化學(xué)注漿在公路病害處理中的施工技術(shù)

王國(guó)海，喬瑞平，張宏武

（1.內(nèi)蒙古路橋有限責(zé)任公司,內(nèi)蒙古 呼和浩特 010010；2.內(nèi)蒙古路橋有限責(zé)任公司第五工程處,內(nèi)蒙古 呼和浩特 010050）

化學(xué)注漿在公路病害處理中的施工技術(shù)

王國(guó)海1，喬瑞平2，張宏武2

（1.內(nèi)蒙古路橋有限責(zé)任公司,內(nèi)蒙古 呼和浩特 010010；2.內(nèi)蒙古路橋有限責(zé)任公司第五工程處,內(nèi)蒙古 呼和浩特 010050）

為確保公路的使用質(zhì)量，針對(duì)公路常見(jiàn)的病害采用聚氨酯類(lèi)、環(huán)氧類(lèi)化學(xué)注漿材料進(jìn)行修復(fù)加固，使其形成強(qiáng)度高、防滲性好、具有穩(wěn)定性的新基體，有效地彌補(bǔ)了病害公路的缺陷，穩(wěn)固并提高了公路的質(zhì)量和使用年限。

化學(xué)注漿；公路病害；施工技術(shù)

前言

化學(xué)注漿是將有選擇性的化學(xué)材料配制成修護(hù)漿液，用化學(xué)注漿泵等壓送設(shè)備將其打入土層或縫隙內(nèi)，使其滲透、擴(kuò)散，在一定的時(shí)間內(nèi)自動(dòng)膠凝固化，以此來(lái)增加地層的強(qiáng)度、從而降低地層的滲透性、提高地層的承載力，防止地層變形和進(jìn)行混凝土建筑物裂縫修補(bǔ)的一種加固基礎(chǔ)、防水堵漏與混凝土缺陷補(bǔ)強(qiáng)的施工技術(shù)。本文對(duì)化學(xué)注漿在路基病害中的施工技術(shù)進(jìn)行了分析和研究。

1 公路病害狀況

據(jù)調(diào)查，某省的青紅高速公路在交付使用一段時(shí)間后，出現(xiàn)路堤邊坡滑動(dòng)和路面下沉的現(xiàn)象。路堤邊坡滑動(dòng)嚴(yán)重造成混凝土路面沿著面板間的伸縮縫拉裂，形成諸多條縱向1～2cm裂縫，并出現(xiàn)繼續(xù)拉裂的趨勢(shì)，會(huì)發(fā)展成為滑坡，使得公路的行車(chē)安全存在巨大的安全隱患。由于殘坡積泥土在原地面分布的厚度不同，其天然含水量較高，大多呈現(xiàn)出可塑狀態(tài)，力學(xué)強(qiáng)度不高。上部的填料主要來(lái)源是就近的山坡殘積層混碎石粉質(zhì)黏土。填方高度一般是9cm，最高是13cm。地層性質(zhì)和各層參數(shù)如下表1。

表1 地層各項(xiàng)參數(shù)Table 1 The stratum parameters

分析案例中的路段中的水文條件、工程地質(zhì)資料，總結(jié)拉裂的原因如下：①通過(guò)勘察獲取的巖心可以得出，路基的基底的土質(zhì)為高壓縮性的淤泥土質(zhì)，厚度在1～3cm之間。路基填土的壓實(shí)度達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)，致使路基不均勻下沉，從而造成路面的混凝土面板拉裂，填土的力學(xué)強(qiáng)度較低也是造成拉裂的主要原因之一[1]；②涵洞附近的地下水活動(dòng)頻繁。通過(guò)鉆孔取樣得出，路基部分區(qū)域下面含有大量滯水，修建道路之前可能此區(qū)域是一個(gè)魚(yú)塘。豐富的地下水嚴(yán)重影響著整個(gè)路段的穩(wěn)定性，尤其是對(duì)其進(jìn)行高填方路基，應(yīng)用軟化過(guò)度、強(qiáng)度不達(dá)標(biāo)的土體，促使土地可能會(huì)發(fā)展成滑坡；③在挖方路基和填方路基的交界處，因原狀土跟填土的空隙度、含水量以及密實(shí)度有所差別，在外界的超負(fù)荷運(yùn)載下，也會(huì)引起路基不均勻下沉。

