公路路基沉陷注漿施工技術(shù)研究

彭建勝

（江西贛粵高速公路工程有限責(zé)任公司，江西南昌 330000）

1 工程概況

江西高速公路A 合同段起點(diǎn)為K43+000，該路段處于江西省區(qū)域，全程大約27.9km。由于該路段車流量較大，在大型、重型車輛荷載影響下出現(xiàn)了路面沉降、路面開裂等問題，考慮到車輛通行的安全與舒適性，決定對該標(biāo)段采取注漿技術(shù)進(jìn)行修復(fù)處理。

2 路基病害情況及原因分析

2.1 路基病害情況

經(jīng)過多日暴雨侵襲，該路段出現(xiàn)了路基沉降等問題，相關(guān)單位組織檢測人員對問題路段進(jìn)行檢測后發(fā)現(xiàn)，其沉降問題較為嚴(yán)重，沉降量為-3.592mm，具體情況參照圖1。

圖1 沉降縱斷面示意圖

2.2 病害產(chǎn)生的原因

通過分析沉降數(shù)據(jù)以及進(jìn)行現(xiàn)場勘察了解到，粉質(zhì)黏土的水敏感性非常強(qiáng)、結(jié)構(gòu)存在特殊性，在受到自身因素與環(huán)境因素影響下，其特有的中度濕陷性是導(dǎo)致沉降問題的主要因素[1]。

3 整治方案

由于沉降問題的發(fā)生位置在路基和站內(nèi)的座臺區(qū)域，設(shè)備無法直接進(jìn)入該位置進(jìn)行旋噴樁加固，如果通過人力來挖樁，施工周期較長，且施工成本非常高。通過仔細(xì)的分析與方案對比，決定采用袖閥管注漿措施進(jìn)行修復(fù)。每個注漿孔之間的間距為1.2～1.5m。注漿孔位的設(shè)置如圖2 所示。

圖2 注漿孔位橫斷面示意

4 袖閥管注漿施工工藝

4.1 工藝試驗(yàn)

在進(jìn)行路基基底加固施工時，首先要進(jìn)行漿材配比、工藝流程及其他工序的試驗(yàn)工作，在試驗(yàn)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，確定施工方案。為了確保試驗(yàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，注漿工藝試驗(yàn)可分為線外與線下兩種試驗(yàn)方式：

第一，結(jié)合線上工況在線外合適區(qū)域進(jìn)行試驗(yàn)，該試驗(yàn)的最終目的是確定漿材的配比。首先，設(shè)置3組試驗(yàn)孔，各組孔位保持3m 距離，每組設(shè)置9 個孔位，孔間距要達(dá)到1.5m，孔深度在4m 左右，并且保證孔深進(jìn)入全風(fēng)化頁巖深度不小于0.5m。注漿順序依次為3#—7#—1#—9#—6#一4#—2#—8#—5#。試驗(yàn)孔布置見圖3。

圖3 試驗(yàn)孔平面布置

基于基底粉質(zhì)黏土的濕陷性特征，為了確保注漿工作不會對土體造成軟化而導(dǎo)致路基的進(jìn)一步下沉，在施工時，要對漿液濃度進(jìn)行合理控制，縮短漿液的凝固時間。在該試驗(yàn)中，使用了三種漿材配比來進(jìn)行試驗(yàn)，結(jié)合試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析。試驗(yàn)完成后，綜合數(shù)據(jù)分析，針對第一組注漿試驗(yàn)結(jié)果來對其進(jìn)行挖槽驗(yàn)證。結(jié)合驗(yàn)證數(shù)據(jù)可知，在全風(fēng)化頁巖分布多層次的裂隙，漿液能順利通過全風(fēng)化頁巖層，這樣注漿效果就比較好，從而形成層狀結(jié)石頭及粒狀結(jié)石。其次，因?yàn)榉圪|(zhì)黏土層中有很多劈縫，漿液進(jìn)入后可形成層狀結(jié)石，漿液彌漫至距離注漿孔5～8m 處，并從黏土比較薄弱位置向地表溢出[2]。

結(jié)合試驗(yàn)數(shù)據(jù)與驗(yàn)證結(jié)果，選擇性能最好的配比，配比比例為：水泥∶水∶速凝劑∶減水劑=1∶0.8∶0.02∶0.02，該比例實(shí)際應(yīng)用效果為良好。

