論某高速公路路基失穩(wěn)段鋼管注漿

崔 玉 成

(山西晉城路橋有限公司，山西 晉城 048000)

論某高速公路路基失穩(wěn)段鋼管注漿

崔 玉 成

(山西晉城路橋有限公司，山西 晉城 048000)

結(jié)合某高速公路路基失穩(wěn)鋼管注漿的工程實例，依據(jù)該路段滑坡路基現(xiàn)狀及工程地質(zhì)特征，確定了注漿處治范圍及設計方案，并對其注漿施工設計要點進行了詳細分析，經(jīng)實踐表明該路段鋼管注漿處治效果良好。

路基，滑坡，穩(wěn)定性，鋼管注漿，高速公路

1 工程概況

某高速公路K1003+532～K1003+590段右幅路基(由早期松散滑體組成)在雨季內(nèi)因雨水滲入致使早期滑體發(fā)生蠕動和沉降變形，造成路基表面及路堤坡腳范圍形成多條環(huán)狀裂縫和沉陷，對駛?cè)肼范诬囕v構(gòu)成了較大的安全隱患。

針對本段路基的病害特征和具體范圍，結(jié)合施工期間的勘察資料，管理單位會同原設計單位確定采用一系列工程措施進行應急維修加固，其中包括對局部沉降較嚴重的松散滑體路基范圍進行鋼管注漿加固，使反復發(fā)生沉陷的松散滑體內(nèi)孔隙減少，以便控制路基沉降量，并快速修補路面范圍已形成的沉陷，恢復和增強本段路基的整體強度，確保過往司乘人員人身財產(chǎn)安全。

2 滑坡路基現(xiàn)狀及工程地質(zhì)要素

1)滑坡路基變形現(xiàn)狀。

根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查，本段路基當前在超車道、行車道及硬路肩范圍內(nèi)分別形成了兩條連續(xù)貫通的環(huán)狀裂縫，沿路線前進方向長約60 m，其中內(nèi)側(cè)裂縫主要分布于行車道內(nèi)，最寬處近10 cm；外側(cè)裂縫主要分布于超車道內(nèi)，最寬處近7 cm；硬路肩前期沉陷較明顯；路緣波形護欄可見沉降變形引起的彎曲，向路外位移量相對較??；此外，路堤坡腳排水溝發(fā)生輕重不等的沉陷和裂縫，造成排水溝內(nèi)的地表集水沿沉降裂縫滲入坡體內(nèi)，更加劇了局部路堤坡腳的沉陷變形。本段路面右側(cè)沉陷量較大，曾采用加鋪瀝青面層整平應急維修處治。

2)滑坡路基工程地質(zhì)特征。

地形地貌：路基地處大型山間溝谷南側(cè)的坡腰部，原自然坡體為黃土覆蓋的基巖中陡坡～中緩坡，以中陡坡為主。本段右幅路基為填方，填土高度約7 m～12 m，路堤坡腳邊溝右側(cè)為棄土料場，曾經(jīng)寬度約60 m～80 m，后部分卸載，當前寬度均約50 m，外側(cè)設置擋土墻。

前期勘察資料將填土確定為工程期堆積土滑坡，滑面為自然坡面；另將土石界面確定為本坡體的潛在滑面。

水文地質(zhì)：根據(jù)勘察報告，坡體內(nèi)在工程期間存在地下水，勘察鉆孔孔內(nèi)水位在7 m～24 m之間；當前坡體外側(cè)未見地下水溢流排泄點，有待進一步查明驗證。

3)路基穩(wěn)定性分析評價。

目前路基范圍變形和裂縫分布與施工期基本一致，為原裂縫附近的新近追蹤裂縫；路基范圍的水平位移較小，垂直位移相對較大；路堤坡腳排水溝以沉陷為主；抗滑樁外側(cè)拉張裂縫較寬，根據(jù)監(jiān)測抗滑樁樁體未見明顯位移，初步判斷抗滑樁支擋效應未受影響。

