灌漿法在加固處理軟路基中的應(yīng)用

魏兆龍　楊永凱

摘要：該路段（長198m，寬36m～40m）工程地質(zhì)條件較差，上部地層（主要受力層）主要由雜填土（厚度1．3m～3．2m，平均2．0m）、淤泥或淤泥質(zhì)土（厚度0．4m～1．4m，平均0．64m）、粉、細(xì)砂（厚度0．6m～3．6m，平均1．8m）組成。由于雜填土結(jié)構(gòu)疏松（fk＝90kPa）、淤泥或淤泥質(zhì)土呈軟～流塑狀（fk＝50kPa）、粉、細(xì)砂飽和松散（標(biāo)貫試驗錘擊數(shù)平均6擊，fk＝100kPa），滿足不了上部荷載對路基的要求，因而導(dǎo)致路基在通車后將產(chǎn)生較大沉降。為保證該段路基的穩(wěn)定，提高地基土強(qiáng)度和變形模量，以滿足上部荷載對地基土承載力的要求，提出了對該段路基采取灌漿加固處理方案。這主要是基于雜填土孔隙大，可灌性好，灌漿后其力學(xué)強(qiáng)度、抗變形能力和均一性會有所提高，整體結(jié)構(gòu)得到加強(qiáng)；淤泥或淤泥質(zhì)土和粉、細(xì)砂通過鉆孔灌入濃漿后，使土體壓密和置換；雜填土之上已施工完的30cm厚6％水泥石屑穩(wěn)定層為良好的灌漿蓋板。

關(guān)鍵詞：灌漿；加固；路基

1灌漿加固機(jī)理

灌漿就是要讓水泥或其他漿液在周圍土體中通過滲透、充填、壓密擴(kuò)展形成漿脈。由于地層中土體的不均勻性，通過鉆孔向土層中加壓灌入一定水灰比的漿液，一方面灌漿孔向外擴(kuò)張形成圓柱狀漿體，鉆孔周圍土體被擠壓充填，緊靠漿體的土體遭受破壞和剪切，形成塑性變形區(qū)，離漿體較遠(yuǎn)的土體則發(fā)生彈性變形，鉆孔周圍土體的整個密度得到提高。另一方面隨著灌漿的進(jìn)行，土體裂縫的發(fā)展和漿液的滲透，漿液在地層中形成方向各異、厚薄不一的片狀、條狀、團(tuán)塊狀漿體，縱模交錯的漿脈隨著其凝結(jié)硬化，造成結(jié)石體與土體之間緊密而粗糙的接觸，沿灌漿管形成不規(guī)則的、直徑粗細(xì)相間的樁柱體。這種樁柱體與壓密的地基土形成復(fù)合地基，相互共同作用起到控制沉降、提高承載力的作用。

2灌漿設(shè)計

2．1灌漿標(biāo)準(zhǔn)

2．1．1強(qiáng)度控制標(biāo)準(zhǔn)

灌漿后，雜填土承載力標(biāo)準(zhǔn)值（fk）要求達(dá)到130kPa，淤泥或淤質(zhì)土fk值80kPa～100kPa，粉細(xì)砂fk值大于110kPa；復(fù)合地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值不小于130kPa。

2．1．2施工控制標(biāo)準(zhǔn)

施工控制標(biāo)準(zhǔn)是獲得最佳灌漿效果的保證。本次灌漿對象之一的雜填土，由于均一性差、孔隙變化大、理論耗漿量不定，故不單純用理論耗漿量來控制，同時還按耗漿量降低率來控制，即孔段耗漿量隨灌漿次序的增加而減少。

2．2灌漿段選擇

本次灌漿分兩個灌漿段，即第一灌漿段為雜填土范圍；第二灌漿段為淤泥或淤泥質(zhì)土和粉、細(xì)砂范圍。

2．3漿材及配方設(shè)計

漿材采用兩種配方的純水泥漿，在第一灌漿段水灰比為0．5，在第二灌漿段為0．75。若雜填土中局部孔隙較大，導(dǎo)致灌漿量過大時，采用水∶水泥∶細(xì)砂＝0．75∶1∶1的水泥砂漿灌注。

