注漿技術(shù)在濕陷性黃土地區(qū)城鎮(zhèn)道路路基加固中的應(yīng)用分析

摘要：隨著蘭州新區(qū)社會(huì)經(jīng)濟(jì)迅速發(fā)展，城市人口和車輛的增加，城市道路的使用率在迅速提高，進(jìn)而對(duì)市政道路的工程質(zhì)量及交通服務(wù)功能提出了更高的要求。而注漿技術(shù)作為一種路基加固技術(shù)應(yīng)用于路基加固愈趨廣泛。但由于注漿工程存在自身隱蔽性、路基結(jié)構(gòu)復(fù)雜性、漿液流動(dòng)不確定性，導(dǎo)致注漿加固效果在濕陷性黃土地區(qū)難以預(yù)料。目前，注漿技術(shù)在濕陷性黃土地區(qū)路基加固工程中的應(yīng)用缺乏較為系統(tǒng)的研究理論，施工過(guò)程中難以有效控制施工質(zhì)量?；诖?，本文結(jié)合蘭州新區(qū)工程實(shí)例，首先對(duì)濕陷性黃土地區(qū)道路路基病害進(jìn)行全面分析，然后針對(duì)濕陷性黃土地區(qū)的壓密注漿法的工作原理進(jìn)行探究，分述其施工工藝、施工設(shè)備與材料，最后介紹施工過(guò)程中壓密注漿的質(zhì)量控制及合理的質(zhì)量檢驗(yàn)方法。

關(guān)鍵詞：注漿；路基；病害研究；質(zhì)檢方法

1 引言

由于蘭州新區(qū)土質(zhì)較為特殊，地表土多為Ⅲ～Ⅳ級(jí)自重濕陷性黃土，厚度達(dá)7～30m，孔隙率較大，從而造成路基不均勻沉降、人行道塌陷等病害的頻發(fā)，屬于濕陷性黃土地區(qū)，因此注漿技術(shù)在道路路基加固的作用也逐漸顯現(xiàn)。因漿液與土層的相互作用機(jī)理極為復(fù)雜，且漿液的物理與化學(xué)性質(zhì)具有時(shí)變性，都增加了對(duì)注漿理論研究的難度，導(dǎo)致其常滯后于工程應(yīng)用。因此，在濕陷性黃土地區(qū)開(kāi)展注漿加固技術(shù)擴(kuò)散規(guī)律與加固效果的試驗(yàn)研究及理論分析工作，具有顯著的緊迫性與必要性。

2 路基病害研究

路基是城鎮(zhèn)道路的重要組成部分，是路面的基礎(chǔ)。主要承擔(dān)由路面車輛傳來(lái)的動(dòng)靜荷載。由此，路基的強(qiáng)度、穩(wěn)定性、耐久性及排水性能直接影響路面的平整度和穩(wěn)定性，更是城鎮(zhèn)道路安全、舒適、高效運(yùn)營(yíng)的基礎(chǔ)條件。城鎮(zhèn)道路作為人們活動(dòng)的必要區(qū)域，在極其復(fù)雜的自然環(huán)境和人為因素的影響下，路基的安全性能、使用功能及服務(wù)功能都隨著時(shí)間不斷下降。近年來(lái)，蘭州新區(qū)交通量和車輛載荷不斷增大，城鎮(zhèn)道路路基難免病害頻發(fā)，其主要表現(xiàn)為沉陷、翻漿、開(kāi)裂滑動(dòng)等病害。對(duì)于蘭州新區(qū)城市道路多為新建道路，但由于其特殊的土質(zhì)影響，地基不均勻沉降、翻漿、路基變形等現(xiàn)象成為最常見(jiàn)的病害，面對(duì)此種情況，施工單位多采取以下措施對(duì)城市道路路基進(jìn)行加固補(bǔ)強(qiáng)處理：（1）淺層軟土地基采用換填法。即利用機(jī)械或人工徹底清除濕軟路基土層，使用強(qiáng)度大、穩(wěn)定性高、排水性能好的材料進(jìn)行回填并高度壓實(shí)來(lái)達(dá)到改良路基的目的，既最徹底、最治本的一種施工方法。（2）強(qiáng)夯加固法。指用重錘自一定高度下落夯擊土層，使地基迅速固結(jié)的方法，此方法也是最常見(jiàn)的用于濕陷性黃土地基及某種松散填土地基的加固；（3）深層攪拌法。即在軟土地基中，通過(guò)深層攪拌機(jī)械攪拌摻入各類固化劑，使軟弱粘土硬結(jié)形成具有整體性和一定強(qiáng)度的加固土樁復(fù)合地基，從而提高軟基承載力以減小沉降。此方法常用固化劑有水泥類、石灰類、瀝青類及化學(xué)材料類等，多用于處理軟弱的粘性土地基。