根據(jù)以上幾種情況，當前堆積土滑坡路基為抗滑樁內(nèi)側(cè)的滑體沉降變形，原因為滑體相對較為松散，且地表排水可能大量滲入，路堤側(cè)緣應力重新分布后，路基范圍的滑體再次發(fā)生沉陷，并追蹤原裂縫拉裂；路堤坡腳地表集水大量入滲，坡腳部分失穩(wěn)沉陷，致使路基再次發(fā)生變形。根據(jù)當前路基現(xiàn)狀，滑坡段路基邊緣沉陷拉裂仍將持續(xù)，故穩(wěn)定性差。

3 注漿處治范圍及方案設計

1)注漿施工方法與目的。

鋼管注漿方法為通過地上壓力泵將預先攪拌好的漿液經(jīng)鉆孔內(nèi)投入的鋼管(花管)輸送至發(fā)生沉陷的地基中，使水泥漿壓入地基土的空隙或空洞內(nèi)，并在一定壓力下逐漸擴散和不斷填充、擠壓到地基土內(nèi)的原始空隙或水蝕空洞內(nèi)，充分完全地填充到鋼管(樁)體間周平面及縱深范圍內(nèi)形成叉網(wǎng)狀凝固體，并使塌陷地基內(nèi)形成巖土體與水泥漿的復合型結(jié)石體樁或復合型巖土體，增強了土的密實度和壓縮模量，擴大了應力場，提高了承載能力，從而大大減少了最終沉降，同時鋼管注漿增加了地基的抗剪性，使地基大大減少縱向或橫向的剪切變形。

鋼管注漿目的為通過水泥漿的注入填充巖土體內(nèi)的孔隙和裂隙，縮小引起沉降的體積空間，并固結(jié)巖土體，從而達到控制目的層沉降量。

2)注漿處治范圍及鉆孔工程量設計、施工工期安排。

處治范圍由高速公路養(yǎng)護部門采用調(diào)查、踏勘及測繪等綜合手段確定，具體處治范圍為路面K1003+532～K1003+590段的硬路肩和半幅行車道內(nèi)的環(huán)狀裂縫范圍路基(見表1)。

表1 注漿處治范圍及鉆孔工程量設計表

4 注漿施工設計

1)注漿孔及布設。

依據(jù)地基的地質(zhì)組成條件，上述范圍單排注漿孔間距均確定為1.5 m，注漿孔排距也確定為1.5 m，布設形式為“梅花形”，孔深根據(jù)滑體厚度確定，注漿孔底端控制深度為滑面下約2.0 m。注漿孔的孔徑要求大于90 mm，本次施工孔徑為110 mm，注漿鋼管投入前需在車間加工為泄?jié){孔為φ15的十字花管。封孔過程保證注漿管堵頭低于現(xiàn)有路面下5 cm以上，保證后期路面銑刨機正常修補水毀段路面。

2)注漿加固施工順序。

本段路基鋼管注漿施工分兩期進行，前期施工范圍為路堤坡腳的第1，2排注漿孔，后期注漿施工范圍為路面之上第3～第6排注漿孔，前期注漿孔鉆探結(jié)束后可進行路面注漿孔的鉆探施工，但不得在路堤注漿未結(jié)束穩(wěn)定前進行路面注漿施工，即上下范圍的注漿施工作業(yè)不得交叉，且路堤注漿孔注漿結(jié)束后，經(jīng)觀測坡體無穩(wěn)定性異常后方可進行路面注漿孔注漿施工。