2 化學(xué)注漿材料

化學(xué)注漿材料種類(lèi)繁多，主要有水玻璃類(lèi)，丙烯酰胺類(lèi)，丙烯酸鹽類(lèi)，聚氨酯類(lèi)，環(huán)氧樹(shù)脂類(lèi)和甲基丙烯酸甲酸類(lèi)。常用有聚氨酯類(lèi)、環(huán)氧類(lèi)、丙烯酸鹽類(lèi)和水玻璃類(lèi)。下面主要介紹聚氨酯類(lèi)，環(huán)氧類(lèi)化灌材料及混凝土缺陷修補(bǔ)的一些材料。聚氨酯類(lèi)化灌材料主要有兩大類(lèi)：水滲性和非水滲性的。水滲性的能與水混滲，非水滲性的只能滲于某些有機(jī)溶劑，如丙酮、甲苯、二甲苯等。水滲性的灌漿材料代表產(chǎn)品有Lw與Hw水滲性灌漿材料。非水溶性的灌漿材料有氰凝等。

2.1 注漿材料的特點(diǎn)

漿液的主要特點(diǎn)：①具有良好的親水性，水既是稀釋劑又是固化劑，漿液遇水反應(yīng)而凝固。這當(dāng)中水的量是關(guān)鍵，水不能太多，水太多漿液固結(jié)體質(zhì)量差；②可在潮濕或有涌水的情況下進(jìn)注漿，特別是快速堵漏，效果十分顯著。漿液對(duì)水質(zhì)適應(yīng)性強(qiáng)，在海水和pH值在3～13的水中均能固化；③漿液固結(jié)體為彈性體，遇水能膨脹具有彈性止水和以水止水的雙重功能，特別適用于變形縫的防水處理；④固結(jié)體無(wú)毒；⑤施工工藝簡(jiǎn)單；⑥漿液無(wú)需繁雜的配制，用單液法直接灌注。可與Hw水滲性聚氨酯灌漿材料以任意比例混合使用，以降低漿液的黏度[2]。

3 化學(xué)注漿的施工技術(shù)應(yīng)用

3.1 化學(xué)壓力注漿法

3.1.1 加固原理

壓力注漿方法就是利用液壓或氣壓將能固化的漿液均勻地注入巖土體內(nèi)中，以填充、滲透以及擠密等方式，去除土顆粒間或巖石裂隙中的水分和氣體，并填充其位置，將硬化后的巖土膠結(jié)成一個(gè)整體，從而形成一種強(qiáng)度高、防滲性高以及穩(wěn)定性良好的新土體，使得地基得以加固，防止或減少建筑物滲漏和不均勻的沉降。

3.1.2 加固設(shè)計(jì)

在道路兩旁的緊急停車(chē)帶處選用靜壓注漿，孔內(nèi)插鋼筋形成微型樁群，利用注漿填充填方路基和結(jié)構(gòu)物之間的縫隙，加強(qiáng)填方路基的密實(shí)性，并且利用水泥漿液和填土之間的相互作用形成水泥土，不斷提高路基土地的力學(xué)性能，減少活動(dòng)頻繁的地下水對(duì)路基土體進(jìn)行滲透破壞。打入孔內(nèi)的水泥漿液和鋼筋形成混凝土主體，如圖1，抵抗了在坡體潛在滑動(dòng)面處的剪應(yīng)力，提高了坡體的防滑能力。對(duì)于公路的建設(shè)和穩(wěn)固來(lái)說(shuō)，靜壓注漿也是其中重要的措施與步驟，對(duì)于公路兩旁的緊急停車(chē)地帶采用靜壓注漿有很大的好處，這種靜壓注漿就是對(duì)孔內(nèi)插鋼筋所形成的微型的樁群之中注入注漿，方便在填方路基和結(jié)構(gòu)物之間的空隙之中加以填充，這樣可以有效地增強(qiáng)填方路基之間的穩(wěn)固性和密實(shí)性，減少地下水對(duì)于路基的侵蝕和滲透破壞。靜壓注漿通過(guò)水泥漿液和填土之間的相互作用從而形成水泥土，水泥土可以從根本上提高路基土體的力學(xué)性能，增強(qiáng)路基與漿液之間的黏性從而加強(qiáng)路基的穩(wěn)固。

圖1 孔內(nèi)水泥漿液和鋼筋形成的主體Fig.1 The main part formed from cement grout in hole and rebar

