鋼花管注漿加固在高速公路邊坡?lián)鯄Σ『Ψ乐沃械膽?yīng)用研究

王華俊，徐洪科，董理金

(1.浙江省工程勘察院，寧波 　315012；2.浙江寧波甬臺(tái)溫高速公路有限公司，寧波　315040)

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鋼花管注漿加固在高速公路邊坡?lián)鯄Σ『Ψ乐沃械膽?yīng)用研究

王華俊1，徐洪科2，董理金1

(1.浙江省工程勘察院，寧波 315012；2.浙江寧波甬臺(tái)溫高速公路有限公司，寧波315040)

高速公路建設(shè)期間，擋墻作為邊坡加固方式之一得到了普遍應(yīng)用，但隨著高速公路運(yùn)營(yíng)時(shí)間增長(zhǎng)，由于前期設(shè)計(jì)、施工、養(yǎng)護(hù)等原因，邊坡?lián)鯄Σ『Σ粩嘣龆?，其安全?wèn)題成為了公路運(yùn)營(yíng)過(guò)程中亟待解決的難題。鋼花管注漿加固能夠起到加固巖土體、增強(qiáng)抗滑能力，而嵌入地層的鋼花管又能起到錨固樁作用，是較好的邊坡病害處治方法，但目前在運(yùn)營(yíng)高速公路擋墻病害防治中的研究應(yīng)用相對(duì)較少。文章以浙江省某高速公路K298邊坡?lián)鯄槔?，根?jù)邊坡的地質(zhì)條件及擋墻病害情況采用鋼花管注漿加固，并確定了合理的注漿壓力、擴(kuò)散半徑及注漿孔間距。工程實(shí)踐結(jié)果表明該方法是一種經(jīng)濟(jì)適用、施工簡(jiǎn)便的擋墻病害處治措施。

邊坡?lián)鯄?；鋼花管；注漿加固；注漿壓力；擴(kuò)散半徑

邊坡病害防治中，可以向巖土體中注漿以固結(jié)巖土體，使其成為強(qiáng)度和穩(wěn)定性高的新結(jié)構(gòu)體，改善巖土體的物理力學(xué)性質(zhì)，而達(dá)到自穩(wěn)的能力。目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)鋼花管注漿加固邊坡進(jìn)行了較系統(tǒng)的研究和應(yīng)用[1-9]，許多工程實(shí)踐表明其能夠起到抗滑阻擋，提高邊坡的整體穩(wěn)定性。鋼花管注漿加固有著施工工藝簡(jiǎn)單、工期短、無(wú)需大開(kāi)挖、加固效果良好、成本較低等特點(diǎn)，其在邊坡治理中也得到不斷地應(yīng)用。在實(shí)際工程中主要以經(jīng)驗(yàn)為主，合理確定注漿壓力、擴(kuò)散半徑及注漿孔間距是治理成敗的關(guān)鍵。

浙江某高速公路雖然在公路施工期間對(duì)邊坡進(jìn)行了治理，但由于地形地貌、地質(zhì)條件的差異性較大,以及氣象水文特征的影響，決定了沿線邊坡巖土工程問(wèn)題的復(fù)雜性。隨著高速公路運(yùn)營(yíng)時(shí)間增長(zhǎng)，K298公路邊坡?lián)鯄Τ霈F(xiàn)了較嚴(yán)重的鼓脹開(kāi)裂等病害，在采用鋼花管注漿加固后，取得了較理想的效果，為今后工程技術(shù)人員在類(lèi)似工程中使用這種加固技術(shù)提供了很好的借鑒。

1　注漿壓力及擴(kuò)散半徑的確定

1.1注漿壓力的確定[10]

注漿加固的成功與否取決于注漿壓力的控制。地層容許注漿壓力一般與巖(土)層的物理力學(xué)指標(biāo)、地質(zhì)條件有關(guān)，與注漿孔段位置、埋深、注漿材料、工藝等也有一定的關(guān)系。

