摘要：以汕汾高速公路为工程背景，选择桥头跳车比较严重的桥台为试验段，采用注双液高压旋喷系统进行软基处理，通过注射砂浆，节约了水泥用量，降低了成本，并且通过成桩质量及监测数据加固效果分析表明，此工艺在广东汕汾高速公路试验段的应用实践是成功的，值得在类似运营高速公路养护过程中予以推广。
关键词：注双液高压旋喷系统 软基处理 沉降 成桩质量
Abstract: the shanfen expressway for engineering background, choose the bridge abutment with the serious jumped for testing, using note dual fluid high-pressure rotary spray system to deal with soft foundation, by injecting a mortar, save the dosage of cement and reduce the cost, and through the quality of pile and the monitoring data reinforcement effect analysis show that the process in guangdong shanfen expressway, the application of testing practice is successful, it is worth in similar operation expressway curing process to be promoted.
Keywords: note dual fluid high-pressure rotary spray system soft foundation treatment settlement the quality of pile
中图分类号：B819 文献标识码：A文章编号：
广东汕汾高速公路是国家两纵两横公路主骨架黑龙江同江至海南三亚国道主干线在广东境内的重要一段，是连接广东汕头、深圳及福建厦门三个经济特区的重要交通干道。于2001年11月28日建成通车，双向四车道，设计时速100km/h，K10~K32路段为软基路段，沿线多桥梁、涵洞等，高速公路运营以来，一直进行工后沉降观测。
广东汕汾高速公路运营期软基工后沉降明显，监测数据表明，目前最大累积沉降已达600mm以上，并且目前仍以较大速率发生沉降，桥头跳车现象普遍存在。为了保证公路平整性和行车的舒适性，公路运营至今已进行数次桥头接顺及路面摊铺等处理措施，但是软基路段桥头跳车问题并未得到明显改观，给汕汾高速公路日常养护工作带来很大困难。本项目在原有高压旋喷系统基础上，采用注双液高压旋喷系统对K20+450右幅桥台作为试验段进行软基处理应用实践。
1 、传统高压旋喷系统改进的必要性
采用高压旋喷法处理软基可从根本上解决桥头跳车及软基的不均匀沉降问题，但是水泥耗量大、造价贵，处理效果与耗费的水泥量成正比，大量的工程实践证明水泥费用占该法处理软基总投入的40%以上，考虑沿海地区海砂较广泛、成本较低，经室内配比试验，水泥浆液中掺入较多的粉细砂时的试块强度仍较高，可满足桩体的强度要求。砂替代一定量的水泥是一个不错的思路，但是传统高压旋喷注浆系统喷嘴仅2~3mm，喷射纯水泥浆亦偶遇堵管，掺入砂后，根本无法进行正常的施工，因此，为了实现砂浆的注射，有必要对传统的高压旋喷注浆系统进行改进，改进试验的思路如图1所示。
图1 改进试验研究的工作思路
2、 注双液高压旋喷系统集成
2.1 设计思路
传统高压旋喷注浆系统因喷嘴堵管问题，无法直接实现水泥砂浆的旋喷。因此，“注双液管道系统”施工工艺的重点在于注浆管通系统的改造。改进的思路是用纯水泥浆旋喷系统、砂浆旋喷系统两套系统集成替代传统的单液旋喷系统，两种不同浆液进入钻杆后由各自的独立系统喷出，通过混合旋喷、钻杆的提升形成一定桩径的桩体。
2.2 “注双液管通”系统的集成
本研究通过双管快速喷射技术，内管喷嘴喷射水泥浆，外管喷嘴喷射砂浆，可成功解决两种不同浆液的旋喷，并在附近土体周围形成桩体。
双管分别接驳水泥浆、砂浆两个注浆系统，并分别进入钻杆中的内管、外管，最终由水泥浆喷嘴、砂浆喷嘴旋喷浆液，设计的内管、外管示意图及喷嘴见图2。喷嘴因喷射浆液需求不同，其直径有一定差别，水泥浆喷嘴直径2mm，砂浆喷嘴直径15mm。
图2 “注双液管通”钻杆内管、外管集成图
2.3 “注双液高压旋喷系统”的组成
“注双液高压旋喷系统”设备主要由纯水泥浆注浆动力系统、砂浆注浆动力系统、双管钻杆、注双液进浆水龙头、注双液喷头、成桩钻机、泥浆搅拌器等七部分组成，主要设备及场地配置如图3至图6所示。
图3 高压注浆泵系统 图4高压砂浆泵系统
图5 砂浆的一级搅拌池图6砂浆的二级搅拌池
3 注双液高压旋喷系统软基处理实施
3.1 软基处理主要设计参数指标
