鋼花管注漿法處理高填方路基病害的理論分析與工程實踐

劉先成

摘要：鋼花管注漿法是處理高填方路基病害最為經(jīng)濟有效的一種方法，廣泛用于公路路基病害治理工程。本文結合實際工程分析高填方路基縱向裂縫成因、鋼花管注漿加固機理、鋼花管注漿施工參數(shù)與施工工藝，并通過某工程實例說明了鋼花管注漿法在高填方路基病害治理中的顯著的實際應用價值和廣闊的應用前景。

關鍵詞：鋼花管注漿；高填方路基；病害治理

引言

隨著絲綢之路經(jīng)濟帶的開展，帶動了西北地區(qū)高速公路的高速建設，其中高填深挖、半填半挖路段越來越多。在高填深挖路基施工過程中，由于工期的限制，路基固結沉降時間較短，自然固結密實度很低，往往達不到穩(wěn)定的要求，導致后期路基病害時有發(fā)生。路基病害主要表現(xiàn)為不均勻沉降產(chǎn)生的一系列裂縫。目前，注漿法是最為理想的一種處理方法，與其他方法相比較，注漿幾乎無土方施工工作量，不破壞路基，工程費用較低，施工速度快，施工期間不需中斷交通，因此近年來注漿法得到了廣泛的應用。鋼花管注漿作為注漿施工的一種工藝，繼承、完善了常規(guī)注漿的一系列優(yōu)點，并克服了常規(guī)注漿的一些缺點，在工藝、材料等方面進行了大膽創(chuàng)新，有效解決了高填方路基病害加固問題，并取得了良好的加固效果。

本文以青海某高速公路K17+900處高填方路基縱向裂縫病害治理為依托，基于目前的鋼花管注漿理論及現(xiàn)有注漿材料與工藝，對鋼花管注漿法在高填方路基病害治理工程中的應用進行分析研究，為今后類似工程提供技術參考。

1填方路基縱向裂縫成因分析

填方路基一般都是就地取材填筑，分層壓實形成，其組成成分主要為就近的混合碎石土，由于這類填土均勻性、含水量、密實度等均比較難控制，導致路基在自重與車輛荷載作用下會產(chǎn)生不同規(guī)模的裂縫。對于填方路基裂縫有兩種形式：一種是橫向不規(guī)則裂縫，這種裂縫比較常見，絕大多數(shù)為路基不均勻沉降造成的，一般進行常規(guī)的注漿處理即可；另一種是縱向深裂縫，裂縫走向平行于路線方向，為一條或兩條，長度達幾十米甚至上百米，寬度數(shù)厘米且不斷發(fā)展，同時伴隨有錯臺現(xiàn)象，這種裂縫的形成一般與地基的不均勻沉降及路基邊坡失穩(wěn)有關。山區(qū)高速公路一般都是沿山而建，路基是通過高填深挖或者半填半挖形成，路基兩側填土厚度不同，比較容易產(chǎn)生路基一側沉降大于另一側沉降，出現(xiàn)縱向裂縫，隨著裂縫寬度的不斷發(fā)展，路基錯臺加劇，逐漸會形成滑裂面，發(fā)展成路基邊坡滑塌。

2鋼花管注漿技術及注漿加固機理

2.1鋼花管注漿技術

鋼花管注漿是將注漿鋼花管通過鉆孔打法路基內(nèi)需加固地層，采用分段注漿工藝，使既有流動性又有膠凝性的漿液在壓力條件下，通過壓力擴散、滲透、充填、壓密等方式，驅走巖土顆粒間的水分和氣體，并充填其位置，在土體中產(chǎn)生以鉆孔為核心的樁體，且在樁體外圍土體顆粒間隙中形成抗剪強度高的樹根網(wǎng)狀漿脈結實復合體，增強整體抗滑和抗壓能力，進而提高路基強度。

2.2鋼花管注漿加固機理

鋼花管注漿加固的本質是從根本上改變巖土體物理化學狀態(tài)，從而在其范圍內(nèi)產(chǎn)生一種新的復合材料。鋼花管注漿加固作用如下粘結補強作用。對于內(nèi)聚力和抗剪、抗拉強度較小甚至幾乎為零的砂石體，經(jīng)注漿加固后砂石體被牢牢粘結在一起形成柱狀整體，其內(nèi)聚力和強度得到顯著提高。充填壓密作用。漿液在注漿壓力作用下，不但可以將連通的碎石體間孔隙充填滿，同時在壓力作用下，還可以將一些充填不到的封閉裂隙和孔隙壓縮，從而對碎石體起到充填壓密作用。這種作用的結果是使碎石體的彈性模量及強度提高，改變砂石體地層的應力狀態(tài)。改善受力狀態(tài)作用。借助鋼管對核心水泥漿的套箍強化作用，使核心的水泥漿處于三向受壓狀態(tài)，從而使核心漿具有更高的抗壓強度和抗變形能力，同時，又借助內(nèi)填的水泥漿增強鋼管壁的局部穩(wěn)定性。此外，鋼花管上預設有小孔，通過小孔可向周圍土體壓注水泥漿，形成強度大、防水性能較好的復合體，對鋼花管形成一層保護層作用。轉變破壞機制作用。對于含有孔隙的砂石土，經(jīng)過注漿加固后，孔隙內(nèi)充滿了注入的漿液，增強了砂石間的粘結力，從而轉移了破壞面，使破壞機制發(fā)生了轉變。

