高速公路路基沉陷注漿施工技術(shù)的應(yīng)用探析

文/朱文斌、陳輝

1 前言

如今，我國(guó)高速公路里程正在不斷增加，因高速公路實(shí)際建設(shè)工期相對(duì)較短，且路基的填高較大，固結(jié)沉降時(shí)間不長(zhǎng)，若在施工中路基未能得到分層碾壓，則壓實(shí)度就無法滿足要求，進(jìn)而導(dǎo)致工后沉降，特別是橋臺(tái)或過路構(gòu)造物臺(tái)背填方部位與縱向填挖交接部位，在施工中很容易產(chǎn)生壓實(shí)不足與填料選擇不當(dāng)?shù)葐栴}，使路基沉降更加嚴(yán)重。在高速公路工程路基施工完成后，需盡快進(jìn)行路面施工，對(duì)此，施工人員應(yīng)及時(shí)處理工后沉陷問題，而注漿法就是一種影響最小且效果良好的處理方法。

2 注漿法概述

除路基加固外，注漿法還能在改善地基土、穩(wěn)固邊坡與防滲基礎(chǔ)中使用。在路基加固過程中，一般使用旋噴注漿法，在土層表面鉆出一個(gè)注漿孔，然后采用一定壓力在孔內(nèi)注入水泥漿，以此在孔內(nèi)形成一個(gè)圓柱體；另外，原土和水泥漿結(jié)合后會(huì)形成固化體，從而實(shí)現(xiàn)有效加固地基[1]。

注入土體內(nèi)的水泥漿會(huì)和原土發(fā)生一系列反應(yīng)，比如物理化學(xué)作用，即在水泥作用下，土體顆粒之間發(fā)生聚集、離子交換與團(tuán)?；?；又比如物理過程，即土體顆粒之間將達(dá)到擠密狀態(tài)；此外還包括化學(xué)反應(yīng)，即水泥水化和水解，在水泥和原土反應(yīng)作用下，會(huì)產(chǎn)生一種特殊結(jié)構(gòu)，在提高土基整體強(qiáng)度的同時(shí)，保證穩(wěn)定性與密實(shí)度，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)預(yù)期的加固目標(biāo)。研究和實(shí)踐均表明，土體和水泥漿之間的固化反應(yīng)相對(duì)較慢，對(duì)此，在配制水泥漿的過程中，可摻入一定量的速凝劑，以此達(dá)到加快凝結(jié)速度的目的，避免漿液沉淀對(duì)加固效果造成影響。

采用注漿法加固路基之前，工作人員應(yīng)先做好現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查工作，并進(jìn)行必要的試驗(yàn)，確定加固區(qū)內(nèi)施工路基土各項(xiàng)參數(shù)，如含水量、塑液限和塑性指數(shù)，然后結(jié)合工程實(shí)際情況，采用適宜的布孔方式、鉆孔間距、水灰比等，包括鉆孔和注漿的設(shè)備，確保注漿施工順利完成，達(dá)到預(yù)期的加固效果。

3 工程概況

某高速公路工程K27+628～K27+668 標(biāo)段范圍內(nèi)的路基由于在施工過程中沒有進(jìn)行分層填筑與碾壓，在一段時(shí)間之后產(chǎn)生了一定沉降；另外，因路面施工時(shí)間正值當(dāng)?shù)赜昙?，在路基產(chǎn)生出沉降的部位積水，同時(shí)雨水下滲，會(huì)使路基土體強(qiáng)度大幅降低，導(dǎo)致軟化、沉陷增大。通過現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，沉陷范圍的總面積可以達(dá)到800m2左右，沉陷深度可以達(dá)到數(shù)十厘米。

目前，該標(biāo)段的基層與下面層均完成了施工，為避免對(duì)后續(xù)路面施工進(jìn)度造成影響，決定采用注漿的方法對(duì)該標(biāo)段路基實(shí)施加固，防止其繼續(xù)沉降對(duì)路面施工造成影響或使完成施工的路面結(jié)構(gòu)層次被破壞?，F(xiàn)結(jié)合該工程實(shí)際情況，對(duì)其路基加固過程中注漿法的應(yīng)用做如下分析。