以上三種措施均可有效預(yù)防或緩解城鎮(zhèn)道路病害，但受施工難度和施工預(yù)算等主客觀因素的影響，這三種措施僅僅適合既定條件的道路路基處理。目前，在道路路基加固工程中，尤其是最繁忙的城鎮(zhèn)道路施工中，往往具有工期緊、成本低、文明施工的高要求，常應(yīng)用于路基病害的處置措施主要有以下幾種：（1）路面補(bǔ)強(qiáng)。當(dāng)路面結(jié)構(gòu)、交通功能無(wú)法滿足正常的使用要求，各項(xiàng)指標(biāo)均在正常值以下的城鎮(zhèn)道路，通過(guò)對(duì)路面微處治的措施來(lái)提高其使用性能，這種方法適用于路床強(qiáng)度不足、路基沉降變形較小、路基與路面未出現(xiàn)大的破損的情況。但其加固效果在一定程度上取決于路面以下的路基狀況。采用此種方法無(wú)法從根本上解決道路的病害，反而造成施工資源二次浪費(fèi)和增加養(yǎng)護(hù)成本的問(wèn)題。（2）開(kāi)挖處理。采用此種措施處置路基病害時(shí)，需先將道路上部結(jié)構(gòu)挖除，采取新建工程的相關(guān)技術(shù)處置病害處置，再重建上部結(jié)構(gòu)，從而較為徹底、有效的措施，但占路施工時(shí)間較長(zhǎng)，對(duì)城市交通暢行影響較大。（3）靜壓注漿處置。在道路路面沉陷區(qū)域上部根據(jù)設(shè)計(jì)要求，布置梅花形的孔位，使用鉆機(jī)鉆出相同深度的孔位，注漿管給予壓力作用，使水泥等漿體克服各種阻力，進(jìn)而滲入土體的孔隙和裂隙中，漿液通過(guò)滲透、擠密、填充等方式使得孔隙及松散的土粒膠結(jié)，形成相互穿插的脈狀結(jié)石體。注漿加固技術(shù)在道路建設(shè)及養(yǎng)護(hù)工程中的應(yīng)用，有效解決道路運(yùn)營(yíng)中的橋頭跳車、路基不均勻沉降等問(wèn)題。采用該項(xiàng)技術(shù)對(duì)運(yùn)營(yíng)期道路沉陷、沉降病害維修處置，避免大填大挖，具有施工工藝簡(jiǎn)單、較小干擾交通運(yùn)營(yíng)、施工速度快、維修加固成本較低等特點(diǎn)，確保了道路的安全與暢通。

3 靜壓注漿在濕陷性黃土地區(qū)應(yīng)用分析

由于路面自重、行車荷載和水、溫度等各種自然因素的作用下，路基的各部分會(huì)產(chǎn)生不均勻的沉降或者變形，這些病害不僅不會(huì)自動(dòng)恢復(fù)，而且還大大降低了道路行車的安全系數(shù)以及交通服務(wù)功能的指數(shù)，為了降低道路養(yǎng)護(hù)成本、減少道路路面開(kāi)挖、縮減施工工期以及施工資源二次浪費(fèi)，尋找一種綜合性能好、節(jié)約成本的新技術(shù)成為必要的選擇。而蘭州新區(qū)屬于濕陷性黃土地區(qū)，注漿技術(shù)在道路路基加固的作用也逐漸顯現(xiàn)，并且漸漸推廣應(yīng)用。在新區(qū)道路提升改造工程中對(duì)于路基的不均勻沉降導(dǎo)致跳車嚴(yán)重的局部地區(qū)處理的方法通常為靜壓注漿法。