總的來說，采用線下試驗(yàn)的方式主要是了解注漿順序以及注漿壓力的基本參數(shù)。首先進(jìn)行封閉外側(cè)，隔2 注1，從而形成隔斷；其次，以從外往里、由上至下的順序，隔2 注1 的方式進(jìn)行路基注漿加固施工。

在進(jìn)行側(cè)封閉孔施工的過程中，主要采用后退式分段注漿的方式進(jìn)行操作，步距30～100cm，進(jìn)行1～3 次后注漿工作完成，每米注漿0.6m2，注漿壓力不小于1.2MPa。內(nèi)側(cè)孔注漿采用后退式分段注漿，步距30～100cm，進(jìn)行1～3 次后注漿工作完成，該環(huán)節(jié)需要密切注視壓力值，要保證注漿壓力的合理性，通常來說，壓力控制要處于相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)要求，地面以下的注漿壓力要大于1.2MPa，地面以上注漿壓力要大于0.8MPa。C＇、c＇及B＇、b＇孔注漿完成后，變形觀測數(shù)據(jù)無變化；A＇、a＇孔注漿，通過分析了解到路床兩側(cè)位置存在裂紋問題，同時結(jié)合觀察信息發(fā)現(xiàn)相關(guān)的參數(shù)施工標(biāo)準(zhǔn)，此時則表示注漿工序完成。

4.2 施工工藝

工藝流程如下：

成孔鉆進(jìn)—袖閥管安裝—入套殼料制備—注漿。

4.2.1 鉆孔

在鉆孔的過程中，主要是采用多功能履帶鉆孔設(shè)備以及小型潛孔設(shè)備進(jìn)行施工，小型潛孔鉆機(jī)主要針對空間狹窄區(qū)域進(jìn)行作業(yè)。針對先前布置好的孔位，按施工設(shè)計要求進(jìn)行鉆孔作業(yè)，鉆孔操作流程要嚴(yán)格按照施工設(shè)計要求執(zhí)行，在施工過程中，要做好相關(guān)數(shù)據(jù)的記錄工作。在施工時，如果出現(xiàn)塌孔問題導(dǎo)致注漿管無法深入，就要應(yīng)用套管跟進(jìn)、加壓注漿、合理地調(diào)整孔位及調(diào)整鉆桿等方法來解決問題，確保鉆孔工作的順利完成。

4.2.2 袖閥管加工及安裝

操作階段為了能夠減少大面積鉆孔引起的路基下沉問題，在項目完成之后，要把袖閥管安裝好并且加裝套殼材料。袖閥管規(guī)格為φ76×5mm 的鋼材質(zhì)袖閥管，分段長度為2m。在地面位置以下0.3m 處鉆4 個φ1cm 的溢漿孔：地面以上1m 鉆4 個φ1cm 的 溢漿孔。然后在指定位置進(jìn)行開槽，開槽的寬度控制在30mm，深度控制在2.5mm。在開槽的位置上安裝橡皮套，另外在相鄰的結(jié)構(gòu)位置要采用焊接方式進(jìn)行連接，這樣才能夠保證后續(xù)工程的開展能夠穩(wěn)步進(jìn)行[3]。

4.2.3 注套殼料

在袖閥管注漿施工過程中，注套殼料是極其重要的環(huán)節(jié)，這個環(huán)節(jié)是花管注漿所沒有的。在施工過程中，套殼料可確保漿液在規(guī)定范圍內(nèi)橫向流動，避免出現(xiàn)上下流動異常的情況，同時，還需要做好管壁以及孔壁縫隙的控制。另外，為了能夠減少坍塌導(dǎo)致路基變形情況的出現(xiàn)，在施工的階段，要嚴(yán)格控制操作流程，并且規(guī)范配合比。配合比例為：水∶膨潤土∶水泥=1.6∶1∶1。攪拌過程為：先加入80kg 水，再加入50kg 膨潤土進(jìn)行充分?jǐn)嚢瑁詈蠹尤?0kg 水泥，攪拌均勻確保質(zhì)量達(dá)標(biāo)后，套殼料調(diào)配完成。

