公路路基施工中壓力灌漿技術(shù)的應(yīng)用

(中交國通公路工程技術(shù)有限公司，河南 南陽 473000)

1 壓力灌漿技術(shù)原理

壓力灌漿是指在壓力作用下，通過鉆孔將固結(jié)的漿液向土體孔隙內(nèi)注入，以此改善加固體的物理力學(xué)性能。當(dāng)加固體內(nèi)注入漿液后，經(jīng)過填充、滲透、擠密等一系列過程，將土體顆粒、巖石裂隙內(nèi)的水分或空氣充分?jǐn)D出，并由漿液占據(jù)其原有位置。漿體凝結(jié)硬化之后，便可將原有松散、密實(shí)度差的土體有效粘結(jié)在一起，并形成一個(gè)高強(qiáng)度的整體結(jié)構(gòu)。

廣義上講，壓力灌漿可看著是靜壓灌漿，從壓力灌漿的加固效果分析，靜壓灌漿不僅能夠達(dá)到良好的路基加固效果，還能有效處理路基填土體防滲問題，相比高壓噴射注漿，在公路治理中壓力灌漿的適用范圍更廣。

2 工程概況

某公路工程全長12.3 km，其中K1+229.782～K1+427.647段工程地質(zhì)條件相對較差，上部底層為主要受力層，主要由雜填土、淤泥或淤泥質(zhì)土組成，具體情況如表1所示?；谕临|(zhì)情況，上部荷載難以達(dá)到路基施工規(guī)定，在通車運(yùn)營后，本路段路基沉降問題明顯。為穩(wěn)固路基，增強(qiáng)路基強(qiáng)度，提高路基土變形模量，滿足路基承載力需求，提出采用壓力灌漿法進(jìn)行路基加固。

表1 路基土層情況

3 壓力灌漿技術(shù)要點(diǎn)

3.1 灌漿標(biāo)準(zhǔn)

施工前，需確定灌漿標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)現(xiàn)行規(guī)范要求，灌漿后，各類土質(zhì)的承載力標(biāo)準(zhǔn)值必須滿足表2要求。

雜填土是本工程灌漿施工的主要土質(zhì)，其缺點(diǎn)為均一性差、理論耗漿量不穩(wěn)定等，若僅采用理論耗漿量進(jìn)行處理，則會(huì)影響準(zhǔn)確率。因此，可選擇耗漿量降低率進(jìn)行控制，也就是隨灌漿次序的增加，而減少孔段耗漿量。

表2 強(qiáng)度控制標(biāo)準(zhǔn)

3.2 灌漿段選擇

根據(jù)施工要求，此次灌漿可分為2個(gè)灌漿段，雜填土范圍為第一灌漿段，淤泥或淤泥質(zhì)土及粉、細(xì)砂范圍則為第二灌漿段。

3.3 漿材及配方設(shè)計(jì)

結(jié)合施工灌漿段需求，可采用2種配方的純水泥漿作為漿材，0.5為第一灌漿段水灰比，0.75為第二灌漿段水灰比。當(dāng)雜填土部分存在較大孔隙時(shí)，極易出現(xiàn)灌漿量太多的情況，因此，水泥砂漿灌漿配比為水：水泥：細(xì)砂=0.75:1:1。

3.4 漿液擴(kuò)散半徑的確定

基于雜填土均一性差，且具有較大孔隙率及滲透系數(shù)變化的特點(diǎn)，漿液擴(kuò)散半徑僅采用理論公式計(jì)算是不全面、不合理的，因此，結(jié)合大量經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，可將r值暫定為1.5 m，經(jīng)灌漿試驗(yàn)后，最終確定r值為1.7 m。

3.5 灌漿孔位布設(shè)

采用梅花形布設(shè)灌漿孔，若1.66 m為灌漿體厚度，那么，灌漿孔距則為2.5 m，最優(yōu)排距為2.33 m。

3.6 灌漿孔孔深

根據(jù)現(xiàn)場勘查報(bào)告顯示，以孔底到黏性土層為準(zhǔn)，孔深范圍為3.5～6.0 m。

4 壓力灌漿施工流程

4.1 鉆孔布設(shè)

鉆孔按梅花形布設(shè)，保證土體經(jīng)加固后可形成一個(gè)整體。根據(jù)工程實(shí)際情況，合理控制灌漿孔距和最優(yōu)排距，并在原設(shè)定基礎(chǔ)上，結(jié)合施工現(xiàn)狀適當(dāng)進(jìn)行調(diào)整。

4.2 注漿管埋設(shè)

采用直徑20 mm膠管作為注漿管，確保能夠承受高壓。在膠管下部按照0.5 m等間距鉆取小孔，隨后通過透明膠帶將膠管下部開口、孔口位置密封，防止對灌漿造成不利影響。待注漿管下放至孔底位置后，需外露一定長度，為0.5 m左右，并和輸漿管連接。

