论文部分内容阅读
摘 要：长期以来，高速公路担负着国家经济运输、区域人文交流的重要职责，不仅能提升通行效率，也能节约土地资源。高速公路施工里，软土地基的加固对工程质量产生较大的影响。所以，本文以xx高速公路某段工程为例，对水泥粉煤灰碎石混凝土桩的加工原理、施工要求作了详细分析。同时，还介绍了三种质量检测方法，并就常见的软基加工问题给出了对应的解决方案，为类似项目的施工提供有用的建议。
关键词：高速公路;砼桩;软土地基加工;应用分析
1前言
xx高速公路全长是59.3km，是“七纵五横”的一个比较关键的成分。该公路北起罗源上楼，接罗宁高速终点;南接福泉高速公路起点，至长乐营前，总计历经了2年半。xx高速公路的通车极大的缓解了当地交通压力，加快了区域间经济文化交流。
按照设计规划，xx高速公路沿线多水道、高山深谷，地质复杂。特别是在连江东湖以南，所穿越的冲海积平面广泛分布着强度小、含水量大的淤泥质粘土，给施工带来了巨大的挑战。如果不采取特殊的措施处理软土地基，不仅会导致行车不安全，也会使得施工受到较大的影响。
根据xx省域现有竣工工程项目看，在处理公路施工中的软基时，主要根据软土地基深度采取不同的施工方案。首先，对于浅层软基，可使用粉煤灰桩法;其次，深层软基，可使用“以桥代路“法，以此减少施工难度，控制不确定性因素。
1 水泥粉煤灰碎石混凝土桩加固机理
水泥粉煤灰碎石混凝土桩（ Cement Fly- ash Gravel Pile，粉煤灰桩） 有高度粘结性，无配筋计算要求，以石屑、粉煤灰、砂为原料，造价较低。同碎石桩相比，粉煤灰桩不易膨胀，能够向软基深层传递荷载。总体而言，在软土地基加固中，粉煤灰桩扮演了桩体与挤密等相关角色。在载荷条件下，同软土相比，粉煤灰桩不易被压缩（与粘结强度有关）。在地基发生形变之后，灰桩会承受源自于基础的附加应力，并导致应力集中。所以，粉煤灰桩具有经济性、技术性优势。
在振动沉管法下，可以快速的对桩体掺合料进行挤密。这样，在灰桩成形后，其压缩系数、孔隙比、含水量等参数都会大为缩小。
在软土地基的加固中，如果采取粉煤灰桩方案，则需要将重点放在了减小地基形变、提高地基承载力上。特别需要做好桩体掺合料的选择与挤密操作，增强桩体的承载力。如果地基属于松散砂性土，则应重点做好挤密工作。但是，在粉煤灰桩方案下，单纯的对松散砂性土实行挤密作业将增加投入，延长工期。
2加固设计
在加固饱和软粘土时，可参考无配筋沉管灌注桩方案来设计粉煤灰桩。在xx高速公路某段，所设计的粉煤灰桩的各项参数为：
桩长：10～30m，桩径：40cm，桩距：1.6～2.4m。此外，栓桩尖设计为C35，桩身为C15（部分桩位C20）。
桩体碇材料：II级粉煤灰，中粗砂，石屑，碎石（24cm），水泥。
参考沉管灌注桩设计规范，确定灰桩单桩承载力。参考沿线地质情况与荷载要求，可在砂性粘土层上设计持力层。
在路堤上刺入桩体时，路基的柔性荷载特性会使路基发生沉降。在实际施工中，通常会将扩大头桩帽设置在灰桩顶部来遏制沉降。在桩帽上，需加筋、垫层，以协调形变。桩帽标号参考桩体设计。桩顶扩大头设计图见图1。
图1粉煤灰桩桩顶扩大头示意图
粉煤灰桩方案也可用于加固软基通道、撼动。为了防止路基与涵洞的连接位置出现沉降，不仅要做好地段顺接，也要在桩顶加筋垫层，并控制桩距。若情况特殊，可将柱底垫板安装在涵底。如下图。
图2涵洞处软基处理示意图
在路堤与桥台间，可通过安装“长短桩”来控制沉降。此外，还须安装过渡板（5m）、搭板（8m）。图3，为长短桩设计示意图。
图3 桥头地段粉煤灰桩处理示意图
在已建道路与新建道路之间，也可参考上述解决方案。若施工场地受限，可使用小孔径钻孔灌注桩、锚杆静压桩方案。
3粉煤灰桩施工要求
为提高粉煤灰桩施工质量，加快项目进程，应做好以下几项工作：
