高速公路路基沉降加固處理施工技術(shù)

韓蘇

（中鐵二十二局集團第五工程有限公司,重慶 400700）

我國是世界上高速公路運營里程最長的國家之一,而隨著我國交通運營事業(yè)的快速發(fā)展,高速公路建設及運營的規(guī)模還在不斷擴大[1]。在已開通運營的高速公路中,由于路基施工過程中臺背、涵洞背、擋墻背（“三背”）填筑及碾壓密實的難度較大,時常造成高速公路在此薄弱地段出現(xiàn)不均勻沉降,同時在強降雨、超載車輛的荷載作用等因素的影響下,引發(fā)更大規(guī)模的沉降、跳車現(xiàn)象,嚴重影響高速行車安全[2]。本文以某已運營高速公路為依托,重點介紹了鉆孔注漿、路面抬升等技術(shù)措施對路基沉降段進行治理,達到了良好的治理效果。

1 工程概況

某高速位于四川省南部,全長126.3 公里。項目建成對完善成都經(jīng)濟圈交通路網(wǎng),形成與成渝、成自瀘、成雅等對外放射高速公路有效連接和構(gòu)成成都經(jīng)濟區(qū)“一小時城市生活圈”等具有重要意義。該高速公路于2017 年底建成通車,在建成使用兩年半后,部分臺背、涵洞背、擋墻背（“三背”）及填方路基段出現(xiàn)了不同程度的沉降變形,據(jù)觀測評估共計4 處較為嚴重的路面跳車路段,具體里程樁號如表1 所示。

表1 較為嚴重的路面跳車工點表

2 漿液材料的選擇及配比

為提高路基強度,考慮技術(shù)可行性和經(jīng)濟合理性,采用水泥漿液。其主要功能是注漿形成的水泥復合材料有相對良好的物理力學性能和耐久性,綜合考慮材料來源和成本投入。水泥漿是顆粒型,為了改善漿液灌注性能,改善填充能力和穩(wěn)定性,有時需要添加各種添加劑[3-5]。配合比設計要首先滿足快速凝固的需求,快速提高早期強度要求,其次泥漿應具有良好的穩(wěn)定性和流動性?？紤]到實際情況,注漿量按每米孔深注漿水泥用量暫定為100Kg,水泥采用P·C42.5 硅酸鹽水泥配置,建議水泥漿液配比如下：

開灌：水:水泥=1:0.75（每孔灌入量不大于0.3m,每孔僅開灌一次,對于兩次鉆灌法,開灌只用于第二次主灌）

堵漏：水:水泥=1:1.5～1.2

一次鉆灌法主灌：水:水泥=1:1.1

兩次鉆灌法：第一次主灌：水:水泥=1:1.1

第二次主灌：水:水泥=1:1.1

注漿量計算：注漿量（m3）=設計孔深合計（m）×0.5（m3/m）。

3 施工材料及機械配備

為保證施工順利進行,根據(jù)現(xiàn)場實際情況需求,擬配備機械設備及材料需求如表2-3。

表2 機械設備配置表

表3 施工材料需求表

4 注漿加固施工工藝

4.1 工藝流程（圖1）

圖1 注漿加固工藝流程

4.2 孔位布設處治范圍

根據(jù)設計圖紙要求,按照設計圖紙所示的范圍布設鉆孔,鉆孔放樣可采用皮尺或鋼卷尺,鉆孔應逐排、逐孔編號[6]。

4.3 鉆孔

采用鋼制卷尺測量注漿具體孔位,偏差小于5 厘米,并在現(xiàn)場進行標記,采用潛孔鉆干鉆成孔,鉆頭直徑在91 毫米以上,同時空壓機接入鉆頭,借助風壓保持孔內(nèi)清潔。在過程中要保持鉆頭的穩(wěn)定性,避免鉆頭因晃動而產(chǎn)生的偏轉(zhuǎn),垂直度偏差控制在0.3%以內(nèi)。

按照由外到內(nèi)順序分階段進行鉆進,首先施作路肩側(cè)的孔位,再進行路基范圍內(nèi)的孔位,防止?jié){液串孔。當孔深超過5米時,分兩次進行漿液灌注,先進行0-2.5 米范圍內(nèi)的鉆孔灌注,待其凝固后,再重新對2.5 米部分進行鉆孔灌漿。對于部分工點較為松散的填筑體,若塌孔嚴重時,必須下護壁花管,可采用花管跟進注漿法施工以保證灌漿質(zhì)量。

