基于側(cè)向打樁擠土及注漿加固的沉降路基修復工法

李佳坤等

摘要：根據(jù)道路沉降變形和破壞問題的工程處治需求，將水平側(cè)向打樁的擠土效應和注漿的化學加固效應有效結(jié)合，提出一種工程實用的路基沉降修復工法。通過路基側(cè)向近水平方向的打樁來擠密路基填料，使路基在豎直方向上擠高膨脹，恢復豎向沉降變形。通過在預制樁中預留壓力灌漿通道和孔洞，使注漿加固更加便利和有效，通過壓力灌漿體的化學加固效應進一步修復路基巖土體結(jié)構(gòu)的強度、剛度和穩(wěn)定性。本方法可推廣應用于路基水毀修復工程。

Abstract： According to engineering treatment requirements of the deformation and failure of subgrade settlement， the horizontal lateral piling compaction is effectively combined with the chemical reinforcement effect of grouting to put forward a kind of utility engineering subgrade settlement repair method. The roadbed filling is compacted by the subgrade lateral piling to make the subgrade crowded high and inflation in vertical direction and restore vertical subsidence deformation. By reserving pile pressure grouting channels and holes in the precast， the grouting reinforcement is more convenient and effective. The strength， stiffness and stability of the subgrade ground structure is further repaired by the chemical reinforcement effect of pressure grouting body. The method can be applied to the water damage repair engineering of subgrade.

關(guān)鍵詞：道路工程；路基沉降；路基修復；側(cè)向打樁擠土；注漿加固

Key words： road engineering；subgrade settlement；subgrade repair；lateral piling compaction；grouting reinforcement

中圖分類號：U213.1+5 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2015）28-0133-03

0 引言

特定設計等級、填料類型、壓實度、施工工藝等條件下形成的路基結(jié)構(gòu)在行車荷載和濕度、溫度、水力等多因素的耦合作用下，必然導致路基結(jié)構(gòu)的變化，道路養(yǎng)護和管理技術(shù)人員重點關(guān)注路基結(jié)構(gòu)的災變和劣化問題，路基沉降是常見的路基災變和劣化問題之一。路基沉降問題及其引發(fā)的道路破壞是道路工程領(lǐng)域研究的重要方向之一。前人針對路基沉降問題主要采用土力學相關(guān)理論進行了大量成因機制研究，但在路基沉降的控制技術(shù)研發(fā)方面的進展相對較慢，路基沉降控制的有效技術(shù)研發(fā)相對薄弱。因此本文著眼于技術(shù)研發(fā)，提出了一種聯(lián)合水平方向打樁擠土與注漿化學加固土體的路基沉降控制新思路和方法。

目前，打樁技術(shù)用于巖土工程中建筑地基和邊坡工程的處治比較普遍，主要以豎向打樁為主，在道路工程路基變形處治方面，較少使用打樁修復，尚未見水平側(cè)向打樁修復路基沉降的技術(shù)介紹。當前的路基注漿技術(shù)在路基填料壓實度大于80%時，注漿有效性降低，極易形成局部區(qū)域注漿困難、注漿不充分、漏灌等問題。為解決上述方法的不足，將側(cè)向打樁與注漿技術(shù)互補是本文所做的有益探索性工作，通過打樁提高注漿的均勻性和有效性，通過注漿實現(xiàn)樁體的補強。

1 路基沉降問題及成因分析

路基是按照公路或鐵路路線位置和一定技術(shù)要求修筑的作為路面或軌道基礎的線形帶狀構(gòu)造物，是公路和鐵路的基礎，路基是用土或石料修筑而成的線形結(jié)構(gòu)物。路基應修筑在良好的地質(zhì)、水文和氣候條件下，以減少路基沉降等病害的發(fā)生。從材料上分，路基可分為土質(zhì)路基，石質(zhì)路基，土石混填路基三種。根據(jù)填方和挖方情況，路基可分為路堤、路塹、半填半挖路基和零填路基，填方路基（特別是高填方路基）是沉降的易發(fā)路段，因此本文主要針對填方路堤開展沉降處治技術(shù)研發(fā)。路基在交通荷載和環(huán)境因素的長期共同作用下會產(chǎn)生累積沉降變形，從而給交通運輸帶來安全隱患。目前，由于沉降問題引起的路基病害較為普遍，很多已建和在建道路不同程度地出現(xiàn)了早期破壞，導致在道路建設及管養(yǎng)期間花費大量的人力和財力進行處治，沉降變形的處治技術(shù)一直是交通運輸部門迫切需要解決的關(guān)鍵技術(shù)，路基沉降問題一直為工程界所關(guān)注[1]。

