高速公路工程路基沉陷注漿施工技術(shù)分析

王 娟

(山西路橋第六工程有限公司六分公司,山西 晉中 045000)

1 項(xiàng)目背景

此高速公路工程項(xiàng)目的全線長(zhǎng)度為23.75 km，起訖樁號(hào)為K61+320—K85+070，采用的是雙向四車道，設(shè)計(jì)的行車速度為100 km/h。通過(guò)對(duì)高速公路工程項(xiàng)目進(jìn)行勘察可知，發(fā)生路基沉陷現(xiàn)象的路基長(zhǎng)度大約為56 m，路基的沉陷深度是12 cm，大部分處在挖填交接部位，其中路基的左側(cè)屬于挖方路基，路基的右側(cè)屬于填方路基，沉陷位置是右側(cè)路基，而下坡路段1%區(qū)域的路基沉陷較為嚴(yán)重，沉陷深度大于25 cm。此項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)巖土條件見表1?？紤]到項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)巖土條件及路基沉陷情況等，經(jīng)過(guò)綜合分析、討論以及研究后確定采用注漿施工技術(shù)進(jìn)行路基沉陷處治。

表1 高速公路巖土層條件

2 路基注漿加固的關(guān)鍵因素

2.1 沉陷原因

1)路基裂縫。高速公路項(xiàng)目施工及運(yùn)營(yíng)階段，考慮到不同因素的影響，路基容易發(fā)生裂縫問(wèn)題，并且隨著時(shí)間的推移裂縫就會(huì)延伸、擴(kuò)大，從而形成路基沉陷。

2)回填及碾壓不當(dāng)。若是路基回填作業(yè)速度相對(duì)偏快，且碾壓施工不到位，就無(wú)法保證路基壓實(shí)度符合規(guī)定要求[1]。同時(shí)高速公路投入運(yùn)行之后，路基受到車輛荷載的長(zhǎng)期作用就會(huì)被壓實(shí)，從而引發(fā)路基沉陷現(xiàn)象。

3)勘察工作不全面。前期勘察工作不到位，導(dǎo)致路基施工時(shí)影響了地下水系統(tǒng)，從而間接影響了路基結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度與承載力?？紤]到路基采用的填料類型比較多，且性質(zhì)各不相同，受到荷載作用后路基容易發(fā)生不均勻沉降，從而引發(fā)路基沉陷問(wèn)題。

4)養(yǎng)護(hù)不到位。在高速公路路面發(fā)生裂縫、龜裂等相關(guān)病害后未能立即處治養(yǎng)護(hù)，雨水就會(huì)順裂縫進(jìn)入到路基，同時(shí)受到車輛荷載后就會(huì)形成水壓力不斷地沖刷土層，從而加劇了路基沉陷病害。

2.2 注漿技術(shù)機(jī)理

從本質(zhì)上分析，注漿技術(shù)指的是通過(guò)路面鉆孔，然后選擇液壓、氣壓等相關(guān)注漿設(shè)備把水泥漿液以管道的方式灌注至地基內(nèi)，其中水泥漿液與土?xí)霈F(xiàn)物理反應(yīng)，受壓力的影響，漿液會(huì)滲入將土顆粒間的縫隙填滿，提升土顆粒的密實(shí)度，同時(shí)水泥漿和土顆粒經(jīng)過(guò)離子交換，能夠增強(qiáng)土顆粒的粘聚力，待水泥漿液硬化之后就會(huì)形成膠體結(jié)構(gòu)，從而顯著提升路基結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性[2]。

2.3 注漿方式與材料

注漿方式主要包含了滲入注漿、劈裂注漿以及壓密注漿，其中滲入注漿方式應(yīng)用較為普遍。滲入注漿指的是依托于注漿壓力使水泥漿液滲入至土體孔隙與裂縫，所以必須保證漿液水泥顆粒尺寸小于土體孔徑，而且隨著注漿壓力的不斷增大，漿液擴(kuò)散面就會(huì)相應(yīng)地?cái)U(kuò)大，土體吸漿量也變大。縱觀注漿技術(shù)實(shí)際使用情況，基本采用的注漿材料為普通硅酸鹽水泥與水泥凈漿(無(wú)任何外加劑)[3]?？紤]到純水泥凈漿的凝結(jié)時(shí)間相對(duì)偏長(zhǎng)，且抗水害性能比較差，所以需要從水泥漿液中摻入適量的水玻璃或者是石灰，以縮短水泥漿液的凝結(jié)時(shí)間。通過(guò)提升漿液的滲透性能可以顯著增強(qiáng)路基的加固效果，所以應(yīng)從水泥漿液中摻入適量的磷酸二氫銨，以增強(qiáng)水泥漿液的滲透性能。

3 施工技術(shù)

3.1 施工準(zhǔn)備

通過(guò)對(duì)高速公路工程項(xiàng)目進(jìn)行全面調(diào)查研究，確定路基沉陷段地形與地質(zhì)條件，并對(duì)土體塑限、液限以及最佳含水量等指標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)。結(jié)合沉陷段土質(zhì)條件以及對(duì)漿液凝結(jié)時(shí)間的要求，通過(guò)室內(nèi)試驗(yàn)確定最佳的水泥漿液配合比。同時(shí)在項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施注漿試驗(yàn)，重點(diǎn)測(cè)試此段路基的漿液注入率與擴(kuò)散面積，然后選擇布孔間隔距離以及繪制注漿圖，并準(zhǔn)確計(jì)算材料用量，最后按照注漿圖實(shí)施測(cè)量放樣，合理設(shè)置水準(zhǔn)點(diǎn)與控制點(diǎn)。

