注漿加固處理技術在高速公路路基施工中的應用

李博

（河北高速公路集團有限公司青銀分公司，河北石家莊 050091）

0 引言

注漿加固技術是將具有特定性質的材料或者漿液，通過高壓注入到巖土體的內部，對原有巖土體進行充填或置換，經(jīng)過一定時間的凝固后，對原有土體進行加固、防滲或者堵漏的一種技術。在高速公路路基施工過程中，往往會出現(xiàn)軟弱地基等情況，在受力不均勻的情況下，從而產(chǎn)生路基的不均勻沉降，因此在路基施工前需要對軟弱地基進行處理。注漿加固技術具有施工快、成本低等優(yōu)點，在高速公路建設中應用廣泛，在淤泥、淤泥質土、黏性土、粉土、黃土、砂土、人工填土和碎石土等地基中的加固效果較好，在含有較多的大粒徑塊石、堅硬黏性土、卵礫石、大量植物根莖或有較多有機質的地基中的加固效果稍差。本文以青銀高速公路養(yǎng)護為背景，對注漿加固技術在高速公路路基建設中的應用進行闡述，供同類工程參考。

1 工程概況

青銀高速公路河北段是河北南部重點工程，打通全國五縱七橫的同時，大幅緩解了G308國道的交通壓力。青銀高速公路河北段于2005年底完成通車，至今已超過15年，道路路面出現(xiàn)了不同程度的病害，其中最大裂縫寬度達到25mm，最大沉降30cm，經(jīng)過實地調查發(fā)現(xiàn)，路基所在的區(qū)域多存在低路基及水位高等情況。需要對原有路基進行加固處理，控制路面沉降，針對該段工程的地質條件及工程具體要求，可對該段采用注漿加固技術進行路基加固處理。

根據(jù)工程地質勘察報告，青銀高速路基病害段以下大致可分為5層，從上到下如表1所示。

表1 土層參數(shù)

2 注漿加固處理技術

2.1 注漿加固處理技術機理

注漿加固處理技術是利用鉆機將注漿管鉆至土層預定位置，然后以20～40MPa的高壓將具有特定性質的漿液噴射出來，在高壓作用下，土體發(fā)生破壞，土顆粒從土體剝落下來，并在外力作用下與漿液混合在一起，并按照一定的規(guī)律重新排列，一段時間后，漿液凝固，從而形成高強度的固結體。

在進行注漿過程中，鉆孔除對其附近的土體進行擠壓外，還會對漿液附近的土體進行剪切，漿液和未置換出去的土體形成復合圓柱體，并產(chǎn)生塑性變形。在土體擠壓過程中，土體的密度會提高，且隨著漿液的不斷注入，不斷形成不同方向的團塊狀、條狀等漿體，與土體緊密結合，最終形成不規(guī)則形狀的樁柱體，這些樁柱體與周圍土體相互作用形成復合式地基，從而達到提高路基承載力的目的。

2.2 注漿加固處理施工方案

考慮到施工進度及施工成本，對病害路段的加固選擇高壓旋噴樁單管法，將一定水灰比的水泥漿通過高壓旋噴管注入軟弱地基土層中，形成水泥土樁體復合地基，從而對地基的強度及剛度進行改善。

2.2.1 注漿加固技術設計參數(shù)及布置

（1）固結體直徑確定：注漿固結體的直徑一般按照經(jīng)驗進行選取，根據(jù)國內外施工經(jīng)驗，旋噴樁的直徑可參考表2。

表2 固結體直徑

（2）樁長及搭接長度的確定

樁端一般應按相對硬層埋深以及建筑物地基變形允許值確定。樁長與樁強度、樁承載力的綜合，決定了高壓噴射注漿法在實際工程設計中方案的選擇。

需要相鄰樁相互搭接形成整體時，應考慮施工垂直度誤差等，設計樁徑相互搭接不宜小于300mm。尤其在截水工程中尚需要采取可靠方案或措施保證相鄰樁的搭接，防止截水失敗。