3

鋼花管注漿施工工藝

3.1鋼花管注漿施工工藝參數(shù)

（1）注漿材料及配比

采用42.5級普通硅酸鹽水泥，水灰比W/C=0.8：1；外加劑水玻璃，模數(shù)為3.2左右；水玻璃與水泥漿液的體積比為10%～15%，現(xiàn)場根據(jù)具體情況可進行適當調整。一般常采用水灰比為1：1的42.5普通硅酸鹽水泥純水泥漿，方便施工。

鋼花管

鋼花管采用90mmx5mmmm的無縫鋼管，沿鋼管軸線梅花式等間距鉆出漿孔眼，孔眼間距一般為1m左右，孔直徑為2cm。鉆眼宜用機械式臺鉆，不得采用燒焊的方法鉆孔。

（3）注漿孔布置

注漿孔宜采用梅花型布置，間距2.0m，排距1.5m，可根據(jù)實際情況調整。

（4）注漿壓力

根據(jù)工程實踐經(jīng)驗，碎石土的注漿壓力相對較低，一般注漿時正常壓力不會超過1.5MPa，實際建議采用1.0MPa。

（5）注漿深度及注漿次序

注漿深度一般為回填土層厚度的兩倍。注漿次序一般采用從外向里進行，每排孔施工時間隔跳注。

（6）注漿量

注漿量可采用以下原則進行控制：注漿孔出現(xiàn)溢漿或相鄰孔出現(xiàn)冒漿作為終止注漿的標準。這樣既能保證足夠的注入率，又不致出現(xiàn)路基拱起等破壞現(xiàn)象。

3.2鋼花管注漿施工工藝流程

鋼花管注漿施工工藝流程如下圖1所示。

4鋼花管注漿加固路基工程實例分析

已建成通車的某高速公路K17+900路段位于西寧市某收費站出口處，該路段行車道為4x3.75m，路肩2.5m，中間帶1.0m，路基填方高度達12.0m左右。路基填料主要為碎石土，工程完成后不久即發(fā)現(xiàn)路面陸續(xù)產(chǎn)生了多條縱向裂縫，裂縫位于外側行車道內(nèi)，縫寬達1～2 cm，裂縫總長度大約70m左右。

經(jīng)過調查分析后認為形成縱向裂縫的主要原因是填方路基高度較高，壓實不到位，路基產(chǎn)生不均勻沉降，從而導致路肩縱向開裂。根據(jù)現(xiàn)場情況，路肩部位坡度較陡，有側滑的跡象，如圖2所示。

經(jīng)過分析，該路基病害急需解決兩個問題，一是病害體繼續(xù)向臨空側變形問題；二是變形過程中路基繼續(xù)不均勻沉降問題。針對這兩個問題，提出了采用鋼花管壓力注漿對填土層進行加固補強。

鑒于本路段目前的狀況，布置了4排注漿孔，縱向間距為2.0m，橫向間距為1.5m，梅花形布置。鋼花管長度以填土層厚度的兩倍為宜。注漿孔布置見圖3、圖4。

考慮到該路基填方較高，鋼花管應充分考慮其抗剪性能，故采用89mmx5mm無縫鋼管，注漿管長度同鉆孔深度。注漿液為M30的純水泥漿，水灰比為1：1，采用分次間歇式注漿，設計注漿量大約為200～300kg/m，注漿穩(wěn)定壓力為1.0MPa。

此路段施工完成已有一年，經(jīng)過后期觀測發(fā)現(xiàn)，裂縫不在擴展，沉降趨于穩(wěn)定，坡面未再發(fā)生鼓包、破裂等現(xiàn)象，說明因路基填土層不均勻沉降導致的路基縱向開裂、路堤側滑等問題都得到了有效解決。

5結論

通過實踐證明，鋼花管注漿法能有效解決高填方路基中因施工與技術等原因導致的路基縱向開裂、路堤側滑等病害問題，并起到預防加固的目的。因此，采用鋼花管注漿處理路基病害是一種可以推廣運用的工程措施。