3.1 注漿原理

即通過(guò)氣壓原理，將具有良好的穩(wěn)定性、流動(dòng)性、粘結(jié)強(qiáng)度高及耐久性的漿液材料注入路基土體中，使?jié){液充填滲入土體的孔隙或裂隙后，待漿液固化后使松散的土?；蚱屏训膸r體粘結(jié)為整體，以達(dá)到提高強(qiáng)度、穩(wěn)定性，以及降低滲透性的效果。靜壓注漿初始?jí)毫^低，在注漿過(guò)程中，壓力隨漿液受阻力的增大而升高。根據(jù)地質(zhì)條件、注漿壓力、漿液與土體作用機(jī)理、漿液運(yùn)動(dòng)形式和替代方式，可將靜壓注漿分為充填或裂隙注漿、滲透注漿、壓密注漿及劈裂注漿。

3.1.1充填或裂隙注漿。在具有大洞穴、溶洞、采空區(qū)、井巷工程壁后孔洞等地質(zhì)條件下的注漿以及在具有裂隙的砂巖、裂隙性石灰?guī)r、井巷工程的裂縫、裂隙等中的注漿，一般屬于充填或裂隙注漿。該注漿技術(shù)的加固機(jī)理是通過(guò)將一定的漿液注入巖土體的空穴或裂隙內(nèi)，待漿液固化后起到填充加固或止水隔水的目的。

3.1.2滲透注漿。滲透注漿時(shí)指在不會(huì)破壞土體構(gòu)造的壓力作用下，使?jié){液滲入到粒狀土的孔隙或巖石的裂隙中，排擠出其中的水和空氣，這種注漿形式一般不會(huì)改變土體或巖體的結(jié)構(gòu)，注漿壓力相對(duì)較小。漿液在介質(zhì)顆粒間一般是均勻擴(kuò)散，通過(guò)將顆粒膠結(jié)在一起而增強(qiáng)介質(zhì)的強(qiáng)度并起到防滲的作用滲透注漿一般只適用于顆粒較大的土或有裂隙的巖體，漿液在介質(zhì)中呈球面或柱面擴(kuò)散。

3.1.3壓密注漿。壓密注漿指在土體中鉆孔后，通過(guò)較高壓力使?jié){液鉆孔擠入土體，從而達(dá)到加固土體的目的。該注漿加固形式適用于中細(xì)砂，以及滿足充分排水條件的勃土地層，可注入水泥漿液或化學(xué)漿液。注漿時(shí)，漿液填充較大空隙后，在壓力的作用下，擠入較小土體孔隙。隨著漿液的持續(xù)注入，土體的孔隙隨壓力的不斷升高開(kāi)始互相聚集、擠壓土體，達(dá)到一定程度后，土體內(nèi)產(chǎn)生剪切破壞，出現(xiàn)劈裂裂縫，漿液沿裂縫充填擴(kuò)散形成漿脈，從而在被加固土體中，形成具有一定強(qiáng)度的網(wǎng)狀骨架結(jié)構(gòu)。從而使軟土地基的承載力得到有效提高。

3.2 技術(shù)要求

3.2.1材料的選擇。水泥品種應(yīng)按設(shè)計(jì)要求選用，宜采用32.5級(jí)和42 5級(jí)普通硅酸鹽水泥，受潮結(jié)塊的水泥，水泥進(jìn)廠需對(duì)產(chǎn)品名稱強(qiáng)度等級(jí)、出廠日期等進(jìn)行外觀檢查，同時(shí)驗(yàn)收合格證并進(jìn)行復(fù)檢。適用飲用的自來(lái)水或清潔而未被污染的河水，湖水和地下水都可用于灌漿，不得采用P值小干4的酸性水和工業(yè)廢水.