3.2 布孔與鉆孔

從路基沉陷部位以梅花樁方式布設(shè)注漿鉆孔，其中孔間隔距離為1.0 m，使加固土體從平面、空間上連為整體，而且布孔范圍必須大于路基沉陷范圍，若是路基沉陷比較嚴(yán)重，則應(yīng)結(jié)合施工實(shí)際情況對(duì)孔間隔距離進(jìn)行合理調(diào)整[4]。若是受到現(xiàn)場(chǎng)條件的限制，無(wú)法在設(shè)計(jì)要求的位置進(jìn)行布孔，則需要保證不會(huì)對(duì)其他鉆孔造成影響的基礎(chǔ)上，就近進(jìn)行鉆孔。

實(shí)施路基加固處治時(shí)，考慮到路面結(jié)構(gòu)層較為堅(jiān)硬，所以需要選擇XY-1型百米鉆機(jī)，以沖擊方法進(jìn)行成孔作業(yè)，其中孔徑控制在70～90 mm，深度控制在6～7 m，同時(shí)鉆入地基原狀土層深度為0.5 m。鉆孔施工階段必須使鉆機(jī)的底座處于水平狀態(tài)，然后采取有效措施進(jìn)行固定處理，以免注漿孔出現(xiàn)傾斜現(xiàn)象。

3.3 埋管與注漿

此項(xiàng)目選擇的是振動(dòng)式沉管機(jī)，把高壓花管(其直徑Φ=20 mm)沉入到注漿孔之中?？紤]到注漿管的下部存在很多小孔，需要把小孔與注漿管的下部開口進(jìn)行多層封閉處理。注漿管應(yīng)保證一次性放置到位，注漿管與孔底孔口位置要預(yù)留0.5 m。采用小型攪拌機(jī)進(jìn)行水泥砂漿制作，選擇的為摻入適量速凝劑的普通硅酸鹽水泥，將水灰比控制為0.8。采用高壓注漿機(jī)實(shí)現(xiàn)水泥砂漿的有效灌入，其中注漿壓力控制為1 MPa。注漿模式是“由外至內(nèi)”的間隔注漿，首先從路基沉陷位置的外部進(jìn)行注漿，每間隔一排、一孔進(jìn)行注漿，呈現(xiàn)為環(huán)形包圍狀態(tài)，同時(shí)中間位置需要隔排、隔孔注漿，最后實(shí)施加密注漿[5]。在注漿施工階段必須認(rèn)真、仔細(xì)觀察孔內(nèi)漿液變化狀態(tài)以及鄰孔與周圍狀況，若是存在漏漿或是路面鼓起等現(xiàn)象，則應(yīng)及時(shí)采取有效措施處理，問(wèn)題解決后才能夠繼續(xù)進(jìn)行注漿。待水泥漿液達(dá)到凝結(jié)狀態(tài)之后，在收縮作用影響下路基會(huì)產(chǎn)生裂縫，所以要結(jié)合具體情況進(jìn)行補(bǔ)漿處理。

4 質(zhì)量檢測(cè)

4.1 標(biāo)準(zhǔn)貫入法

路基沉陷位置在注漿前、后分別取芯實(shí)施標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)，具體結(jié)果見表2。

表2 標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)結(jié)果

根據(jù)表2試驗(yàn)結(jié)果可知，采用注漿技術(shù)加固處理之后，路基密實(shí)度得到了顯著提升，也進(jìn)一步增強(qiáng)了路基結(jié)構(gòu)的承載力。注漿前錘擊次數(shù)均值為5，而注漿后錘擊次數(shù)均值為15，由此表明路基密實(shí)度得到了顯著提升；注漿前路基的承載力均值為126 kPa，而注漿后路基的承載力均值為280 kPa，由此表明路基結(jié)構(gòu)承載力得到了顯著增強(qiáng)。

4.2 沉降觀測(cè)

待注漿施工完成28 d后需要對(duì)路基進(jìn)行沉降觀測(cè)，未發(fā)現(xiàn)路基沉降現(xiàn)象，同時(shí)施工后1年后路基也未出現(xiàn)沉降，由此表明注漿技術(shù)效果表現(xiàn)良好，有效增強(qiáng)了路基結(jié)構(gòu)承載力與穩(wěn)定性。

5 總 結(jié)

本文結(jié)合高速公路工程項(xiàng)目實(shí)際情況，綜合分析了路基沉陷注漿施工技術(shù)，主要包含了施工準(zhǔn)備、布孔、鉆孔、埋管與注漿等，并對(duì)注漿加固效果進(jìn)行了檢測(cè)。實(shí)踐表明，采用注漿技術(shù)有效提升了路基結(jié)構(gòu)的承載力與穩(wěn)定性，保證了高速公路的安全行車。

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