2．4漿液擴(kuò)散半徑（r）的確定

由于雜填土均一性差，其孔隙率、滲透系數(shù)變化大，因而僅用理論公式計算漿液擴(kuò)散半徑顯然不甚合理，現(xiàn)據(jù)大量的經(jīng)驗數(shù)據(jù)，暫定r值為1．5m。在現(xiàn)場進(jìn)行灌漿試驗后進(jìn)一步確定r值。

2．5灌漿孔位布置

灌漿孔采取梅花形分布，假定灌漿體的厚度b為1．66m，則灌漿孔距L＝2×（r2－b2／4）1／2＝2×1．52－1．662／4）1／2＝2．5m，最優(yōu)排距Rm＝r＋b／2＝1．5＋1．66／2＝2．33m。

2．6灌漿孔孔深

根據(jù)工勘資料，暫定孔深3．5m～6．0m，平均約4．5m，以孔底到粘性土層為準(zhǔn)。

2．7灌漿壓力

由于灌漿壓力與土的重度、強(qiáng)度、初始應(yīng)力、孔深、位置及灌漿次序等因素有關(guān)，而這些因素又難以準(zhǔn)確地確定，因而本次灌漿的壓力通過灌漿試驗來確定。現(xiàn)據(jù)有關(guān)公式計算，暫定灌漿壓力在第一、第二灌漿段灌漿時分別為0．1MPa～0．2MPa、0．3MPa～0．4MPa，在灌漿過程中根據(jù)具體情況再作適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。

2．8灌漿量

灌漿量主要與灌漿對象的體積v、土的孔隙率n和經(jīng)驗系數(shù)k值有關(guān)，據(jù)Q＝k．v．n公式，理論估算雜填土、淤泥或淤泥質(zhì)土和粉、細(xì)砂的單位吸漿量分別為0．35m3、0．28m3和0．18m3。

2．9灌漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)

在規(guī)定的灌漿壓力下，孔段吸漿量小于0．6L／min，延續(xù)30min即可結(jié)束灌漿，或孔段單位吸漿量大于理論估算值時也可結(jié)束灌漿。

3灌漿施工

3．1正式施工前準(zhǔn)備工作

正式施工前，保證設(shè)備器具和材料按時到場，著重做好灌漿試驗工作，調(diào)整灌漿壓力、漿液擴(kuò)散半徑、孔距和排距后及時將孔位放樣至實地。

3．2施工工藝

3．2．1施工順序

根據(jù)多臺機(jī)同時作業(yè)、現(xiàn)場施工條件、工程地質(zhì)條件和灌漿方法等，施工順序采取從里往外的方式進(jìn)行。

3．2．2施工程序

成孔→安放灌漿管并孔口封堵→攪漿→灌漿→待凝→成孔→安放灌漿管并孔口封堵→攪漿→灌漿→封孔。

3．2．3施工技術(shù)要點

成孔鉆頭（Φ110mm）對準(zhǔn)孔位后，采取沖擊成孔的方法鉆進(jìn)。在雜填土中鉆進(jìn)時，若孔壁不穩(wěn)，可下入導(dǎo)管護(hù)壁；當(dāng)鉆進(jìn)到淤泥或淤泥質(zhì)土和粉、細(xì)砂時，下入導(dǎo)管護(hù)壁，然后采取撈砂筒取砂成孔的方法直至下臥粘性土層。