4 施工準(zhǔn)備

在路基沉陷處理施工開始前，應(yīng)先結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)的具體情況，認(rèn)真做好各項(xiàng)準(zhǔn)備工作。施工臨時(shí)用電以發(fā)電機(jī)為主，施工臨時(shí)用水以附近的河水為主。將臨時(shí)用水和臨時(shí)用電都接通后，先試運(yùn)行鉆機(jī)與注漿設(shè)備，保證所有設(shè)備都能處于正常運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)。在施工人員進(jìn)場(chǎng)前，嚴(yán)格審核其資歷，經(jīng)審核確認(rèn)滿足施工要求后方可批準(zhǔn)進(jìn)場(chǎng)[2]。

4.1 材料準(zhǔn)備

水泥，選擇初凝時(shí)間不少于3h，終凝時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)，且強(qiáng)度等級(jí)不低于42.5 級(jí)的普硅水泥，不可使用已經(jīng)變質(zhì)的水泥。因注漿施工對(duì)水泥的消耗很多，單個(gè)注漿孔的注漿量就可以達(dá)到1.6～2m3，根據(jù)配合比進(jìn)行換算，單個(gè)注漿孔需要使用水泥1.5t 左右，所以在施工開始前應(yīng)保證有兩天以上的水泥量，另外在施工中還要制定材料組織計(jì)劃，避免停工待料情況發(fā)生。在水泥材料進(jìn)場(chǎng)后，工作人員應(yīng)立即報(bào)告相關(guān)部門核實(shí)數(shù)量，為后續(xù)的收方結(jié)算提供方便。水，人、畜飲用水都可在施工中使用，若對(duì)水質(zhì)有懷疑，應(yīng)委托相關(guān)部門進(jìn)行檢測(cè)，僅檢測(cè)確認(rèn)對(duì)泥漿性能無影響后，方可使用；另外，還可根據(jù)周圍的環(huán)境情況，通過溝渠取水進(jìn)行注漿施工。水玻璃，模數(shù)在2.4～3.2 范圍內(nèi)，波美度在42°～46°范圍內(nèi)，密度在1.40～1.46g/cm2范圍內(nèi)[3]。

4.2 技術(shù)準(zhǔn)備

基于技術(shù)總工程師的指導(dǎo)，根據(jù)工程特點(diǎn)收集各類資料，制定合理可行的施工方案，并提出有效的技術(shù)管理方法；分項(xiàng)工程施工開始前，組織相關(guān)人員熟悉招標(biāo)文件，以掌握設(shè)計(jì)方案和施工要求；組織施工人員認(rèn)真學(xué)習(xí)相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，確保施工始終按照規(guī)范的要求進(jìn)行；對(duì)現(xiàn)場(chǎng)全體操作人員做安全和技術(shù)交底[4]。

根據(jù)相關(guān)試驗(yàn)記錄可以看出，該段路基土的最大干密度和最佳含水量分別為1.96g/cm3、18.7%，塑、液限分別為22.5%和32.5%，塑性指數(shù)11%?；诖?，完成地質(zhì)鉆探與標(biāo)貫試驗(yàn)，明確路基松散程度以及其具體位置和分布范圍，并通過現(xiàn)場(chǎng)取樣試驗(yàn)確定壓實(shí)度，其結(jié)果為：與表面相距1.6～1.8m 部分的壓實(shí)度為96.3%，與表面相距2.6～2.8m 部分的壓實(shí)度為98.6%，與表面相距3.6～3.8m 部分的壓實(shí)度為80.5%，與表面相距4.6～4.8m 部分的壓實(shí)度為87.9%。根據(jù)以上試驗(yàn)結(jié)果可知，與表面相距3.6～4.8m 部分的壓實(shí)度比規(guī)范要求的值低很多，說明這一部分的路基較為松散，有產(chǎn)生沉陷的可能，應(yīng)進(jìn)行有效加固[5]。

5 施工技術(shù)

