普通硅酸盐水泥，水泥具有出厂质量保证单，确保在有效期内使用，并按规范抽检频率抽检合格，严禁使用过期、受潮、结块变硬的劣质水泥。
②粉喷桩加固土室内配合比试验已完成，试验配合比批复为：每延米水泥用量为55kg。
（2）施工工艺。
原地面整理→测量放样→机具定位对中→钻进→喷粉搅拌提升→复拌→机具移位。
（3）施工过程。
①定位：平整场地将搅拌机移到桩位调平机位、对中。
②预搅钻进下沉：启动搅拌钻机，使钻头正向转动钻进匀速下沉至设计标高为止。
③喷粉搅拌提升，当深层搅拌机下沉到设计深度时开启空压机待气粉混和物到达喷口时按确定的提升速度开动钻机反钻边喷灰，边提升搅拌机。
④重复搅拌：搅拌机喷灰反转提升至原地面以下50cm时，关闭空压机。为使软土和固化剂搅拌均匀，再次将搅拌机钻进下沉，直至设计深度，再将搅拌机按规定速度反转提升出地面。
⑤移位，准备打下一根桩。
（1）做好粉体搅拌桩的质量控制，应从施工机械、加固料、施工工艺等方面进行分析与控制，并严格执行，以保证效果达到预期要求。
（2）在进行粉体搅拌桩施工前，应通过室内配合比试验，确定施工所用喷粉量。
（3）水泥掺入量应依土样天然含水量、孔隙比的不同而定。本工程经反复试验，确定每为掺灰量45Kg、55Kg、65Kg均能满足28d强度要求，实际施工掺灰量采用55Kg/m。
（3）每根桩开钻后必须连续施工，严格控制喷灰及停灰时间，不得间断，严禁在尚未喷灰的情况下进行提升作业，以确保粉体桩的长度。
（4）如有故障等原因而中断喷粉应记录中断深度，必须进行复打，重打重叠段不小于1.0m。
（5）经粉体搅拌桩施工处理的地基，必须在施工完成30d后，才能进行填土及其它构造物的施工。
该施工方法的特点是能有效利用原土，搅拌时地基土侧不会外挤，施工不会产生噪音、振动、污染。此外，加固后土体重度基本不变，不会产生沉降。 1.3本工程软基处理方法技术分析
1.3.1挤密砂桩与粉体搅拌桩两种软基处治的技术比较详见表1
表1 技术比较
由表1分析可以得出以下结论：
（1）依据施工工期要求，挤密砂桩预压期要比粉喷桩明显长，差不多近3倍。
（2）当路堤填至设计路槽高度后采用等载预压，挤密砂桩沉降量明显高于粉喷桩。
（3）粉喷桩的单桩承载力及复合地基承载力只要达到龄期后就能满足设计与使用要求；而挤密砂桩必须在预压排水固结完成后，才能达到设计与使用要求。
表2 沉降观测记录
可以看出挤密砂桩的沉降量明显高于粉喷桩。在相同的开始时间观测（表中2月份），粉喷桩的沉降量在第7个月（表中8月份）基本稳定，而挤密砂桩的沉降量在第10个月（表中11月份）才基本稳定。
从目前省内软基施工的情况来看，凡是采取排水固结方式处理软基的，其固结时间均较长，大部分地段完工后继续沉降，时间有的数年之久。因此从技术上比较，粉喷桩更能满足高速公路的使用要求。
1.3.3两种施工方法的经济效益分析
通过本工程完成后，对比两种施工方法的成本分析，得出以下结论：
（1）粉喷桩预压期比挤密砂桩施工期短，能使工期减小，施工进度加快，使工程提早完成，尽早产生经济效益和社会效益。
（2）从沉降量对比分析可发现，挤密砂桩沉降量比较大，导致土方成本增加，沉降量与土方成本成正比。
（3）从桩单价成本分析，粉喷桩比挤密砂桩高，但在相同面积时，挤密砂桩施工桩位布置比粉喷桩位置密。就本工程而言，虽然挤密砂桩单桩每米单价虽然比粉喷桩少，但单位面积桩的总价比粉喷桩高近40%，因此挤砂桩的造价明显比粉喷桩高。
2.结束语
目前在高速公路建设中，通常采用挤密砂桩和粉喷桩作为治理软基的施工方案。在制定道路软基施工方案时，应充分考虑工程所在地的具体地质情况，特别是考虑预压期、施工沉降量情况、每米桩长单价、处理后的地基承载力等多种因素。另外，还要进行技术与经济的对比分析，经综合研究后，确定合适的施工方案。
【参考文献】