3)注漿材料、漿液配比與計量。

本次注漿漿液采用純水泥漿，水灰比為1∶1，注漿材料選用P.S.A32.5礦渣硅酸鹽水泥，注漿管選用φ50 mm直縫鋼質(zhì)焊管，管壁厚2 mm；制漿水源抽取養(yǎng)護工區(qū)自備井內(nèi)地下水，并備100 kg的水玻璃。注漿用水泥量按袋計量(每袋50 kg)，注漿用水計量通過事先計算好的每罐水泥漿的配水量，在各攪拌罐內(nèi)設明顯水量標記，待每次全部放漿后，首先加清水至罐內(nèi)水量標記處，再往罐內(nèi)按袋添加水泥。注漿材料需滿足設計要求，不得使用受潮、結(jié)塊或超過保質(zhì)期的水泥，材料進場驗收嚴格執(zhí)行材料使用標準和相關要求。注漿孔終壓要求不小于2.0 MPa。

5 注漿施工組織

5.1 施工組織工序

本次施工為運營期的注漿施工，要求通行不中斷不改幅，施工進場前首先需進行交通管制，其次再依次完成注漿孔的鉆探成孔、注漿鋼管的投入、對口焊接或螺口連接、注漿孔的孔口封閉、漿液加壓注入等多個工序。

1)交通管制。

施工期設備及人員進場前需對施工占用的車道按路政管理要求進行封閉，并在施工前全過程組織好交通管制。

2)注漿孔成孔。

本課題組采用超高效液相色譜-三重四級桿串聯(lián)質(zhì)譜法測定了枸杞子藥材樣品中12種有機酸類成分的含量，由試驗結(jié)果可知，不同批次的枸杞子藥材樣品中總有機酸和12種有機酸類成分含量差異較大。推測其原因除了品種這一遺傳因素外，不同產(chǎn)區(qū)的地理條件、土壤成分、氣候特征、光照強度等生態(tài)因子也極大地影響了相關有機酸成分的積累[13-14]。

鉆機進入施工現(xiàn)場前按要求布設好注漿孔，鉆機就位后按順序進行施工。

3)注漿管的加入投入。

注漿管為直縫鋼質(zhì)焊管，單管長6 m，注漿管間采用螺口連接，注漿管泄?jié){孔采用鉆床在車間加工，注漿孔成孔后人工將注漿管投入注漿孔內(nèi)。

4)封孔。

封孔人員采用水泥漿封堵，封孔深度需超50 cm，并按照封孔要求施工。

5)報檢。

注漿孔施工完畢后，在注漿前及時報檢，符合設計要求后進入注漿工序，孔深不符合要求時，應返工并再次報檢后進入注漿工序。

6)保壓終檢。

確保注漿壓力是本次注漿施工的重點，水泥漿通過高壓泥漿泵注入，注漿管路與孔內(nèi)注漿管的連接采用鋼質(zhì)絲扣活動鏈接，保證注漿壓力傳遞至注漿目的層(路基范圍)，注漿過程應連續(xù)注入，單孔注漿間斷時間不得超過12 h，最終打壓必須超過設計的壓力下限，在注漿過程中對可達到設計壓力下限的注漿孔及時逐一進行打壓終檢。

7)施工過程需對堆放材料進行有效遮蓋，對鉆孔產(chǎn)生的巖芯和巖粉進行適當?shù)墓芸?，反復及時清掃處理，最大限度的確保注漿施工現(xiàn)場環(huán)境整潔。

5.2 注漿施工要點

本次施工過程中的注漿環(huán)節(jié)為最重要的環(huán)節(jié)，注漿過程中首先要求對每個注漿孔進行檢查，對注漿管與鉆孔間的孔口進行有效封堵，并在管頭位置使用堵頭螺口連接密封，防止注漿過程中漏氣溢漿，減輕注漿過程中孔口冒漿漏漿程度；在注漿過程中漿液應連續(xù)注入，單孔注漿未注滿，壓力未滿足要求情況下，中間停歇時間均未超過12 h。注漿結(jié)束保證每個注漿孔內(nèi)均達到2.0 MPa以上的注漿壓力是注漿效果的最重要標志，注漿過程中對已注滿的注漿孔隨時進行自檢打壓、報檢驗收后封堵，對相鄰的注漿孔出現(xiàn)溢冒漿的注漿孔及時檢查溢漿原因，并同時封堵也可防止雜物進入注漿管，影響注漿作業(yè)質(zhì)量。