4.4 下管

鉆孔檢查完成后,必須馬上安裝漿液注入管,以免成孔出現(xiàn)坍塌。漿液注入管應下降到孔底之后,用清水沖洗,安裝注漿泵,并與漿液儲存槽的管路連接起來,檢測各接頭的密封性,確保沒有漿液泄漏。

4.5 注漿

注漿材料為P·C42.5 硅酸鹽水泥,使用高速攪拌機制備漿液,用高壓注漿泵注入漿液。漿液注入按照由外到內(nèi)的順序間隔進行漿液注入,首先從處理區(qū)域的外側(cè)形成閉合環(huán),防止?jié){液從路基本體流出,再從處理部位的中心間隔加密進行漿液注入。

在注入漿液時,配置止?jié){閥,保證漿液不會從鉆孔口噴出,并及時查看注漿壓力和孔口封堵情況。

當設計孔深小于5m 時,采用一次鉆孔注漿,注漿壓力0.3MPa（孔口壓力表值）；大于5m 時,采用二次鉆孔注漿,分兩段實施鉆孔注漿,第一段為設計孔深的0～2.5m,采用0.1～0.2MPa 壓力灌入,形成硬殼層,探后再次重新成孔至設計深度,注漿壓力0.3MPa（孔口壓力表值）,對于靠路肩的第一排孔,注漿壓力均不超過0.1MPa,具體注漿壓力可根據(jù)現(xiàn)場實際情況動態(tài)調(diào)整。

4.6 止?jié){

當在規(guī)定壓力下,注漿量小于1L/min 時,穩(wěn)壓時間不小于10 分鐘,若壓力不下降或者壓力下降不超過5%,孔口出現(xiàn)返漿的比例不低于10%,則可正常止?jié){。

4.7 封孔

圖2 機械設備配置圖

采用導管灌漿進行封孔,在單孔注漿完成后,再次將注漿管插入孔洞底部,注入0.5:1 水泥漿液,待孔口出現(xiàn)同比例濃度的漿液后,向上慢慢提起注漿管,直至到達孔口為止,漿液初凝后進行抹平,終凝后,立即清除浮漿和污水,以便于后續(xù)對路面進行表面處置[7]。

4.8 注意事項

4.8.1 鉆孔必須采用干鉆成孔,除非在路基工程鉆探過程中遇到較大障礙,如較大孤石或大面積巖層,可以添加少量的水潤濕,無特殊情況,嚴禁帶清水進行鉆進,同時要在鉆孔完成后,應及時進行漿液灌注,如不能及時進行灌漿的,應采取覆蓋措施,防止雨水進入孔內(nèi)。

4.8.2 注漿管應一次性插入孔底位置,從底部灌漿。同時要密切觀察注漿體表面情況,防止出現(xiàn)漿液外溢的情況,一旦出現(xiàn)類似情況,應及時妥當進行處理,必要時可以采取改變水灰比或孔隙填充和濃漿封堵等方式進行處理[8]。

4.8.3 在注漿過程中,水泥漿液從注漿孔內(nèi)流出的現(xiàn)象稱為串漿。發(fā)生串漿的原因是在地層中孔隙、裂縫較多,壓力較高時,相互串連造成串漿通路。處理的辦法有：①適當延長相鄰孔之間的注漿間隔時間。②串漿孔和注漿孔同時進行壓漿。③封堵串漿孔

4.8.4 漏漿：對于漏漿嚴重情況可采用濃漿堵漏。如仍然漏漿,可采用2～3 小時間隙注漿,如發(fā)現(xiàn)變形超過允許值,應先減壓,減壓后仍不能抑制變形,可三天后進行復灌。

4.8.5 壓漿施工應先施工邊孔,按先邊后中的施工順序進行。

4.8.6 注漿采用注漿壓力控制的原則。

4.8.7 為保證有足夠的時間讓漿體成型,注漿結(jié)束24h 后進行路面銑刨處理。

5 路面抬升施工

處理范圍：面層沉降位置。

處理厚度：瀝青混凝土上面層4cm,與原路面接平順。

工藝流程：舊路面銑刨→基層處理→新路面鋪筑。

5.1 材料準備

使用當?shù)卣?guī)熱拌站生產(chǎn)的SMA 改性瀝青混凝土,從當?shù)馗咚俟忿D(zhuǎn)到簡蒲高速運至施工現(xiàn)場,在完成注漿施工銑刨后,再鋪設防裂卷材。