（1）施工场地应具备同料、通电、通水条件，且场地要平坦。确保软基排水系统通畅，在软基两侧挖掘排水沟。严格按照平整度、压实度指标，设置土路拱。为场地附近有河沟、池塘分布，可进行填砂、围堰操作。
（2）按照桩位误差低于5cm的标准进行桩位放样，并埋置桩尖。根据机械抬架参数，确定灰桩桩长。
（3）严格的结合实验报告，锁定灰桩配合比，提高配料的科学性。
（4）试桩抬架配重应超过各端抬架配重的1/2，并记录试桩时的桩长、电流等信息;检测桩身完整性，计算桩体承载力。以试桩数据为参考，指导工种桩施工。
（5）使用静压振动沉管灌注桩机。
（6）保护已有桩身，防止在移机、新装施工中损坏已有桩体。打桩时，应调桩、跳排施打。施工中，需通过桥台后跳排向后退大;提高施工的精准性，在核验排桩轴线后才施工;严格控制拔管时间，拔管前，需保持3～5s的振动;在向桩管灌入了3m的栓后，便可拔管。桩顶埋深应超60cm，扩大头桩帽顶标高应相同。在28d龄期后，可填筑路基、铺筑碎石层。
（7）在进行桩基、桥台的施工前，应当在距这些结构物的30m之内完成粉煤灰桩施工。
（8）严格做好试块留样检测，为工程提供分析参考。为了跟进栓的质量，1台机组每天所留样的试样应当为2组，且每组分别需进行持续7天、28天的测试。灰桩竣工后，应在28d后检测桩体。如果各相参数达标，可填筑路基、鋪筑碎石层。
4质量检测
在明确了粉煤灰桩的各项参数之后，以施工要求为指导，进行了加固设计。灰桩竣工后，需通过检测来考察工程质量，维护通车安全。在实践中，可根据具体情况选用合适的检测法，如PIT低应变检测、静载实验、瑞利波法等。详细介绍如下： （1）PIT低应变无破损反射波小应变法（PIT低应变检测）可用于检测桩身完整性。：
PIT检测法的步骤简洁，且仪器体积小，可通过屏幕直接得到检测结果。在具体检测时，需注意：
在台背部分（40m区域内），最少检测20根，且数量需超过总桩数的20%;其它路段也要最少检测20根，且数量等同于总桩数的10%。如果检测方法为动测抽检，且再受检桩数中至少有30%未达到合格标准。此时，需将重检的数量增加至动测抽检的2倍。如果依然存在30%的未合格桩，则需检测所有桩。
（2）利用静载试验法可检测单桩竖向承载力。检测时，需注意：
在台背部分（40m区域内），最少检测3根，且数量需超过总桩数的1%;其它路段，则根据桩数确定检测量。比如，在≤1000根时，可检测5根;1000～10000根时，通过内插法确定待检桩数;10000根时，可检测10根;>10000时，按照1%×总桩数的原则确定待检桩数。以单桩极限承载力为底限，可适当提高最大试验荷载。如果受检桩数中有至少30%的桩为不合格桩，此时，需将重检的数量增加至原检测数量的2倍。如果依然存在30%的未合格桩，则拒绝验收，视为桩体无法达到标准承载力要求。
（3）利用瑞利波法，可检测软基整体加固质量。检测时，需注意：
在沿地表水平向，瑞利波的衰减速度明显下降。然而，在沿钱垂直深度方向，却表现出了极快的衰减特征。根据地基深层，传播的瑞利波的频率也不相同。在软基加固检测时，便可参考瑞利波的物理特征间接分析出加固的效果。也就是说，在记录加固前后的瑞利波波速之后，利用现代专业软件就可以得到详细的软基质量评测报告。在业界，将软基加固的质量分成了IV类。I类，满足规范要求，加固质量高;II类，基本满足规范要求，加固质量较高;III类，未满足规范要求，加固质量较差，需补救加固;IV类，未满足规范要求，加固质量很差，需返工。
就本文所选案例来看，因为在粉煤灰桩施工前严格进行了掺和料配比，且施工过程中也不存在违规情况。所以，经多项技术检测，加固质量满足规范设计要求。
5常见问题及其处理