4.2.4 制備及注入漿液

漿液配比時，要合理控制其初凝時間與終凝時間。初凝時間控制在60min 以內(nèi)，終凝時間控制在120min 以內(nèi)。施工過程中，采用退后式的分段注漿方法進(jìn)行施工注漿的施工速度設(shè)定的為10～20L/min，特別要注意的是，每孔首次注漿完成后，要及時對注漿管進(jìn)行清洗，防止出現(xiàn)管道堵塞的問題，以確保再次注漿工作的順利進(jìn)行。

另外，注漿工作時，要嚴(yán)格按照分批分次按順序的原則進(jìn)行注漿作業(yè)，并遵循先外后內(nèi)、先下后上的流程來操作。應(yīng)用隔孔注漿方式防止孔位之間發(fā)生串漿問題。注漿次數(shù)根據(jù)實(shí)際情況而定，通常情況下以1～4 次為宜。注入量需要達(dá)到工程施工要求，另外在施工的過程中，需要采用自動流量設(shè)備以及壓力記錄設(shè)備，全程記錄施工參數(shù)[4]。

當(dāng)需要終止注漿時，通常是采用壓力控制與注漿量控制方式來進(jìn)行。以下幾點(diǎn)是終止注漿的先決條件：第一，當(dāng)注漿壓力大于或者等于1.2MPa，吸漿量小于2.5L/min，并穩(wěn)定在25min 時，終止注漿。第二，軌道、底座出現(xiàn)上抬情況時，終止注漿。第三，工程施工時，如果出現(xiàn)串漿、漿液漏失及冒漿等情況時，要立即停止注漿，并對孔位進(jìn)行清理，等漿液初凝后，再次注漿。

5 變形監(jiān)測及軌道幾何尺寸控制方法

5.1 變形監(jiān)測

在注漿施工過程中，施工人員要對其過程進(jìn)行持續(xù)觀測，并借助自動監(jiān)測儀來進(jìn)行主要的監(jiān)測工作，防止施工造成路基及軌道發(fā)生變形問題。

5.2 自動監(jiān)測

沉降位移自動監(jiān)測系統(tǒng)和平面位移自動監(jiān)測系統(tǒng)是自動檢測工作中經(jīng)常會使用到的工具。

5.2.1 沉降自動監(jiān)測系統(tǒng)

利用沉降自動監(jiān)測系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)測工作時，首先要進(jìn)行測點(diǎn)布設(shè)工作，觀測點(diǎn)一般設(shè)置在左右線底座外緣，基準(zhǔn)點(diǎn)設(shè)置在注漿區(qū)域外。同時，進(jìn)行高精度分層沉降位移計的布設(shè)，該儀器的布設(shè)可對注漿施工過程地層沉降情況做出有效的監(jiān)測，并對地層沉降情況進(jìn)行測量。

5.2.2 平面位移自動監(jiān)測系統(tǒng)

對于該系統(tǒng)而言，按照CPⅢ測量原理進(jìn)行工作，其工作過程中可對注漿施工時軌道變形問題進(jìn)行實(shí)時測量。首先，要在每個施工區(qū)域設(shè)置兩臺自動全站儀，全站儀要布設(shè)在變形部位的外圍區(qū)域。在監(jiān)測階段主要是利用棱鏡作為觀測一點(diǎn)，并且在每隔10m 的位置設(shè)置一個監(jiān)測點(diǎn)。

在注漿作業(yè)過程中，軌道上拱及下沉的情況時有發(fā)生，這些都是注漿加固工作的“后遺癥”，并且是不可避免的。但在施工過程中，也可利用其“后遺癥”對軌道進(jìn)行提升，從而對沉降漏斗情況進(jìn)行補(bǔ)救。軌道抬升時，要按照“縱向分段，左右對稱”的方式進(jìn)行，縱向分段要結(jié)合軌道單元結(jié)構(gòu)進(jìn)行注漿施工。注漿時，要確保左右孔位對稱并壓力一致，這樣可以確保軌道中心不會發(fā)生偏移；注漿施工時，要實(shí)時監(jiān)測軌道變形情況，并做到工作過程中的實(shí)時溝通及有效指揮。抬升軌道時，要根據(jù)前后軌道的實(shí)際情況留出一定的預(yù)量，防止軌道抬升太高，并且其過程還要綜合考慮注漿后的沉降情況隨時進(jìn)行調(diào)整。具體指的是，在注漿作業(yè)時，如果軌道沒有出現(xiàn)變化，就要結(jié)合施工現(xiàn)場的實(shí)際情況，對注漿位置、注漿壓力等作出合理的調(diào)整[5]。