3.1.3 參數(shù)設(shè)計(jì)

由于青紅高速公路為高填方路基，當(dāng)該工程的壓實(shí)度不足使用注漿法加固時(shí)，漿體的流動(dòng)性可以略大，擴(kuò)散半徑也可以相對(duì)大一些，這樣能使?jié){體均勻分布在土體中，但是泌水率不能過(guò)高，應(yīng)該控制在10%左右；一般采用325普通硅酸鹽水泥、化學(xué)外加劑，水灰比例為1∶1，單孔注漿量出現(xiàn)過(guò)大時(shí)，及時(shí)加入3%的水玻璃漿液，并且要求注漿材料28d的抗壓強(qiáng)度不能低于5MPa；在施工過(guò)程中，正常情況下，以不破壞地層結(jié)構(gòu)或者局部區(qū)域被少量破壞作為注漿壓力法的基本原則[3]。注漿壓力與需加固土地的厚度、注漿速度、黏度、注漿量等因素相關(guān)。注漿壓力處在不斷變化中，該工程的注漿壓力是通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)注漿試驗(yàn)再調(diào)整參數(shù)確定的，在路堤位置的注漿壓力在0～0.2MPa之間，超車(chē)道和行車(chē)道的注漿壓力在0.1～0.4MPa之間。

3.2 化學(xué)注漿的施工布置

（1）定孔位。設(shè)置孔位標(biāo)志，放線；勘探孔：孔徑為110mm，在每個(gè)加固區(qū)處理段布置5至6個(gè)勘探孔，明確該段路基填筑層的厚度、密實(shí)情況以及分層結(jié)構(gòu)性狀，并分析填筑土體的質(zhì)量是否達(dá)標(biāo)，是否存在不良地質(zhì)問(wèn)題，要確定注漿孔的深度，一般勘探孔的深度要穿過(guò)淤泥質(zhì)土抵基巖面。

（2）鉆孔。將鉆機(jī)安置在所鉆孔位置，鉆機(jī)安放穩(wěn)定牢立軸豎直，經(jīng)驗(yàn)測(cè)孔位后方可開(kāi)鉆。鉆進(jìn)過(guò)程中，要詳細(xì)記錄鉆進(jìn)情況，包括地層情況，孔位移動(dòng)距離、方向，異常情況、處理措施，鉆孔深度等，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員驗(yàn)收合格后，方可移孔。孔位偏差不得大于5cm。注漿孔：注漿孔徑為110mm，緊急停車(chē)帶的鉆孔深度要穿過(guò)原狀土抵基巖面，超車(chē)道和行車(chē)道的鉆孔深度要求進(jìn)入原生黏土層0.5～1m，按照梅花形狀布置。

（3）成孔。采取風(fēng)動(dòng)的沖擊作用成孔，部分鉆孔會(huì)出現(xiàn)塌孔現(xiàn)象以致難以下管。對(duì)其的處理建議是：鉆孔后，在下管之前先掃描孔，掃空后立即下管，如孔內(nèi)再出現(xiàn)坍塌、下管困難等現(xiàn)象，工程技術(shù)員通過(guò)分析現(xiàn)場(chǎng)的地質(zhì)條件，應(yīng)該要在施工當(dāng)天打孔、插管，封孔必須選用高比例水泥和水玻璃漿液。在第2d拔管后，再進(jìn)行下注漿花管來(lái)注漿加固。將制作好的注漿外管平穩(wěn)地置入孔內(nèi)，下至設(shè)計(jì)深度其連接要牢固，各截止閥可靠性要強(qiáng)，并準(zhǔn)確記錄各灌漿段位置。