灌漿管安放及孔口封堵灌漿管下端設(shè)置0．7m～1．0m長且下端封口的花管，花管孔徑Φ8，孔隙率15％左右；在花管外壁包扎一層軟橡皮，以防流砂涌進(jìn)花管導(dǎo)致灌漿無法進(jìn)行。當(dāng)成孔達(dá)到預(yù)定深度后，將灌漿管下到位，再用水泥袋放入孔中水穩(wěn)層底部包裹灌漿管并接觸孔壁即“架橋”，然后投入粘土分層夯實至孔口。

攪漿先往攪拌漿筒內(nèi)注入預(yù)定的水量并開動攪漿機(jī)后，再逐漸加入425＃普通硅酸鹽水泥直到預(yù)定的用量，攪拌3min～5min后將漿液通過過濾網(wǎng)流到儲漿筒內(nèi)待灌。

灌漿灌漿采用自上而下孔口封閉分段純壓式灌漿方法，即自上而下鉆完一段灌注一段，直到預(yù)定孔深為止。灌漿段的長度以雜填土和淤泥或淤泥質(zhì)土、粉、細(xì)砂厚度來確定；灌漿壓力采取二次或三次升壓法來控制，即灌漿開始采用低壓（小于0．1MPa）或自流式灌漿，對雜填土而言，當(dāng)吸漿量較大時采取間歇灌漿或用砂漿灌注，終灌時的壓力要達(dá)到設(shè)計值；灌漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)格按設(shè)計執(zhí)行。

封孔灌漿結(jié)束后及時封孔，即第二灌漿段灌漿結(jié)束過半小時后，排除孔口封堵物，再往孔內(nèi)投入砂石直到水穩(wěn)層頂面，過24h后，若漿液下沉，再補(bǔ)充水灰比0．5的漿液至水穩(wěn)層頂面。

3．4 特殊情況下的技術(shù)處理措施

在灌漿過程中，發(fā)現(xiàn)漿液冒出地表即冒漿，采取如下控制性措施：①降低灌漿壓力，同時提高漿液濃度，必要時摻砂或水玻璃；②限量灌漿，控制單位吸漿量不超過30L／min～40L／min或更小一些；③采用間歇灌漿的方法，即發(fā)現(xiàn)冒漿后就停灌，待15min左右再灌。

在灌漿過程中，當(dāng)漿液從附近其他鉆孔流出即串漿，采取如下方法處理：①加大第Ⅰ次序孔間的孔距；②在施工組織安排上，適當(dāng)延長相鄰兩個次序孔施工時間的間隔，使前一次序孔漿液基本凝固或具有一定強(qiáng)度后，再開始后一次序鉆孔，相鄰?fù)淮涡蚩撞灰谕桓叱蹄@孔中灌漿；③串漿孔若為待灌孔，采取同時并聯(lián)灌漿的方法處理，如串漿孔正在鉆孔，則停鉆封閉孔口，待灌漿完后再恢復(fù)鉆孔。

4 效果評價

經(jīng)效果檢驗分析可見，灌漿施工范圍內(nèi)的雜填土層空隙得到有效充填，淤泥或淤泥質(zhì)土受到充填、擠密和置換，粉、細(xì)砂層得到有效充填和壓密，由松砂變?yōu)槊苌?。這三種土體經(jīng)灌漿后，不同程度地得到加固，承載力明顯提高，達(dá)到了控制沉降目的。

5結(jié)語

5．1灌漿技術(shù)加固軟路基，在技術(shù)上是可行的，在施工質(zhì)量和處理效果上是好的，對其承載力和穩(wěn)定性將得到較大的提高；

5．2灌漿技術(shù)的關(guān)鍵是灌漿壓力的選擇和控制、漿材配比和灌漿工藝；

5．3灌漿參數(shù)的選擇是一個復(fù)雜的問題，只有通過現(xiàn)場試驗才能切實地確定；

5．4在城市道路軟基加固處理方面，選擇灌漿方法比其他諸如碎石樁、大開挖換填等處理方法，不但技術(shù)上可行、經(jīng)濟(jì)上合理、工期上縮短，而且極大地減少了環(huán)境污染問題。