以K20+450中桥汕台右幅、汾台右幅为试验段，采用注双液高压旋喷系统进行软基处理。在实施过程中，桩径Φ800mm，桩距沿桥头至路基方向按0.5m增量分别由3.0m过渡到5.0m。28天后桩体强度不小于2.5MPa，工后沉降小于100mm。
3.2 添加剂在施工中的应用
虽然采用砂浆泵传导系统、双管快速喷射技术基本解决了砂浆传输及旋喷问题，但是还是经常遇到砂浆传输不顺畅、堵管等问题。经试验，选用了“砂浆润滑早强剂”作为添加剂，显著提高了砂浆的强度，改善砂浆稠度、和易性、降低泌水率，使砂浆真正地流动起来。“砂浆润滑早强剂”其阴离子表面活性剂能使水泥粒子互相分散，使水泥凝聚体包囊的游离水被释放出来，充分使凝聚的水泥团扩散，彻底水化，结构密实，真正达到了增加砂浆强度的技术要求。由于其憎水型表面活性剂在砂浆中产生均匀的微小乳化空气泡，又因砂浆中微小乳化空气泡的存在，各砂粒之间由原有的滑动磨擦变成滚动磨擦，使砂浆真正的流动起来，从而明显改善了砂浆的和易性，提高了砂浆的流动性与保水性。加入添加剂后，配合比强度试验结果如表1所示，采用砂浆润滑早强剂代替石灰，可有效减少水灰比，提高掺砂率，提高砂浆的强度（约提高10%）。
表1 砂浆润滑早强剂配比试验结果分析表
配料 配比 7天强度(MPa) 28天强度(MPa)
水泥:砂:石灰:水 50:328:45:92 4.9 8.5
水泥:砂:添加剂:水 50:328:0.075:58 5.4 9.5
4 、注双液与传统高压旋喷成桩对比分析
经过对传统的高压旋喷及注双液高压旋喷施工成桩7天后，分别对桩体进行钻孔抽芯分析对比，注双液高压旋喷施工成桩的岩芯胶结程度高，抗压强度高；而传统的高压旋喷成桩胶结较慢，抗压强度较低。岩芯照片对比详见图7。左图为传统方法施工后的岩芯，可见桩体虽已发生了明显的胶结，但胶结程度不高，可见其凝固时间较慢，而右图为注双液施工成桩，上部已发生了明显的胶结，成桩质量较好，下部亦已发生了明显的胶结，但尚未完全胶结。
图7 传统高压旋喷与注双液高压旋喷成桩的岩芯对比照片
（左图：传统方法施工，右图：注双液施工）
从两者的室内抗压强度试验的数据分析，传统高压旋喷注浆后的桩体抗压强度为2.6~5.9MPa，平均值为4.4MPa；而注双液高压旋喷注浆后的桩体抗压强度为7.0~26.9MPa，平均值为16.9MPa，后者比前者大约3~4倍，说明在淤泥质砂性土中或在浆液中掺入砂后，桩体不仅胶结速度较快，成桩质量较好，而且抗压强度较高。
5 、基于沉降监测的软基处理效果分析
施工前，在桥台处布设2个监测纵断面，共设12个监测点，分别位于路缘带上及硬路肩上，主要位于处理区域的外侧，在施工前、施工期间及施工后进行沉降监测。根据实测情况，各监测点基本经历施工期间的隆起阶段、施工结束至开放交通后的大沉降阶段、工后沉降减缓期、工后沉降稳定期四个阶段。
部分监测数据分析如图8、图9所示，从图8各期的监测沉降量与位置曲线看出，本桥台在施工过程中路面均发生了不同程度的隆起，并出现了较大沉降期，沉降量达6~17mm；从图9各监测点的沉降速率~时间曲线看出，历经工后约一年的监测数据表明，各点的沉降速率均发生了收敛，越靠近桥台收敛越快，各点的沉降速率均比桥台年度监测沉降速率已明显减小。
后期监测数据表明，该桥台在设计桩距为2.5m的处理区域内，沉降速率收敛至0.018~0.019mm/d，小于沉降稳定控制标准0.02mm/d的沉降速率；在桩距为3m的处理区域内，沉降速率亦下降至0.025~0.029mm/d，并呈现收敛的趋势；在桩距为3.5~5m的处理区域内，两侧监测纵断面数据显示，由桥台向路基方向的沉降速率尽管有增加的趋势，如ZYC15至ZYC18由0.034mm/d增加至0.048mm/d，渐变过渡较明显，ZYC22至ZYC19由0.037mm/d增加至0.045mm/d，渐变过渡较明显。
图8 K20+450汕台右幅ZYC24~ZC19各次沉降~位置曲线
图9 K20+450汕台右幅ZYC24~ZYC19沉降速率~时间
结束语：
1、通过在汕汾高速公路中采用注双液高压旋喷系统进行桥台软基处理的实践，用一定量的砂代替水泥，实现高压喷射水泥砂浆液，其施工工艺是可行的，可大幅度降低成本，可在类似运营高速公路养护中予以应用推广。
2、采用“砂浆润滑早强剂”作为添加剂，显著提高了砂浆的强度，改善砂浆稠度、和易性，使砂浆真正地流动起来，能有效地在注浆过程中掺入大量的粉细砂，通过二级搅拌池的过滤作用，可有效回收返浆再利用，减少高压旋喷施工对环境的污染。
3、采用“注双液管道系统”工法与传统高压旋喷工法进行软基处理后的效果相差不大，但新工法可回收废液再利用，掺粘土砂浆后，可有效缩短桩体的胶结时间，减少大沉降过程，对增强桩体的强度是有利的。
4、通过沉降监测数据，桥台软基加固效果比较明显，桥台处沉降速率已低于0.02mm/d。
参考文献：
1、广东省航运规划设计院. 汕汾高速公路试验段软基处理效果分析报告[R]. 2011.
2、姜海强. 高压旋喷桩在高速公路桥台软基处理中的应用实践[J]. 科技咨询导报, 2007.
2、梁要武. 旋喷桩在加固桥台尾过渡段中的应用[J]. 西部探矿工程, 2003