（4）注漿。在進(jìn)行注漿作業(yè)的過(guò)程中，如果土體是黏性土，一般采取自下而上或者孔口封閉注漿法，一次成孔，分層注漿，每個(gè)注漿段應(yīng)該控制在1.5～2m之間；如果是含有較多中粗粒砂土層的地質(zhì)，通常采用自上而下或孔口封閉注漿法，一次只能鉆成一段注漿孔，每個(gè)注漿段應(yīng)該控制在1.5～2m之間。在注漿作業(yè)中，先施工邊緣的帷幕孔再施工加固孔，應(yīng)該隔孔注漿、鄰孔封孔，以防冒漿；具體注漿施工，首先注入少量稀漿，再注入稠漿。注漿孔的孔距是邊緣孔的孔距的2倍，從而保證注漿的質(zhì)量。部分注漿作業(yè)還要根據(jù)當(dāng)?shù)氐乃牡刭|(zhì)條件而設(shè)置排水孔，尤其是地下水豐富的地區(qū)，設(shè)置排水孔可以將地下水隨著注漿施工排出，在排水孔內(nèi)見(jiàn)打漿液進(jìn)行封口[4]。此外，在注漿的過(guò)程中，還要實(shí)時(shí)觀察，如發(fā)現(xiàn)有跑漿或地面突起的問(wèn)題，立刻停止注漿，分析問(wèn)題的原因，在下一個(gè)注漿段應(yīng)該減少注漿量。流量少了則會(huì)壓力不足，達(dá)不到注漿的效果，要控制好流量。

（5）制漿。按設(shè)計(jì)比例或者漿液密度攪拌漿液，使用普通攪拌機(jī)攪拌漿液時(shí)間≥90s，制好的漿液放置時(shí)間不得超過(guò)4h，每孔每段注漿結(jié)束后，要計(jì)量水泥用量。

（6）洗孔。為保證注漿的效果，在每次注漿完成后，要對(duì)注漿孔進(jìn)行清洗，用優(yōu)質(zhì)泥漿完成，確保下次注漿順利進(jìn)行。

（7）補(bǔ)灌。在注漿量及壓力達(dá)到要求后，對(duì)注漿外管進(jìn)行封口補(bǔ)灌，使管內(nèi)填滿灰漿。

（8）封孔。注漿作業(yè)完成后，要及時(shí)封孔。應(yīng)在注漿的關(guān)口處設(shè)置專(zhuān)用的壓力閥門(mén)，便于注漿作業(yè)完成后關(guān)閉閥門(mén)。等孔內(nèi)的水泥漿下沉析水夠2～4h后，才能拆除壓力閥門(mén)，通過(guò)選用凝型325水泥濃漿來(lái)封孔[5]。封孔后，盡最大可能讓注漿段和原混凝土路面形狀外觀相似。

4 總結(jié)

采用化學(xué)注漿法是處理公路病害的一種比較理想的途徑，采用化學(xué)壓力注漿法可以降低生產(chǎn)成本，提高工作效率，對(duì)技術(shù)和設(shè)備的要求不高，實(shí)踐表明當(dāng)路段出現(xiàn)質(zhì)量問(wèn)題時(shí),采用注漿法能有效地彌補(bǔ)病害缺陷,但在施工中質(zhì)量的把關(guān)才是關(guān)鍵，防止出現(xiàn)問(wèn)題還是最基本的要求。

［1］ 郭琦．高速公路施工中工程技術(shù)難點(diǎn)及病害處理措施［J］．交通世界,2016,29:30～31,33．

［2］ 崔淑林．灌漿技術(shù)在公路混凝土路面板底脫空中的應(yīng)用［J］．華東公路,2015,3:47～49．

［3］ 羅恒．注漿理論研究及其在公路工程中的應(yīng)用［D］．中南大學(xué)，2010:11．

［4］ 黨翠艷．注漿技術(shù)在高速公路病害處理中的應(yīng)用［J］．黑龍江交通科技，2011，7：82～83．

［5］ 張可能，鄒之衍，胡慶國(guó)，等．注漿技術(shù)在高速公路路基病害處理中的應(yīng)用［J］．西部探礦工程，2006，11：7～10．

The Construction Technology of Chemical Grouting for Highway Disease Treatment

WANG Guo-hai1,QIAO Rui-ping2and ZHANG Hong-wu3
（1.Inner Mongolia Road&Bridge Co.,Ltd.,Hohhot 010010,China;2.The Fifth Engineering Department,Inner Mongolia Road&Bridge Co.,Ltd., Hohhot 010050,China）

In order to ensure the quality of highway,the polyurethane and epoxy chemical grouting materials are adopted to repair and reinforce the highway against some common diseases,so as to form a new stable matrix with high strength and good anti-seepage performance,which effectively remedy the defects of highway,as well as stabilize and improve the quality and service life of the highway.

Chemical grouting;highway disease;construction technology

TU58.1

B

1001-0017（2017）02-0154-03

2016-12-10

王國(guó)海（1961-），男，山西陽(yáng)高縣人，高級(jí)工程師，從事公路與橋梁工程研究。