路基沉降指道路（公路、鐵路等）的基礎由于受到外界的力（地震、施工振動、車輛荷載、滲透力等）或是自身的重力作用而下沉的現(xiàn)象。路基若存在壓實度不足、水的浸泡軟化等問題，在路面交通荷載作用一段時間后，路基將發(fā)生沉陷（沉降）。路基沉降量可觀測出來，路基沉降嚴重影響交通安全，道路需要進行監(jiān)控量測。

道路路基由于填料不均勻、填料不良、填料壓實不充分、含水量過高、地震、施工振動、車輛荷載、滲透力、自重等因素的耦合作用而劣化，發(fā)生沉降變形是道路路基的常見病害之一。路基沉降過大必然導致公路路面和鐵路軌道的變形破壞，危及道路交通安全。因此，有效處治路基的沉降問題，對于保障交通運輸安全具有重要現(xiàn)實意義。

2 沉降路基修復技術(shù)現(xiàn)狀

當前，很多技術(shù)可應用于路基沉降處治，包括塑料排水板聯(lián)合堆載、真空預壓排水固結(jié)法、砂樁散體材料樁復合地基、水泥土攪拌樁法、CFG樁、預應力混凝土管樁樁網(wǎng)結(jié)構(gòu)、樁筏結(jié)構(gòu)、鋼筋混凝土樁樁板結(jié)構(gòu)、長板—短樁工法等[1]。本文，將水平側(cè)向打樁的擠土效應和注漿加固有效結(jié)合。通過側(cè)向近水平方向的打樁擠密路基填料，使路基在豎直方向上擠高，恢復沉降變形。通過在預制樁中預留壓力灌漿通道和孔洞，使注漿加固更加便利和有效。通過化學注漿體的凝結(jié)固化作用恢復、補強路基強度等物理力學參數(shù)。

目前，國內(nèi)外部分學者和工程技術(shù)人員已開展路基注漿加固的理論和技術(shù)研究，雖然注漿對提高路基強度有一定的效果，但是當路基填土體的壓實度大于80%時，注漿便不能有效進行，極易形成局部區(qū)域注漿困難、注漿不充分、漏灌等問題[2]。目前，通過樁的手段加固巖土體，多用于建筑物地基的處治，而且主要是豎直方向打樁。道路路基變形處治方面，較少使用打樁修復的方法，并且未見水平側(cè)向打樁修復路基沉降的工法。本文所述工法可用于道路水毀沉降路基修復，可解決現(xiàn)有注漿加固法易形成局部漏灌區(qū)等問題，提高沉降路基修復的效果。

3 基于側(cè)向打樁擠土及注漿加固的沉降路基修復工法

3.1 技術(shù)概要

路基修復指通過工程技術(shù)恢復路基的強度、剛度和穩(wěn)定性，恢復路基的設計標高、寬度等幾何尺寸。通過修復技術(shù)使發(fā)生劣化、病變的路基恢復健康狀態(tài)，達到維持交通暢通和保障道路地質(zhì)安全的目的，路基修復是道路巖土減災的重要方面。

本技術(shù)通過在路基沉降路段側(cè)面近水平方向打入預制樁，擠土加固路基，豎直方向擠高路基填料，恢復豎直方向的下沉。打入的預制樁中預留注漿的管道和孔洞。在沉降路基側(cè)面打入預制樁后，使用壓力注漿機灌入化學漿液到路基填料中。漿液固化，加固路基。將水平側(cè)向打樁的擠土效應和注漿加固有效結(jié)合，實現(xiàn)沉降路基修復與補強的目的。

3.2 技術(shù)方案

第一步，預制帶注漿通道和孔洞的鋼管樁或鋼筋混凝土樁。預制樁與路基的縱向垂直且水平設置，預制樁為圓筒狀、前端設圓錐狀的樁頭，減小樁端和樁側(cè)貫入阻力，使打入預制樁更加快速。預制樁表面均布開有多個孔洞，且捶擊預制樁的一端留有灌注漿體的開口。預制樁內(nèi)可灌注化學漿體用于路基巖土體的化學加固。