虽然粉煤灰桩特别适合软基加固，但加固质量与施工问题处理有很大关系。比如，在施工中，出现的缩径、桩裂、抬架控制失误问题将对加固质量造成严重的影响。针对此类问题，不仅要精确计算碇配合比，同时也要遵循跳排跳桩顺序，在合理的抬架配重下进行拔管。为了避免周围行驶车辆对桩体造成损害，应当在施工现场周围加设围栏，管制交通。
在新老路交界位置、边角处，经常出现路基裂缝、下沉现象。此时，可使用小孔径钻孔灌注桩、锚杆静压桩方案。
在未合理衔接不同处理类型的情况下，界面的沉降度也会出现差异，引起路面不平。为了实现均衡沉降，可在界面周围加入土工格栅。此外，如果桩身混凝土存在强度过低，龄期不到的情况，为了避免桩体浅部发生断裂，可使用空压机剥离桩头。
6结论
高速公路是国家动脉，担负着经济交流、人文交往的重要职责。在软基加固中，粉煤灰桩方案不单单是时间短，技术要求不高，而且可以大大的节省成本，所以不少人员选择这一模式。为此，本文详细分析了粉煤灰桩的加固原理与施工要求，并介绍了业界常用的三种检测方法。针对加固施工中存在的界面沉降不一、桩裂、缩径、路基裂缝等问题，本文也给出了解决方案。
参考文献：
[1]曹刚.软土地基加固技术在高速公路中的应用[J].华东公路，2018（05）：40-42.
[2]熊发志.水泥搅拌桩施工技术在高速公路软土地基加固中的应用[J].价值工程，2016，35（16）：109-110.
[3]李素娟.强夯和强夯置换在高速公路软土地基加固中的应用[J].交通科技，2014（02）：93-95.
[4]Consolidation behavior of two fine-grained soils contaminated by glycerol and ethanol[J] . A.R. Estabragh，I. Beiytolahpour，M. Moradi，A.A. Javadi. Engineering Geology . 2014
作者簡介：
姓名：杨波，出生年：1977年，性别：男 工作单位：湖南路桥建设集团有限责任公司 籍贯，湖南长沙，技术职称：工程师，主要从事的工作：公路施工，学历：大学本科。
关键词：高速公路;砼桩;软土地基加工;应用分析
1前言
xx高速公路全长是59.3km，是“七纵五横”的一个比较关键的成分。该公路北起罗源上楼，接罗宁高速终点;南接福泉高速公路起点，至长乐营前，总计历经了2年半。xx高速公路的通车极大的缓解了当地交通压力，加快了区域间经济文化交流。
按照设计规划，xx高速公路沿线多水道、高山深谷，地质复杂。特别是在连江东湖以南，所穿越的冲海积平面广泛分布着强度小、含水量大的淤泥质粘土，给施工带来了巨大的挑战。如果不采取特殊的措施处理软土地基，不仅会导致行车不安全，也会使得施工受到较大的影响。
根据xx省域现有竣工工程项目看，在处理公路施工中的软基时，主要根据软土地基深度采取不同的施工方案。首先，对于浅层软基，可使用粉煤灰桩法;其次，深层软基，可使用“以桥代路“法，以此减少施工难度，控制不确定性因素。
1 水泥粉煤灰碎石混凝土桩加固机理
水泥粉煤灰碎石混凝土桩（ Cement Fly- ash Gravel Pile，粉煤灰桩） 有高度粘结性，无配筋计算要求，以石屑、粉煤灰、砂为原料，造价较低。同碎石桩相比，粉煤灰桩不易膨胀，能够向软基深层传递荷载。总体而言，在软土地基加固中，粉煤灰桩扮演了桩体与挤密等相关角色。在载荷条件下，同软土相比，粉煤灰桩不易被压缩（与粘结强度有关）。在地基发生形变之后，灰桩会承受源自于基础的附加应力，并导致应力集中。所以，粉煤灰桩具有经济性、技术性优势。
在振动沉管法下，可以快速的对桩体掺合料进行挤密。这样，在灰桩成形后，其压缩系数、孔隙比、含水量等参数都会大为缩小。