3.2.2漿液的配合比。常用水泥漿的水灰比為1：0.5，封閉泥漿7d立方體試塊（邊長(zhǎng)為7.07cm）的抗壓強(qiáng)度應(yīng)為0.3～0.5Mpa，漿液粘度應(yīng)為80～90s。每桶漿液的拌制時(shí)間應(yīng)控制在150s左右，拌制是看保證桶內(nèi)水混漿液攪拌均勻，無(wú)結(jié)塊、無(wú)顆粒、無(wú)沉淀現(xiàn)象，在原材料加料時(shí)富注意勻速、分散加入。

3.2.3注漿原則。單管靜壓注漿的壓力宜采用低壓滲透，注漿速度與注漿壓力取值應(yīng)以地表面冒漿為控制原則。注漿過(guò)程中有地下水冒出地面時(shí)，需在周圍設(shè)置排水溝，安排人員用潛水泵排出施工場(chǎng)地；待漿液冒出后，須停止一小段時(shí)間后在注漿。壓密注漿將全部展開(kāi)施工，注漿先施工四周一圈，待水泥漿達(dá)到一定強(qiáng)度后再施工內(nèi)排，內(nèi)排施工壓漿時(shí)采用跳壓法施工。

3.2.4注漿記錄。施工過(guò)程中應(yīng)做好詳細(xì)施工記錄，并進(jìn)行地面變形測(cè)量監(jiān)控；施工結(jié)束后，請(qǐng)?zhí)峁┯嘘P(guān)施工報(bào)告給設(shè)計(jì)單位。壓密注漿施工需加強(qiáng)施工質(zhì)量管理。若遇特殊情況，須及時(shí)與設(shè)計(jì)單位聯(lián)系研究處理。

3.3 質(zhì)檢方法

由于靜壓注漿本身是一種隱蔽性工程，注漿漿液在路基土層中流動(dòng)時(shí)具有時(shí)變性。因此，如何做到有效控制注漿質(zhì)量以及選擇行而有效的質(zhì)量檢驗(yàn)方法，是控制施工質(zhì)量和推廣應(yīng)用該項(xiàng)技術(shù)的基礎(chǔ)。對(duì)注漿效果的檢驗(yàn)可以從以下兩方面來(lái)進(jìn)行：沉降觀測(cè)。為全面檢驗(yàn)注漿效果，觀測(cè)需要在開(kāi)工前進(jìn)行一次，完成第一階段注漿工程后再進(jìn)行一次，以及全部工程完工后一個(gè)月再進(jìn)行一次；注漿質(zhì)量檢驗(yàn)是按照前述規(guī)范及設(shè)計(jì)要求，在注漿結(jié)束28d后進(jìn)行，注漿孔檢驗(yàn)點(diǎn)按注漿孔數(shù)的5%進(jìn)行，檢驗(yàn)點(diǎn)合格率大于80%，否則對(duì)不合格的注漿區(qū)域應(yīng)重新注漿。質(zhì)量檢驗(yàn)的具體方法有開(kāi)挖法、鉆芯法、載荷試驗(yàn)法、變形觀測(cè)法等。新區(qū)道路路基注漿質(zhì)量檢驗(yàn)方法多采用了開(kāi)挖法，并采用了鉆芯法和載荷試驗(yàn)法來(lái)驗(yàn)證地基注漿加固質(zhì)量。

4 結(jié)語(yǔ)

路基建設(shè)是城鎮(zhèn)道路施工過(guò)程中的重要環(huán)節(jié)，也是道路加固及修復(fù)的重點(diǎn)。注漿技術(shù)可加固不同深度的地基，消除路基安全隱患，且具有簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)、安全與可靠等優(yōu)點(diǎn)，既保障道路的質(zhì)量，也保障了道路交通安全。同時(shí)，通過(guò)蘭州新區(qū)道路提升改造工程實(shí)例來(lái)看，靜壓路基注漿技術(shù)在很大程度上解決了在濕陷性黃土地區(qū)道路路基沉陷的病害。由此，靜壓注漿技術(shù)在新區(qū)道路路基加固工程中可推廣應(yīng)用，但靜壓注漿施工方法的應(yīng)用與推廣還需要同行不斷探索實(shí)踐。

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（作者單位：蘭州新區(qū)市政投資管理集團(tuán)有限公司）

作者簡(jiǎn)介：劉永生（1985- ）男，漢族，甘肅金昌人，總工程師，從事市政工程建設(shè)管理工作。