注漿壓力的確定可以通過(guò)注漿試驗(yàn)確定，如圖1所示為注漿試驗(yàn)獲得的注漿壓力與注漿量的關(guān)系曲線。從圖1的曲線上可以看出，當(dāng)注漿壓力達(dá)到某一值Pf時(shí)，注漿量突然增大，這表明在注漿壓力為Pf時(shí)，地層結(jié)構(gòu)發(fā)生破壞后孔隙尺寸已被擴(kuò)大，因而可以把Pf作為地層的容許注漿壓力值。

當(dāng)缺乏試驗(yàn)資料，或在進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)灌漿試驗(yàn)前確定一個(gè)試驗(yàn)壓力時(shí)，可參照類(lèi)似工程的經(jīng)驗(yàn)和有關(guān)公式初步擬出，再在工程實(shí)施中，根據(jù)具體情況再作適當(dāng)?shù)卣{(diào)整。

容許壓力公式：

(1)

式中，P為容許注漿壓力(100 kPa)；C為與注漿期次有關(guān)的系數(shù)，第一期孔C=1，第二期孔C=1.25，第三期孔C=1.5；H為覆蓋層厚度(m)；K為與注漿方式有關(guān)的系數(shù)，自上而下灌漿時(shí)K=0.8，自下而上灌漿時(shí)K=0.6；λ為與地層性質(zhì)有關(guān)的系數(shù)，可在0.5～1.5之間選取，結(jié)構(gòu)松、滲透性強(qiáng)的取低值，反之取高值；h為地面至注漿段的深度(m)；β為系數(shù)，在1～3范圍內(nèi)取值；γ為覆蓋層的重度(kN/m3)。

圖1注漿試驗(yàn)曲線

1.2注漿擴(kuò)散半徑的確定

擴(kuò)散半徑是以鉆孔中心為原點(diǎn)的漿液充填范圍。

注漿擴(kuò)散半徑的確定對(duì)注漿加固的工程量、費(fèi)用和注漿效果都有著重要的意義。注漿擴(kuò)散半徑的確定主要有兩種方法：一是，按照理論公式進(jìn)行計(jì)算，由于漿液在裂隙中的擴(kuò)散實(shí)際上是不規(guī)則的，所以從理論上計(jì)算擴(kuò)散半徑與實(shí)際存在一定的差異，但對(duì)注漿加固設(shè)計(jì)仍具有參考價(jià)值；二是，現(xiàn)場(chǎng)注漿試驗(yàn)確定，通過(guò)對(duì)觀測(cè)孔進(jìn)行壓水試驗(yàn)和沖漿觀測(cè)確定出注漿擴(kuò)散半徑。

在沒(méi)有試驗(yàn)資料時(shí)，可按土體滲透系數(shù)參照表1取值確定。

表1　按滲透系數(shù)選擇注漿擴(kuò)散半徑

滲透系數(shù)是反映巖土體透水能力的參數(shù)，對(duì)于礫巖和砂土等材料，其值較大，對(duì)于黏土和泥巖而言，滲透系數(shù)相對(duì)較小。在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，如果缺乏滲透系數(shù)的實(shí)測(cè)值，則可以根據(jù)巖土體的類(lèi)型來(lái)進(jìn)行估計(jì)，表2列出了常見(jiàn)的不同巖土體的滲透系數(shù)。

表2　不同巖土體的滲透系數(shù)

2　工程實(shí)例

2.1工程概況

浙江某高速公路K298邊坡開(kāi)挖高度約13 m，坡向約50°，坡腳設(shè)置高約4 m的漿砌塊石擋土墻，坡面采用漿砌片石護(hù)面墻防護(hù)，坡率1∶0.75；邊坡后緣為自然斜坡，坡度約30°，植被發(fā)育。

2013年公路管理人員例行檢查時(shí)，發(fā)現(xiàn)擋土墻出現(xiàn)了大面積擠脹松動(dòng)、墻面勾縫及砌體砂漿脫落開(kāi)裂現(xiàn)象；在擋土墻頂發(fā)現(xiàn)有沿邊坡走向的裂縫，長(zhǎng)約60 m，裂縫寬度1～5 cm，呈中間寬兩端漸變窄，明顯貫通的紡錘形；在二級(jí)邊坡坡面發(fā)現(xiàn)坡面有局部隆起現(xiàn)象，且護(hù)面墻勾縫脫落塊石松動(dòng)。現(xiàn)狀調(diào)查發(fā)現(xiàn)該路塹邊坡后緣無(wú)明顯地表裂縫發(fā)育。