5.1 鉆孔布置

在沉降發(fā)生位置按照梅花狀布置鉆孔，確保加固范圍內(nèi)的土體能夠形成一個(gè)整體。在有沉降裂縫的部位，鉆孔布設(shè)范圍應(yīng)達(dá)到1～2m；在沉陷較為嚴(yán)重的部位，鉆孔之間的距離應(yīng)控制在2m 以內(nèi)。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，結(jié)合路基土的實(shí)際密實(shí)程度，本次共設(shè)置了200 個(gè)鉆孔。

鉆孔采用油壓鉆機(jī)進(jìn)行，成孔方法為沖擊干鉆，孔徑按照75～91mm 的范圍控制，孔深控制在6～7m 范圍內(nèi)，以地質(zhì)鉆探結(jié)果為依據(jù)，鉆孔應(yīng)達(dá)到原狀土層內(nèi)0.5m。另外，在施工過程中，應(yīng)采用間隔成孔的方法，在鉆設(shè)完成的孔結(jié)束注漿之后，將鉆孔加密至設(shè)計(jì)要求的密度。

5.2 埋設(shè)注漿管

注漿管為高壓膠管，管徑20mm，在管的下部應(yīng)按照0.5m 的間隔距離開出小孔，同時(shí)還要用透明膠帶對(duì)小口與下端開口進(jìn)行封閉，避免鄰孔注漿過程中漿液進(jìn)入管口或孔眼處對(duì)注漿造成影響。注漿管應(yīng)一次性到達(dá)鉆孔底部；另外，鉆孔外應(yīng)露出0.5m 的長(zhǎng)度，用于和輸漿管相連。

5.3 注漿

漿液采用425 普硅水泥，水灰比采用0.85，配制時(shí)摻入適量速凝劑，以達(dá)到速凝和早強(qiáng)的效果。水泥漿的拌制主要使用臥式攪拌機(jī)進(jìn)行，注漿采用高壓注漿泵進(jìn)行。在注漿過程中，按照從外到內(nèi)的順序?qū)嵤╅g隔注漿。以沉降處外圍為起點(diǎn)，形成一個(gè)完整的包圍圈，避免漿液從路基范圍內(nèi)流出，然后從沉陷處中部開始先間隔注漿再加密注漿。注漿剛開始時(shí)，采用0.5～1.5MPa 的注漿壓力，使?jié){液填充并滲透即可；然后將注漿壓力升高至0.8～2.5MPa，必要時(shí)可采用4～6MPa 的注漿壓力。在注漿壓力作用下，漿液從土層中的孔隙內(nèi)下滲，將路基中的孔隙完全填滿，并對(duì)松散部分予以壓實(shí)與擠密，確保沉陷處的路基形成一個(gè)固化體，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)路基的有效加固。

5.4 加固效果

施工時(shí)，在注漿之前與完成后都要實(shí)施地質(zhì)鉆探、現(xiàn)場(chǎng)取樣與標(biāo)貫試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如表1所示。

表1 試驗(yàn)結(jié)果

由表1 可知，注漿之前松散處錘擊次數(shù)的平均值是4.36，注漿之后松散處錘擊次數(shù)的平均值是12.4，密實(shí)度提高了近三倍，處于中密狀態(tài)，強(qiáng)度可以達(dá)到要求。

根據(jù)地質(zhì)鉆探取芯結(jié)果可知，在完成注漿以后，路基內(nèi)空隙將被漿液完全填滿；受到壓力后，松散路基被擠密與壓實(shí)，得到完整固化體。另外，施工中還開展了沉降觀測(cè)，未發(fā)現(xiàn)沉降。由此可見，該段路基注漿加固效果良好，實(shí)現(xiàn)了預(yù)期的加固目標(biāo)。

6 結(jié)語

綜上所述，應(yīng)用注漿法能夠有效解決路基沉陷問題，而且操作簡(jiǎn)單，效果顯著，值得大規(guī)模推廣應(yīng)用。該工程標(biāo)段范圍內(nèi)路基通過應(yīng)用以上的注漿技術(shù)順利完成了加固，且加固效果良好，所用施工技術(shù)合理可行，能夠?yàn)轭愃聘咚俟仿坊{加固施工提供技術(shù)參考，并發(fā)揮出注漿技術(shù)應(yīng)用應(yīng)有的效果。