5.2 混合料的運輸

運輸車輛在進行混合料裝載時,應前后移動,避免混合物在裝載過程中產(chǎn)生分離現(xiàn)象,裝料前,應在車廂內(nèi)側(cè)涂刷一層薄薄的油和水混合液（柴油：水1:3）,但在車的底部不應有液體積聚。

設專人指揮卸料,在攤鋪過程中嚴禁剎車過緊或溜車。

運輸過程中應采用棉布防水帆布覆蓋,車身兩側(cè)應采用棉被進行包裹遮蓋,有效保障混合料溫度滿足現(xiàn)場施工要求。

車廂內(nèi)部要保持干凈,不得存有有機物質(zhì)。當混合料出現(xiàn)結(jié)塊或溫度不滿足要求時,應當按照廢料進行處置。施工現(xiàn)場進出口位置應安排專人進行清掃,并采用高壓水槍對進出入車輛輪胎進行沖洗,防止對已鋪筑的路面產(chǎn)生污染。

5.3 瀝青混合料的攤鋪

瀝青混合料攤鋪采用可伸縮攤鋪機進行,攤鋪前應提前兩個小時對熨平板進行預熱,不能過高或過低,一般保持其溫度控制在120℃左右,鋪筑過程中應注意檢查熨平板振搗和夯錘振動頻率和振幅與攤鋪速度保持統(tǒng)一協(xié)調(diào),防止攤鋪機速度過快時,熨平板出現(xiàn)抖動的情況,同時也應該保證熨平板銜接緊密、平順,防止面層出現(xiàn)拖痕。

攤鋪過程要保證連續(xù)不間斷,剛開始進行鋪筑時應緩慢加速。要確保混合料供應的連續(xù)性,攤鋪的速度要與拌合站的生產(chǎn)能力相匹配,既不能出現(xiàn)停機待料的情況,又不能出現(xiàn)車輛積壓的情況。鋪筑全過程,質(zhì)量檢驗人員和測量人員應對相關指標進行檢驗,保證全過程瀝青各項性能指標和鋪筑平整度滿足要求,出現(xiàn)異常情況時,及時進行反饋并動態(tài)調(diào)整。

