高压旋喷桩在高压线下部公路软基处理的设计分析与应用

谢之逸，单 君，史宇宙

(浙江省数智交院科技股份有限公司，浙江 杭州 310012)

1 工程概况

104国道乐清虹桥至乐成改建工程位于浙江省乐清市。工程起于虹桥信岙西侧，与104国道虹桥过境工程连接，分别与在建的乐清湾港区疏港公路连接线、虹南大道及规划的蒲岐互通连接线相交，路线经天成街道、乐成特色工业园区，再利用规划104国道线位即六环路线位向南，走向基本与甬台温高速公路线位一致，终点位于前山村南侧，与现104国道连接，路线全长约19.5 km。

本项目在K4+950～K5+000路段下穿500 kV的高压线(如图1所示)。经现场测量，高压线最低点距离地面的净空高度为19.9 m。路基标准宽度为50.0 m。路基横断面布置为：7.0 m辅车道+1.5 m侧分带+0.5 m路缘带+11.25 m行车道+0.5 m路缘带+8.5 m中央分隔带+0.5 m路缘带+11.25 m行车道+0.5 m路缘带+1.5 m侧分带+7.0 m辅车道。

图1 道路下穿高压线平面图

2 场地地质条件及岩土参数

2.1 场地地质条件

该场地地处海积平原，地势平坦开阔。表部分布海积黏土，灰黄色，软塑，俗称硬壳层，部分路段相变为淤泥质黏土，厚约1～2 m；场地上部为全新统海积淤泥、淤泥质黏土、软～流塑状黏土等，灰色，厚约15～25 m；中部为上更新统冲湖积粉质黏土，灰黄色，可塑，一般厚约2～5 m，分布不稳定，局部缺失；其下为厚层海积黏土，灰色，软～可塑，夹冲积圆砾夹层或透镜体；下部分布冲积圆砾、海积黏土等，交相切割叠布。圆砾层一般厚2～5 m。

2.2 岩土参数

根据该项目的岩土工程勘察资料，土层主要物理力学性质参数如表1所示。

表1 土层主要物理力学性质参数表

3 路基软基处理设计

3.1 地基处理方案比选

地基处理方法比选，见表2。

表2 地基处理方法比选表

项目该处路基设计填土高度为2.8 m，路段存在工程性能欠佳的淤泥软土。天然地基承载力无法满足道路使用的要求，因此需要进行软基处理。高压线距离地面净空高度为19.9 m。为了确保施工的安全以及高压线电路的安全运行，根据《110～500 kV架空送电线路设计技术规程》[1]规定，500 kV线路最小施工安全距离为8.5 m，所以进行地基处理的机械设备选择需要考虑施工净空受限的因素。

结合项目情况和比选结果，地基处理拟选择施工设备高度较小的高压旋喷桩的软基处理方式。

3.2 高压旋喷桩设计

拟设计的高压旋喷桩采用高压喷射灌浆工艺，在平面上以正三角形布置。高压旋喷桩桩径0.6 m，拟定桩长15 m，预压期6个月。桩体每延米水泥用量不小于200 kg，水泥采用P·O 42.5普通硅酸盐水泥，水灰比宜为1.0～1.2。

(1)高压旋喷桩竖向单桩承载力计算[2]

根据《公路软土地基路堤设计规范》(DB33/T 904—2013)[3]，高压旋喷桩的单桩竖向承载力按公式(1)、(2)计算，并取其中较小值。

Ra=Up∑qsili+αqpAp

(1)

Ra=ηfcuAp

(2)

式中：Up为高压旋喷桩的周长，m；qsi为高压旋喷桩周第i层土的侧摩阻力特征值，kPa；li为高压旋喷桩长范围内第i层土的厚度，m；η为高压旋喷桩身强度折减系数；fcu为与高压旋喷桩身水泥土配比相同的室内加固土试块在标准养护条件下90 d龄期的立方体抗压强度平均值，kPa。

单桩竖向承载力计算如表3所示。

表3 单桩竖向承载力计算表

由表3得，经公式(1)和(2)计算，高压旋喷桩的单桩竖向承载力分别为285 kN和254 kN，取较小值254 kN作为高压旋喷桩的单桩竖向承载力。

根据《公路软土地基路堤设计规范》(DB33/T 904—2013)[3]，复合地基承载力特征值按式(3)计算

(3)

式中：fspk为复合地基承载力特征值，kPa；fsk为桩间土承载力特征值，可取天然地基承载力特征值，kPa；Ap为高压旋喷桩的截面面积，m2；m为复合地基置换率；β为桩间土承载力折减系数。

把高压旋喷桩的单桩竖向承载力计算结果代入式(3)中，经计算，复合地基置换率要求不小于0.164。

复合地基置换率可按式(4)计算

m=D2/(1.05d1)2

(4)

式中：D为桩身平均直径，m；d1为桩间距，m。

将复合地基置换率的计算结果代入式(4)，可计算得出桩间距应小于1.41 m。

(2)沉降计算[4]

软弱土的沉降计算针对主固结沉降可以采用分层总和法，压缩试验资料依据e-p曲线，总沉降可采用沉降系数法计算，地面平均固结度采用太沙基固结理论计算。计算不同桩间距的预压期沉降、工后沉降以及总沉降，如表4所示。

表4 多桩间距沉降值计算结果

经计算当桩间距为1.4 m时，预压期内沉降值为28.5 cm，工后沉降值为5.2 cm，总沉降值为33.7 cm。此结果满足《公路软土地基路堤设计规范》中当设计时速为80 km/h，桥梁与路基相邻路段工后沉降控制标准小于等于15 cm的要求。所以可采用桩间距1.4 m，既能满足工程要求，又能有效节约造价。

4 工程效果

高压旋喷桩试桩施工结束28 d后进行复合地基静载荷试验，根据检测频率随机抽取三处位置进行静载荷试验。检测结果见表5。

表5 复合地基承载力静载荷试验结果

根据复合地基承载力静载荷试验结果，平均复合地基承载力特征值210 kPa，满足设计不小于180 kPa的要求。根据沉降板沉降观测结果显示，在路基填筑完成后第5个月和第6个月的月沉降量分别为4.9 mm和4.8 mm，沉降趋于收敛和稳定。累计沉降量曲线图如2所示。

图2 累计沉降值-观测时间曲线图

5 结 语

本文针对高压旋喷桩在高压线下部公路的软基处理设计和应用进行了计算和分析。高压旋喷桩具有设备工作要求高度小、成桩质量好、施工噪音小、施工简便的特点。高压旋喷桩适用于施工净空受限的地基处理，可以显著提高地基承载力，减小沉降。目前道路已通车1年，下穿高压线路段的路面状况良好。高压旋喷桩的软基处理方法可为今后道路下穿高压线走廊路段的软土地基处理提供解决思路和方法。