在软土地基的加固中，如果采取粉煤灰桩方案，则需要将重点放在了减小地基形变、提高地基承载力上。特别需要做好桩体掺合料的选择与挤密操作，增强桩体的承载力。如果地基属于松散砂性土，则应重点做好挤密工作。但是，在粉煤灰桩方案下，单纯的对松散砂性土实行挤密作业将增加投入，延长工期。
2加固设计
在加固饱和软粘土时，可参考无配筋沉管灌注桩方案来设计粉煤灰桩。在xx高速公路某段，所设计的粉煤灰桩的各项参数为：
桩长：10～30m，桩径：40cm，桩距：1.6～2.4m。此外，栓桩尖设计为C35，桩身为C15（部分桩位C20）。
桩体碇材料：II级粉煤灰，中粗砂，石屑，碎石（24cm），水泥。
参考沉管灌注桩设计规范，确定灰桩单桩承载力。参考沿线地质情况与荷载要求，可在砂性粘土层上设计持力层。
在路堤上刺入桩体时，路基的柔性荷载特性会使路基发生沉降。在实际施工中，通常会将扩大头桩帽设置在灰桩顶部来遏制沉降。在桩帽上，需加筋、垫层，以协调形变。桩帽标号参考桩体设计。桩顶扩大头设计图见图1。
图1粉煤灰桩桩顶扩大头示意图
粉煤灰桩方案也可用于加固软基通道、撼动。为了防止路基与涵洞的连接位置出现沉降，不仅要做好地段顺接，也要在桩顶加筋垫层，并控制桩距。若情况特殊，可将柱底垫板安装在涵底。如下图。
图2涵洞处软基处理示意图
在路堤与桥台间，可通过安装“长短桩”来控制沉降。此外，还须安装过渡板（5m）、搭板（8m）。图3，为长短桩设计示意图。
图3 桥头地段粉煤灰桩处理示意图
在已建道路与新建道路之间，也可参考上述解决方案。若施工场地受限，可使用小孔径钻孔灌注桩、锚杆静压桩方案。
3粉煤灰桩施工要求
为提高粉煤灰桩施工质量，加快项目进程，应做好以下几项工作：
（1）施工场地应具备同料、通电、通水条件，且场地要平坦。确保软基排水系统通畅，在软基两侧挖掘排水沟。严格按照平整度、压实度指标，设置土路拱。为场地附近有河沟、池塘分布，可进行填砂、围堰操作。
（2）按照桩位误差低于5cm的标准进行桩位放样，并埋置桩尖。根据机械抬架参数，确定灰桩桩长。
（3）严格的结合实验报告，锁定灰桩配合比，提高配料的科学性。
（4）试桩抬架配重应超过各端抬架配重的1/2，并记录试桩时的桩长、电流等信息;检测桩身完整性，计算桩体承载力。以试桩数据为参考，指导工种桩施工。
（5）使用静压振动沉管灌注桩机。
（6）保护已有桩身，防止在移机、新装施工中损坏已有桩体。打桩时，应调桩、跳排施打。施工中，需通过桥台后跳排向后退大;提高施工的精准性，在核验排桩轴线后才施工;严格控制拔管时间，拔管前，需保持3～5s的振动;在向桩管灌入了3m的栓后，便可拔管。桩顶埋深应超60cm，扩大头桩帽顶标高应相同。在28d龄期后，可填筑路基、铺筑碎石层。
（7）在进行桩基、桥台的施工前，应当在距这些结构物的30m之内完成粉煤灰桩施工。
（8）严格做好试块留样检测，为工程提供分析参考。为了跟进栓的质量，1台机组每天所留样的试样应当为2组，且每组分别需进行持续7天、28天的测试。灰桩竣工后，应在28d后检测桩体。如果各相参数达标，可填筑路基、鋪筑碎石层。
4质量检测
在明确了粉煤灰桩的各项参数之后，以施工要求为指导，进行了加固设计。灰桩竣工后，需通过检测来考察工程质量，维护通车安全。在实践中，可根据具体情况选用合适的检测法，如PIT低应变检测、静载实验、瑞利波法等。详细介绍如下： （1）PIT低应变无破损反射波小应变法（PIT低应变检测）可用于检测桩身完整性。：
PIT检测法的步骤简洁，且仪器体积小，可通过屏幕直接得到检测结果。在具体检测时，需注意：
在台背部分（40m区域内），最少检测20根，且数量需超过总桩数的20%;其它路段也要最少检测20根，且数量等同于总桩数的10%。如果检测方法为动测抽检，且再受检桩数中至少有30%未达到合格标准。此时，需将重检的数量增加至动测抽检的2倍。如果依然存在30%的未合格桩，则需检测所有桩。