6 注漿加固效果評價標(biāo)準(zhǔn)

在路基加固施工完成后，要對其施工質(zhì)量與效果進(jìn)行科學(xué)合理的檢測。在當(dāng)前的檢測工作中，通常會采用落錘式彎沉儀法與動力錐貫入儀法等，這幾種檢測方法具有檢測速度快、操作簡便，且不會損壞檢測物的優(yōu)點(diǎn)。結(jié)合項目實(shí)際情況，采用了落錘式彎沉儀法對路基加固施工質(zhì)量進(jìn)行檢測。

6.1 落錘式彎沉儀法

加載系統(tǒng)、位移采集系統(tǒng)及數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)是落錘式彎沉儀的重要組成部分，在實(shí)際的檢測中，系統(tǒng)會采集落錘對路基的沖擊而產(chǎn)生的信號，通過相關(guān)軟件對信號進(jìn)行分析，在信號分析結(jié)果的基礎(chǔ)上，對路面荷載能力進(jìn)行有效判斷，進(jìn)而作出合理的評價。在具體的信號收集過程中，在區(qū)域內(nèi)設(shè)置多個位移傳感器，其沖擊荷載為50kN，再結(jié)合路面的實(shí)際情況，對采集間距進(jìn)行合理設(shè)置。針對不同特性的基層瀝青路面，傳感器與荷載中心的距離也不同。具體要根據(jù)基層瀝青路面的實(shí)際情況而定。

6.2 落錘式彎沉儀法檢測結(jié)果

根據(jù)施工現(xiàn)場的實(shí)際情況，從中隨機(jī)選取4 個路段作為試驗(yàn)?zāi)繕?biāo)，采用落錘式彎沉儀法對注漿加固后的路基進(jìn)行檢測，具體數(shù)據(jù)如表1 所示。

表1 試驗(yàn)結(jié)果

從表1 數(shù)據(jù)可以看出：第一，4 個試驗(yàn)段在進(jìn)行注漿加固施工后，路基的回彈模量數(shù)值都出現(xiàn)了增大的情況，其回彈模量提高率少的達(dá)到15.2%，多的達(dá)到了32.8%，結(jié)合數(shù)據(jù)可推斷出，注漿加固施工的成效良好，符合施工設(shè)計的需求。第二，對注漿效果進(jìn)行評價時，要結(jié)合驗(yàn)收數(shù)據(jù)來判斷，如果試驗(yàn)路段驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)中所有數(shù)值都滿足施工設(shè)計的要求，則可認(rèn)定其合格。如果出現(xiàn)檢測數(shù)據(jù)達(dá)不到設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，則要進(jìn)行再次檢測，根據(jù)二次檢測結(jié)果再對其重新評價。如果還是達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)，就可評定其質(zhì)量不合格。第三，評價單元長度要達(dá)到1m，每個評價單元中，其數(shù)據(jù)要在10個以上。

7 結(jié)語

目前，在國內(nèi)現(xiàn)有的高速公路中，部分公路存在路基結(jié)構(gòu)塌陷沉降等問題，這就導(dǎo)致了公路實(shí)際使用年限降低，維修養(yǎng)護(hù)成本加大，車輛行駛安全性得不到保障。鑒于此，文章以江西高速公路A 合同段為工程案例，對項目工程中公路路面改建施工中注漿加固施工技術(shù)進(jìn)行了合理的分析與研究，總結(jié)出路基路面注漿加固過程中的重點(diǎn)與難點(diǎn)，并對其進(jìn)行深入的分析與探討，最后再結(jié)合落錘式彎沉儀法對路基注漿加固質(zhì)量進(jìn)行評價。其結(jié)果顯示，注漿加固技術(shù)的合理應(yīng)用對路基沉陷問題具有非常顯著的應(yīng)用效果，能有效地提高施工質(zhì)量與施工效率，為公路工程的整體質(zhì)量提升奠定基礎(chǔ)。