螺旋布料器轉(zhuǎn)動的速度要保持穩(wěn)定、均衡,送料器上兩側(cè)的混合材料的高度應保持在三分之二高度的以上。

5.4 瀝青混合料的碾壓

碾壓輪只能涂抹食用油,嚴禁涂抹柴油、地溝類油質(zhì)。

碾壓時對初壓、復壓、終壓加以區(qū)分,嚴格按各區(qū)的碾壓要求進行碾壓。

初壓速度控制在1.5～2km/h,復壓速度控制在3.5km/h,終壓控制在4km/h。減速停車應有足夠長的緩和段,杜絕急剎車和大油門起步。

無論是終壓還是復壓,壓路機操作應按“先行走后震動”進行作業(yè),整個振動碾壓過程中壓路機必須保持勻速。嚴禁在未成型的路面上停放機械。

最終碾壓溫度控制在90℃以上。

碾壓過程中,不得在碾壓區(qū)內(nèi)轉(zhuǎn)向、調(diào)頭、左右移動位置、中途停留、變速或突然制動。

碾壓要遵循“緊跟、慢碾、高頻、低幅、小水”的原則。

碾壓輪在碾壓過程中應保持清潔,有混合料粘輪時應立即清除。

5.5 溫度控制

瀝青在不同的溫度條件下攤鋪,在不同的時間間隔條件下進行了瀝青性能測試。主要進行了三個指標測試和粘度測試。考察了不同加熱時間和溫度條件下瀝青性能的變化,研究了加熱溫度對瀝青路面老化的影響,確立了瀝青路面性能和溫度控制的關系。導出瀝青路面的適當加熱溫度,并限制瀝青路面的加熱溫度,瀝青混合物的高溫穩(wěn)定性、低溫耐抗裂性、耐水性對施工溫度有很大影響。通過車轍試驗、彎曲試驗、凍結(jié)試驗和裂縫試驗,對瀝青混合物在不同溫度條件下的性能進行了試驗研究,確立了瀝青混合物的高溫穩(wěn)定性、低溫耐裂性、耐水性和加熱溫度的關系,導出適合于瀝青混合物的混合溫度和壓縮溫度。限制瀝青混合物的混合溫度和滾動溫度。瀝青混合材料拌合、攤鋪、碾壓時應設置專人檢查和控制溫度,發(fā)現(xiàn)問題時,應立即反饋給相關人員進行處理,檢查過程中發(fā)現(xiàn)溫度不符合規(guī)范要求的,應立即報廢或重新處理。

5.6 注意事項

碾壓完畢后24 小時內(nèi)安排專人限制通行。

設置警告標志、限速標志等交通標志牌與交通管制設備。

及時清掃路面雜物,防止路面污染。

6 施工順序及安全防護措施

通車段施工需要進行交通封閉,在施工區(qū)域2km 范圍內(nèi)擺設錐桶,安裝捆綁式標識標牌、夜間加裝爆閃燈、閃光標識,在施工區(qū)域設置防護封閉施工場地,并設置醒目的標志標牌。

需要進行全幅注漿處理的路段,首先施工右半幅應急車道及客貨車道,封閉快車道及主車道。待右半幅施工完成,并檢驗合格后,進行左半幅快車道及主車道封閉及施工。

攤鋪上層材料時,應立即派專人將灑在下層接收層上的混合材料清除干凈,以免損壞裸層的坡度和平整度。確保人員、機器、設備的安全。

封閉施工場地后,材料跟機械設備應從其他道路進入施工現(xiàn)場。當?shù)缆窙]有車輛限制速度標志時,不得搶線便道,要注意禮讓行人,必要時,設置專職人員指揮,采取吹哨子等方式,警示過往車輛,防止交通事故。施工人員必須戴安全帽和反光背心。嚴禁施工人員進入社會車輛通行區(qū)。施工車輛有明顯的施工作業(yè)標志。施工車輛必須沿著車輛方向在下游過渡區(qū)進出施工區(qū)。施工車輛的禁止區(qū)域內(nèi)或封閉區(qū)域附近發(fā)生交通事故的,現(xiàn)場的施工人員必須立即向有關部門報告,確保瀝青路面不受污染。在本工程的人行道范圍內(nèi),設置專職人員立即進行清掃,防止路面污染。

圖3 建成通車的某高速公路

施工作業(yè)車輛應停放在封閉范圍的合理區(qū)域,盡可能停放在交通管制區(qū)的終止區(qū)域,不影響車輛駕駛?cè)藛T和施工操作人員的相互通視為標準,任何人員不應在車上逗留。施工人員及施工車輛在規(guī)定的時間內(nèi)進場施工,規(guī)定時間外禁止在高速公路上逗留。

對施工作業(yè)人員進行上路安全教育交底,24 小時安排現(xiàn)場人員值班,發(fā)現(xiàn)安全問題及時上報。

7 處理效果

經(jīng)過處理,完成了對該段高速公路路基沉降的處理,通過對設置的沉降觀測點位觀測結(jié)果來看,近3 個月的累積沉降量為1.2mm,并較處理前沉降速率明顯下降,趨于平穩(wěn),達到了預期效果。

8 結(jié)論

通過交通導行措施最大限度的減小對已運營高速公路的影響,采用鉆孔注漿及路面抬升技術(shù)對路基沉降段進行治理,可達到預期效果,主要結(jié)論如下：

8.1 注漿材料應優(yōu)先選擇P·C42.5 硅酸鹽水泥配制的水泥漿液,可分兩次進行灌注,并通過施作試驗段確定配合比參數(shù)。

8.2 鉆孔優(yōu)先采用干鉆法成孔,并全段下套管鉆進以防止塌孔,鉆孔應由外向內(nèi)分段分序施工,以防止注漿時大面積串冒漿。

8.3 當注漿孔孔深大于5m 時,采用二次鉆孔注漿,分兩段實施鉆孔注漿,第一段為設計孔深的0～2.5m,2.5m 以下為第二段。

8.4 對于較為松散的填筑體,若塌孔嚴重時,必須下護壁花管,可采用花管注漿法施工以保證灌漿質(zhì)量。