2.2地形地貌

該路塹邊坡場(chǎng)地屬構(gòu)造剝蝕低山丘陵地貌類(lèi)型。丘陵區(qū)植被較發(fā)育，地形起伏大，山體自然坡度山脊線以東一般20°～40°，坡體上陡下緩，山體自然坡度山脊線以西一般35°～55°，山脊處普遍存在陡崖。

2.3地層巖性

(1) 前第四系

主要為上白堊統(tǒng)紫紅色含礫砂巖或礫巖，上部為紫灰色角礫凝灰?guī)r，且區(qū)內(nèi)巖漿活動(dòng)強(qiáng)烈，邊坡區(qū)巖脈多見(jiàn)。巖性主要為斜長(zhǎng)霏細(xì)斑巖和安山玢巖巖脈。其中中-微風(fēng)化巖體主要為較軟-較硬巖。強(qiáng)風(fēng)化巖體呈暗紅色，中-微風(fēng)化則呈紫紅色。

(2) 第四系

主要為殘坡積土層和風(fēng)化松動(dòng)破碎巖體，近坡腳處厚度較大，在邊坡區(qū)域一般11.6～12.7 m，沿山坡自坡腳向上漸變薄，山頂處缺失，基巖出露。根據(jù)其巖性特征，可將其分為混礫砂粉質(zhì)黏土和含黏性土塊石二層。

2.4邊坡病害原因分析

(1) 僅坡腳處設(shè)置一道擋土墻，且擋土墻基礎(chǔ)位于殘坡積土層中，土質(zhì)松散，穩(wěn)定性相對(duì)較差，擋土墻抗滑能力有限。

(2) 擋土墻未設(shè)置排水孔，不能有效地排出墻后地下水。

(3) 后緣截水溝與護(hù)面墻壓頂之間形成的集水區(qū)域，普遍無(wú)良好排水路徑，地表水易下滲坡體，增加土體重量，降低土體的強(qiáng)度，土壓力增大，最終導(dǎo)致墻體變形開(kāi)裂。

3　處治方案

注漿鋼花管具有[11,12]：① 支擋作用：鋼花管與注漿體共同構(gòu)成一個(gè)微型樁，穿過(guò)滑動(dòng)面嵌入穩(wěn)定巖土層構(gòu)成錨固樁，起到支擋滑體的作用。② 增阻作用：漿液凝固時(shí)具有黏聚性，使得滑坡體與滑床黏聚形成一個(gè)整體，改善滑帶土的物理力學(xué)性質(zhì)，增大摩阻力，從而提高滑面(帶)處巖土體的增阻作用。③ 抗滑作用：增強(qiáng)了鋼花管周?chē)鷰r土體的強(qiáng)度，提高了巖土體的側(cè)向承載力；注漿加固鋼花管周?chē)幕w、滑帶土以及滑床下的穩(wěn)定巖土體，使加固體與鋼花管樁形成一個(gè)整體，起到共同抗滑作用。

由勘察情況可知，該邊坡在臨近公路的中下部殘坡積土層處于蠕動(dòng)變形階段，尚未形成明顯的滑移軟弱面，滑動(dòng)面不明顯，但有滑坡破壞的發(fā)展趨勢(shì)，且邊坡變形破壞模式為牽引式。因此，可以在邊坡前緣采用鋼花管注漿加固擋土墻，穩(wěn)固坡腳，從而提高該邊坡的整體穩(wěn)定性。

根據(jù)擋土墻病害原因及地質(zhì)情況，該邊坡最終采用鋼花管注漿加固擋土墻結(jié)合仰斜式排水孔進(jìn)行處治，治理剖面如圖2所示。

圖2　邊坡治理剖面圖

在一級(jí)擋土墻墻角處布設(shè)一排注漿孔，對(duì)擋土墻地基進(jìn)行注漿加固，注漿孔內(nèi)設(shè)置鋼花管，如圖3所示。鋼花管采用無(wú)縫鋼管，主要設(shè)計(jì)參數(shù)見(jiàn)表3所示，水泥采用P0、42.5R普通硅酸鹽水泥，分兩次進(jìn)行注漿，可根據(jù)注漿效果，適當(dāng)調(diào)整水灰比，按跳孔間隔注漿方式注漿。