第二步，路基側(cè)面從下往上逐排錯位打入近水平角度的預制樁，擠密和擠高沉降路基的填料，修復沉降變形。在路基的縱剖面中，預制樁形成水平排列的多行，相鄰上下兩行之間交錯設置，形成多個三角形結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)方式使后續(xù)灌漿更均勻，漿體凝固后預制樁對整個路基的支撐更加牢固。通過在路基填土體的側(cè)向打入近水平方向的預制樁實現(xiàn)擠土修復路基尺寸變形的目的。打入樁等效于使路基填土體的固相土粒體積及重量增加，樁的側(cè)向擠密作用必然使路基空隙或孔隙中氣相空氣和液相水分的比例相對降低。因此，側(cè)向打樁擠入路基在力學效應方面等效于在路基填土表面施加壓實荷載，完全可以達到擠壓、密實路基填土體，有效強化路基的根本目的。通過路基側(cè)面打入接近水平方向的預制樁，擠密路基填料，減少路基中空氣和水份占據(jù)的空隙或孔隙，提高路基的密實程度。根據(jù)泊松效應，側(cè)向水平方向打入預制樁，可以在豎向上擠高路基填料，達到恢復路基沉降的目的，使路基標高達到沉降前的設計標高。通過在預制樁中預留注漿管道和孔洞，為下一步壓力灌漿提供通道。綜合側(cè)向打樁擠土效應和壓力注漿的作用，實現(xiàn)沉降路基強度和變形的修復，保障路基穩(wěn)定性。

第三步，壓力注入化學漿體，化學漿體凝固，進一步加固沉降路基的填料，修復路基強度、恢復路基穩(wěn)定性。利用液壓或氣壓通過管道把能凝固的漿液壓入預制樁中預設的孔道，對沉降變形路基的需加固部位，用壓漿機高壓注入漿液，水泥漿或化學漿液以預制樁形成的三角形結(jié)構(gòu)為骨架、均勻地滲入路基填料結(jié)構(gòu)層中，漿料以滲透、填充和擠密等方式，驅(qū)走路基填土顆粒間的空氣和水分后，填充土顆粒間的空隙和孔隙，經(jīng)過一定的時間后，漿液將原來松散的路基土粒膠結(jié)成一個整體，樁與樁周土體膠結(jié)物聯(lián)合，從而使路基得到加固，減少工后沉降和路基工作過程中的沉降。

第四步，完成上述步驟后對路基進行養(yǎng)護，形成高強度的路基結(jié)構(gòu)。

4 工法的可行性論證

參考Collines（2008）文獻中介紹的路基側(cè)坡加固方法（圖1），可保障路基側(cè)向錘樁的可行性[3]。根據(jù)泊松效應、巖土材料的剪脹性和壓硬性，可論證水平樁擠土恢復路基填料豎向沉降、打樁補強路基的可行性。文獻[2]量化建立的填土打樁側(cè)向壓實機理可作為路基側(cè)向錘樁擠土壓實效應的理論依據(jù)。文獻[4]、[5]中的工程實例及介紹的壓力注漿工藝流程證實了在預制帶孔洞樁中壓力注漿來修復、補強加固沉降路基結(jié)構(gòu)的可行性。綜上，本文所提出的新方法具有一定的工程可行性。

5 結(jié)語

本文提供了一種可推廣應用于路基水毀修復工程的路基修復結(jié)構(gòu)及方法，首先打樁擠土，通過路基側(cè)面打入接近水平方向的預制樁，擠密路基填料，減少路基中空氣和水份占據(jù)的空隙或孔隙，提高路基的密實程度。側(cè)向水平方向打入預制樁，可以在豎直方向擠高路基填料，達到恢復路基沉降變形的目的，使路基標高達到沉降前的設計標高。通過在預制樁中預留注漿管道和孔洞，為壓力灌漿提供通道，通過壓力灌漿體的化學加固效應進一步修復路基巖土體結(jié)構(gòu)的強度、剛度和穩(wěn)定性。綜合側(cè)向打樁擠土效應和壓力注漿加固的作用，實現(xiàn)沉降路基強度和變形的修復，保障路基的穩(wěn)定性。

參考文獻：

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