5.3 開放交通的安排

由于注漿過程中向土質(zhì)路床內(nèi)同時注入了大量的水泥和水分，土質(zhì)路床短期內(nèi)仍較濕軟，注入的水泥也需要凝結(jié)并硬化達到較大的強度。為減少注漿段地基變形，注漿后14 d內(nèi)盡可能限制通行，使路床內(nèi)水分的蒸發(fā)消散和水泥硬化有足夠的時間，以保證注漿加固效果的后期發(fā)揮。

6 注漿施工對路基穩(wěn)定性的影響評估

注漿施工對路基穩(wěn)定性的影響表現(xiàn)為利弊兩方面，利在于通過注漿，減少垂直沉降的巖土體孔隙，密實固結(jié)路基填土層，最終控制路面和路基沉陷；弊在于注漿一方面加載了路基自重，同時注漿使路基填土的含水量增加，軟化了前期的滑面附近的滑帶土，增加了路基的不穩(wěn)定因素。當然，注漿過程和注漿結(jié)束后，由于漿液的集中注入，路基在短期內(nèi)穩(wěn)定性系數(shù)將可能減少，而伴隨注漿結(jié)束后漿液的凝固，填土內(nèi)水分的自然蒸發(fā)耗散，路基穩(wěn)定性將會重新增加或大幅恢復。因此注漿范圍路基穩(wěn)定性在注漿期結(jié)束后的時間段可能將是路基穩(wěn)定性系數(shù)最小的時期，必須嚴加觀測。注漿過程應盡可能控制單日注漿量，并延長注漿作業(yè)的時間，使路基土內(nèi)水分的自然蒸發(fā)耗散與注入的水量保持相當，同時增加凝結(jié)時間，提高路基的穩(wěn)定性。

根據(jù)前期滑坡的勘察資料，對注漿后路基穩(wěn)定性進行了粗略驗算，以K1003+570為計算斷面，注漿前1 m寬(橫斷面)滑塊單位重6 200 kN，注漿加載重量為250 kN(填方以粘性土為主，每米注漿量按0.5 m3計算)，滑帶土C，φ參考飽和土指標(C=11 kPa，φ=6)加載前安全系數(shù)Fs=1.3時，抗滑樁前端剩余下滑力F=2 329 kN；加載后安全系數(shù)Fs=1.3維持不變，抗滑樁前端剩余下滑力F=2 458 kN；下滑力增量為ΔF=129 kN，僅增加約6%；在維持抗滑樁支擋效應不變，剩余下滑力不變情況下，安全系數(shù)降為Fs=1.25(勘察報告中按C=12 kPa，φ=8計算)。

根據(jù)以上簡易分析計算，滑坡穩(wěn)定性因注漿加載及滑帶土軟化后，推力變化不大，安全系數(shù)降低也較小，仍將維持Fs=1.25，因此注漿對滑坡穩(wěn)定影響相對較輕，但仍需要加強注漿過程的坡體穩(wěn)定監(jiān)測和對單日注漿量管控。

7 鋼管注漿處治效果評價

本路段采用鋼管注漿處治后，重新鋪設瀝青面層，至今已經(jīng)歷一個雨季，目前路基整體穩(wěn)定，路面平整，未見裂縫。

Discussion on steel tube grouting in instability section of a highway roadbed

Cui Yucheng

(ShanxiJinchengRoad&BridgeLimitedCompany,Jincheng048000,China)

Combining with the construction practice of instability steel tube grouting of a highway roadbed, according to the landslide roadbed situation and engineering geological characteristics of this sections, determined the grouting treatment scope and design scheme, and analyzed in detail its grouting construction and design key points, through the practice proved that the sections steel tube grouting had good treatment effect.

roadbed, landslide, stability, steel pipe grouting, highway

2015-01-28

崔玉成(1972- )，男，工程師

1009-6825(2015)10-0140-03

U416.1

A