（3）孔位布置設計

在進行布孔設計時，盡量使得各樁體的受力均勻，且在下沉比較嚴重的部位應適當加密布孔，布孔的總面積如公式（1）所示。

式（1）中：A為布孔的總面積；F為地基承載力安全系數(shù)；σ為樁體的極限承載力。

（3）注漿量的確定

常見的注漿量計算方法有兩種：體積法及噴量法，本文通過體積法確定施工方案中的注漿量，如公式（2）所示。

式（2）中：Q為注漿量；D為設計固結體積直徑；K為填充率；h為旋噴樁長度；α為折減系數(shù)；β為損失系數(shù)。

2.2.2 單管高壓旋噴樁施工

根據(jù)方案的對比分析，單管旋噴樁的加固直徑選擇600mm，且樁底插入最下側土層50cm以上，并且樁頂位于②土層底部，樁長根據(jù)土層參數(shù)確定。而且在確定引孔直徑時，略大于旋噴鉆頭直徑即可，盡可能減少對路面的破壞。加固體的28天容許抗壓強度不小于1.5MPa，極限抗壓強度不小于3.0MPa，在進行布孔時，采取等邊三角形布置，樁間距L=1.8m，圖1所示。

圖1 等邊三角形布置

單管旋噴樁實際施工流程如圖2所示。

圖2 單管旋噴樁實際施工流程

在進行施工時需要注意以下事項：

（1）鉆（引）孔：根據(jù)實際地層情況、鉆孔深度及鉆孔設備等因素確定鉆孔方法，對于施工深度較大（30m以上）或者土層較堅硬的情況，一般在二重管和三重管旋噴法施工中，采用地質鉆機鉆孔。

（2）插管：鉆孔與插管兩道工序往往合二為一，鉆孔完成后應盡快插管，但在使用地質鉆機鉆孔時，在進行插孔管前，還需要拔出巖芯管。為防止泥沙進入噴嘴里面，導致堵塞，可邊射水、邊插管，水壓力一般不超過1MPa。

（3）噴漿：插管完成后，自下而上進行噴射注漿，噴漿時應根據(jù)土質、地下水等環(huán)境對噴漿壓力、提升速度進行調整。

（4）補漿：由于漿液的析水作用，噴漿完成后，在固結體頂部會出現(xiàn)收縮凹陷，對地基加固不利，可采用二次注漿的方法對固結體頂部進行第二次注漿。

2.3 注漿加固處理施工質量檢驗及檢測

2.3.1 施工質量檢驗

在進行注漿加固施工時，需要對注漿加固質量進行檢驗，以保證后期施工的安全。施工質量檢驗主要包括注漿孔位置、鉆具垂直度、噴射注漿起始標高、注漿管的長度、噴射灌漿壓力等方面。施工過程中應嚴格控制施工參數(shù)及材料用量，對每道工序進行嚴格控制，并設置專人進行跟蹤驗收。

2.3.2 固結體質量檢測

注漿施工完成后，根據(jù)工程要求需進行開挖檢查或者取芯等試驗對固結體質量進行檢測，并結合工程測試、觀測資料及實際效果綜合評價加固效果。相較于開挖檢查法，鉆孔取芯是檢驗單孔固結體質量的常用方法。首先選取具有代表性加固區(qū)的單孔固結體為檢測對象，在施工完成28d后或未凝固前進行鉆孔取芯，檢測對象的數(shù)量為施工孔數(shù)的1%，且不應少于3點。

針對本工程實際情況，共選取25根單樁為檢測對象，取芯位置距注漿中心200mm左右，取芯管直徑89mm，進行室內28d無側限抗壓強度試驗，試驗結果表明：高壓旋噴樁的質量評價為優(yōu)（15根）、良（10根），旋噴樁樁徑均不小于600mm，處理范圍合理。對工程結束3個月后的路面沉降進行監(jiān)測，路面累計沉降值小于10mm，且趨于穩(wěn)定，表明加固效果良好，路面完整。

3 結語

本文以青銀高速病害段路基處理工程為背景，對注漿處理技術在地基加固中的應用進行了研究。首先對青銀高速病害段的工程概況進行了介紹，然后研究了注漿加固技術的原理及施工流程，并結合工程實際情況確定了注漿加固施工方案，最后對施工過程中及施工完成后的注漿加固質量進行了檢測，檢測結果表明：加固處理后，該段路基沉降量及穩(wěn)定性均在規(guī)范允許的范圍之內。表明本段路基注漿加固施工方案合理可行，且注漿加固處理對路基不均勻沉降病害的處理是有效的。