（2）利用静载试验法可检测单桩竖向承载力。检测时，需注意：
在台背部分（40m区域内），最少检测3根，且数量需超过总桩数的1%;其它路段，则根据桩数确定检测量。比如，在≤1000根时，可检测5根;1000～10000根时，通过内插法确定待检桩数;10000根时，可检测10根;>10000时，按照1%×总桩数的原则确定待检桩数。以单桩极限承载力为底限，可适当提高最大试验荷载。如果受检桩数中有至少30%的桩为不合格桩，此时，需将重检的数量增加至原检测数量的2倍。如果依然存在30%的未合格桩，则拒绝验收，视为桩体无法达到标准承载力要求。
（3）利用瑞利波法，可检测软基整体加固质量。检测时，需注意：
在沿地表水平向，瑞利波的衰减速度明显下降。然而，在沿钱垂直深度方向，却表现出了极快的衰减特征。根据地基深层，传播的瑞利波的频率也不相同。在软基加固检测时，便可参考瑞利波的物理特征间接分析出加固的效果。也就是说，在记录加固前后的瑞利波波速之后，利用现代专业软件就可以得到详细的软基质量评测报告。在业界，将软基加固的质量分成了IV类。I类，满足规范要求，加固质量高;II类，基本满足规范要求，加固质量较高;III类，未满足规范要求，加固质量较差，需补救加固;IV类，未满足规范要求，加固质量很差，需返工。
就本文所选案例来看，因为在粉煤灰桩施工前严格进行了掺和料配比，且施工过程中也不存在违规情况。所以，经多项技术检测，加固质量满足规范设计要求。
5常见问题及其处理
虽然粉煤灰桩特别适合软基加固，但加固质量与施工问题处理有很大关系。比如，在施工中，出现的缩径、桩裂、抬架控制失误问题将对加固质量造成严重的影响。针对此类问题，不仅要精确计算碇配合比，同时也要遵循跳排跳桩顺序，在合理的抬架配重下进行拔管。为了避免周围行驶车辆对桩体造成损害，应当在施工现场周围加设围栏，管制交通。
在新老路交界位置、边角处，经常出现路基裂缝、下沉现象。此时，可使用小孔径钻孔灌注桩、锚杆静压桩方案。
在未合理衔接不同处理类型的情况下，界面的沉降度也会出现差异，引起路面不平。为了实现均衡沉降，可在界面周围加入土工格栅。此外，如果桩身混凝土存在强度过低，龄期不到的情况，为了避免桩体浅部发生断裂，可使用空压机剥离桩头。
6结论
高速公路是国家动脉，担负着经济交流、人文交往的重要职责。在软基加固中，粉煤灰桩方案不单单是时间短，技术要求不高，而且可以大大的节省成本，所以不少人员选择这一模式。为此，本文详细分析了粉煤灰桩的加固原理与施工要求，并介绍了业界常用的三种检测方法。针对加固施工中存在的界面沉降不一、桩裂、缩径、路基裂缝等问题，本文也给出了解决方案。
参考文献：
[1]曹刚.软土地基加固技术在高速公路中的应用[J].华东公路，2018（05）：40-42.
[2]熊发志.水泥搅拌桩施工技术在高速公路软土地基加固中的应用[J].价值工程，2016，35（16）：109-110.
[3]李素娟.强夯和强夯置换在高速公路软土地基加固中的应用[J].交通科技，2014（02）：93-95.
[4]Consolidation behavior of two fine-grained soils contaminated by glycerol and ethanol[J] . A.R. Estabragh，I. Beiytolahpour，M. Moradi，A.A. Javadi. Engineering Geology . 2014
作者簡介：
姓名：杨波，出生年：1977年，性别：男 工作单位：湖南路桥建设集团有限责任公司 籍贯，湖南长沙，技术职称：工程师，主要从事的工作：公路施工，学历：大学本科。