4.3 水泥漿灌注

按照上述要求，采用不同水灰比進(jìn)行水泥漿制備，可將適量速凝劑摻加到水泥漿內(nèi)，起到快速早強(qiáng)的作用。待制備完水泥漿后，可通過高壓灌漿泵進(jìn)行灌漿施工。要求嚴(yán)格按照“外—內(nèi)”的順序間隔灌漿，灌漿前期，多以填充、滲透方式為準(zhǔn)，同時(shí)要做好灌漿壓力控制。隨后以擠密、壓密方式為準(zhǔn)，并適當(dāng)增加灌漿壓力。在高壓持續(xù)作用下，土體孔隙將逐漸被漿液填滿，并將松散的土層壓密，從而起到加固路基的效果。

5 壓力灌漿效果檢驗(yàn)與評價(jià)

5.1 灌漿資料分析

該工程共完成1 209個(gè)灌漿孔，合計(jì)5 579.72 m，水泥共灌入1 855.4 t，1.535 t為每孔平均灌入水泥量，水泥灌入量為0.333 t/m2，相比第二序孔，第一序孔單位耗漿量較大，同時(shí)出現(xiàn)地面上抬情況。經(jīng)總灌入量、單位灌入量數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)，受灌段土體空隙有所下降，表明施工段地層具有可灌入性。

5.2 靜荷載試驗(yàn)

工后15 d，在施工段范圍內(nèi)進(jìn)行測點(diǎn)選定進(jìn)行靜荷載試驗(yàn)分析。選擇5個(gè)具有代表性的地點(diǎn)，其中灌漿點(diǎn)處有2點(diǎn)，相鄰灌漿點(diǎn)位中間有2點(diǎn)，相鄰對角灌漿點(diǎn)中間有1點(diǎn)。待雜填土頂面單點(diǎn)加載至130～140 kN時(shí)，便可達(dá)到規(guī)范規(guī)定，暫停加載。此時(shí)，9.31～11.72 mm為最大沉降量范圍，平均可達(dá)到10.30 mm。說明此點(diǎn)地基土并沒有達(dá)到極限破壞狀態(tài)，由此可得施工段復(fù)合路基承載力標(biāo)準(zhǔn)值在130 MPa以上，也進(jìn)一步證明雜填土承載力標(biāo)準(zhǔn)值在130 kPa以上。

5.3 鉆孔取芯標(biāo)貫試驗(yàn)和深槽開挖檢查

同樣，工后15 d在施工段內(nèi)進(jìn)行鉆孔取芯，共選擇12個(gè)具有代表性的點(diǎn)位，其中鉆孔和灌漿點(diǎn)相距0.5 m處選擇6個(gè)，鉆孔和灌漿點(diǎn)相距1 m處6個(gè)。通過鉆孔取芯可見，雜填土內(nèi)具有大量水泥結(jié)石，結(jié)石和土體緊密膠結(jié)，淤泥及淤泥質(zhì)土體內(nèi)同樣存在水泥結(jié)石情況，且多呈團(tuán)塊狀。粉、細(xì)砂內(nèi)也存有此現(xiàn)象。通過試驗(yàn)可見，各土質(zhì)體密度均有所增加，狀態(tài)也從原有的松散狀向密實(shí)狀轉(zhuǎn)變。通過標(biāo)貫試驗(yàn)可知，雜填土密實(shí)性較好，11.2擊為平均擊數(shù)。粉、細(xì)砂的平均擊數(shù)也大幅增加，為11擊。經(jīng)相關(guān)規(guī)定表明，承載力標(biāo)準(zhǔn)值已從原有的100 kPa增加了48%，為148 kPa。通過探槽開挖剖面可知，片狀、條帶狀為雜填土內(nèi)水泥結(jié)石的主要形式，特別是雜填土頂面和石屑墊層底部、石屑墊層頂面和水穩(wěn)層底面等部位，均存有1～5 cm厚的普通填充條帶狀水泥漿石，可形成路基硬殼表層。

5.4 彎沉試驗(yàn)

在水穩(wěn)層施工7 d后，在施工段內(nèi)選擇點(diǎn)位進(jìn)行彎沉試驗(yàn)，共30個(gè)，經(jīng)試驗(yàn)結(jié)果表明，0.6～0.80 mm為彎沉值范圍，平均值為0.41 mm，相比設(shè)計(jì)值的0.9 mm，均在該值以下，說明完全可達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

綜上所述，公路路基經(jīng)壓力灌漿施工后，可有效填充其施工范圍內(nèi)的雜填土層孔隙，此外，其他土質(zhì)層，如淤泥或淤泥質(zhì)土及粉、細(xì)砂層均能得到填充、擠密。從原有松散的土質(zhì)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)槊軐?shí)性良好的土體。上述3種不同土體在壓力灌漿作用下，可得到有效加固，且大幅提升承載力，最終起到控制路基沉降的效果。

6 結(jié)語

隨著重載交通量的迅速增長，道路通行能力和服務(wù)能力大幅下降，路面出現(xiàn)了不同程度的早期病害，甚至損壞路基。因此，開展安全、高效、經(jīng)濟(jì)的路基病害處治方法研究，已成為當(dāng)前公路建設(shè)管理養(yǎng)護(hù)的重中之重，也是亟待解決的難題。壓力灌漿的應(yīng)用，不僅能夠加固路基，還能有效解決路基土體防滲問題，相比其他施工技術(shù)，技術(shù)操作難度小，因此，在公路路基治理中得到了廣泛應(yīng)用。