3.1注漿壓力設(shè)計(jì)

根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)合工程地質(zhì)類(lèi)比及規(guī)范，綜合考慮取得注漿主要計(jì)算參數(shù)見(jiàn)表4所示。

圖3　鋼花管設(shè)計(jì)圖(尺寸單位：mm)

表3　主要設(shè)計(jì)參數(shù)

表4　注漿壓力計(jì)算參數(shù)

根據(jù)前述式(1)，計(jì)算本工程P=2.290 2 MPa，設(shè)計(jì)注漿壓力選用2.0 MPa，具體施工應(yīng)結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，調(diào)整選定。

3.2注漿擴(kuò)散半徑設(shè)計(jì)

本工程滲透系數(shù)K=5×10-4m/s，根據(jù)本工程特點(diǎn)結(jié)合表1，γ取值1 m，具體施工應(yīng)結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，調(diào)整選定。

3.3注漿孔間距設(shè)計(jì)

注漿擴(kuò)散半徑確定后，可以確定注漿孔間距，合理的注漿孔間距可以很好地發(fā)揮注漿作用，節(jié)省費(fèi)用。一般采用等距布置，間距為注漿擴(kuò)散半徑的0.8倍，一般取1.0～2.0 m。本工程注漿孔間距為1.0 m。

在鋼花管注漿加固完成后，在擋土墻頂部布置位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行定期監(jiān)測(cè)，通過(guò)2 a的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析，治理后擋土墻處于穩(wěn)定狀態(tài)，因此，可以判定鋼花管注漿取得了較理想的加固效果。

4　結(jié)論

(1) 鋼花管注漿加固病害擋墻，既提高了巖土體的強(qiáng)度，而嵌入地層的鋼花管形成錨固樁也起到抗滑支擋作用。

(2) 鋼花管注漿加固要達(dá)到預(yù)期效果，確定合理的注漿壓力、擴(kuò)散半徑及注漿孔間距非常重要。設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)注意計(jì)算參數(shù)的選取。

(3) 實(shí)際運(yùn)用中，鋼花管注漿加固應(yīng)根據(jù)邊坡地質(zhì)條件和病害情況，聯(lián)合其他處治方式進(jìn)行綜合治理。

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APPLICATION OF GROUTED STEEL FLORAL TUBE IN PREVENTING DISEASES OF SLOP RETAINING WALL IN HIGHWAY

WANG Hua-jun1，XU Hong-ke2，DONG Li-jin1

(1.ZheJiang Engineering Prospecting Institute，Ningbo Zhejiang315012，China；2.Ningbo,Zhejiang,Ningbo-Taizhou-Wenzhou Expressway company limited,Ningbo Zhejiang315040，China)

During highway construction, retaining wall slope reinforcement as one way has been widely used, but with the highway operation time increases, due to pre-design, construction, maintenance and other reasons, the retaining wall slope disease continue to increase, its security problems highway became operational during urgent problem. Steel Pipe grouting can play rock and soil reinforcement, enhanced skid resistance, and embedded steel flower tube formation and can play the role of anchor piles, is a good slope Disease Treatment method, but currently operate the highway retaining wall diseases Control application is relatively small. Taking a highway retaining wall slope K298 Zhejiang Province, the use of steel flower tube grouting according to the geological conditions of slope and retaining wall diseases and to determine a reasonable grouting pressure, grouting diffusion radius and hole spacing. Engineering practice shows that the method is an affordable, simple construction of the retaining wall Disease Treatment Measures.

slop retaining wall; steel floral tube; grouting reinforcement;grouting pressure;diffusion radius

1006-4362(2016)03-0092-04

2016-05-16改回日期：2016-07-08

U417.1

A

王華俊(1979-)，男，浙江寧波人，碩士研究生，注冊(cè)巖土工程師，從事巖土工程工作。E-mail：24220133@qq.com