注漿加固技術(shù)在公路路基加固中的研究與應(yīng)用

劉延敏

（邢臺(tái)華辰交通建設(shè)監(jiān)理咨詢有限公司，河北 邢臺(tái) 054000）

1 注漿技術(shù)機(jī)理

注漿加固技術(shù)即通過液壓將漿液材料注入土層中，漿液材料在土層中以填充、擴(kuò)散等方式滲透到土體孔隙中去，從而取代土體中的水分或者孔隙，經(jīng)過一段時(shí)間壓力的持續(xù)作用后，與土體膠結(jié)成強(qiáng)度更高的穩(wěn)定性整體。

漿液在土體中滲透擠密的過程中，沿著土體孔隙方向形成不規(guī)則漿脈。由于土體本身具有不均勻性，漿液在土體中滲透過程中，一方面注漿孔附近的土體形成了類似圓柱狀漿體，周圍土體的性質(zhì)由于漿液的填充擠壓被有效改善，形成一定范圍的塑性區(qū)，而離注漿孔較遠(yuǎn)位置的土層形成彈性區(qū)，使注漿孔附近土體的整體密度得以提高；另一方面，在漿液向土體滲透的過程中，土體內(nèi)部裂縫不斷擴(kuò)散，形成形狀各異、薄厚不一的塊狀漿體，漿液與土體的接觸面積不斷擴(kuò)大，隨著漿液的凝固，漿液與土體之間形成緊密而粗糙的接觸，兩者相互作用，起到控制沉降、提高承載力的作用。注漿加固根據(jù)加固原理的不同，可分為劈裂、滲透、壓密加固。

1.1 劈裂加固技術(shù)及機(jī)理

劈裂作用是指通過帶有一定壓力的漿液通過注漿孔對(duì)注漿孔附近的土體施加附加壓力，當(dāng)附加壓力大于土層的抗拉強(qiáng)度時(shí)，土層會(huì)沿著注漿方向發(fā)生剪切破壞，使土體中原有的額裂縫和孔隙進(jìn)一步擴(kuò)大，或者形成新的裂縫，從而增加漿液也土體中的擴(kuò)散距離，與土體形成整體的骨架。漿液在土體中并不會(huì)和土體發(fā)生混合，而是兩者仍然保持各自的形態(tài)，因此土體只是固結(jié)作用增加，本身的物理力學(xué)特性并不會(huì)發(fā)生過大的變化。

采用劈裂加固時(shí)，對(duì)注漿壓力的要求較高，注漿壓力越大，漿液在土體中的擴(kuò)散距離也就越大。但注漿壓力過大，則可能會(huì)對(duì)路基路面結(jié)構(gòu)層產(chǎn)生破壞，總結(jié)前人施工經(jīng)驗(yàn)，在公路路面基層加固中，注漿壓力應(yīng)控制在0.2MPa。

1.2 滲透加固技術(shù)及機(jī)理

滲透注漿和劈裂注漿不同，注漿壓力不足以破壞土體，通過較低的注漿壓力將漿液滲透到土體孔隙中，替代土體中的孔隙和水。漿液在土體中和土顆粒發(fā)生一定的化學(xué)反應(yīng)，增強(qiáng)土顆粒之間的膠結(jié)力，從而提高土體的強(qiáng)度和抗?jié)B性能，漿液在土體中的擴(kuò)散方式有球面擴(kuò)散和柱面擴(kuò)散兩種。

漿液滲透過程中，并不會(huì)對(duì)土顆粒之間的排列方式產(chǎn)生過大的改變，只是通過注漿壓力克服土體阻力，滲透到土體顆?？紫吨g，使土顆粒形成整體。由于注漿壓力較小，漿液在土體中的擴(kuò)散距離和加固效果主要和土體的滲透性和密實(shí)度相關(guān)，土體滲透性越好，則漿液的擴(kuò)散距離越大。

1.3 壓密加固技術(shù)及機(jī)理

與劈裂注漿及滲透注漿不同，壓密注漿將濃度很大的漿液通過注漿孔，強(qiáng)行擠向土體，由于漿液透不過土體的裂縫，因此不會(huì)土體發(fā)生混合，而是自下而上形成樁式柱體，在注漿點(diǎn)位置形成球狀漿液泡，通過漿液的擠壓使土體的密實(shí)度增加。在注漿泡范圍內(nèi)全部為漿液，在注漿泡相鄰范圍土體由于漿液的擠壓發(fā)生塑性變形，而離注漿泡較遠(yuǎn)范圍的土體發(fā)生彈性變形，提高土體的整體強(qiáng)度，如圖1所示。

圖1 壓密注漿擴(kuò)張?jiān)韴D

壓密注漿過程中，隨著漿柱體積的增加，漿液對(duì)土體的壓力由水平方向逐漸向豎直方向變化，對(duì)基礎(chǔ)的加固效果也逐漸增大。注漿泡形成后，注漿泡的半徑和注漿壓力成正比，但當(dāng)注漿產(chǎn)生的上抬力大于上層覆土的重量時(shí)，注漿壓力不再增加，應(yīng)停止注漿。

2 注漿加固施工質(zhì)量控制關(guān)鍵技術(shù)研究

路基路面注漿加固效果與注漿加固方案和施工質(zhì)量的控制密切相關(guān)，其中注漿加固方案內(nèi)容應(yīng)包括注漿材料的配合比、注漿孔平面布置、注漿深度及注漿壓力等，注漿施工質(zhì)量控制包括漿液的制造儲(chǔ)存、鉆孔與注漿質(zhì)量控制等。

2.1 注漿加固方案關(guān)鍵技術(shù)研究

針對(duì)公里路基以下地基土強(qiáng)度不滿足施工要求的情況，通過注漿壓力將配置好的漿液通過注漿孔注入被加固土體中，在劈裂、滲透、壓密作用下，使土體發(fā)生固結(jié)擠密，從而提高軟弱土體的密實(shí)度，達(dá)到路基加固的目的。注漿方案的確定應(yīng)從注漿材料配合比、注漿孔平面布置、注漿深度及注漿壓力等方面進(jìn)行確定。

2.1.1 注漿材料配合比

根據(jù)相關(guān)規(guī)范，對(duì)注漿材料進(jìn)行室內(nèi)及室外試驗(yàn)，試驗(yàn)表明：注漿后土體的強(qiáng)度和注漿材料中水泥含量成正相關(guān)，水泥含量越大則土體的強(qiáng)度越高，凝結(jié)時(shí)間越短；另外，水玻璃和氯化鈣也是影響土體強(qiáng)度和凝結(jié)時(shí)間的主要因素，影響強(qiáng)度由高到低依次為水泥含量、水玻璃、氯化鈣。因此，本次漿液的配合比設(shè)計(jì)為：水灰比為1∶1，水泥漿∶水玻璃∶氯化鈣溶液的質(zhì)量比為1000∶25∶2，注漿液的凝結(jié)時(shí)間、結(jié)石率及流動(dòng)性均能較好地滿足施工要求。

2.1.2 注漿孔平面布置及深度

進(jìn)行注漿孔布置時(shí)，既要保證不存在漏注區(qū)域，也要防止注漿交叉區(qū)域過多，從而造成漿液浪費(fèi)?？紤]到路基坡面較大，可采用多排注漿布置，需要確定最佳排距Rm和灌漿孔距l(xiāng)，可通過公式（1）～（2）計(jì)算得出。

式（1）～（2）中：Rm為最佳排距；r為灌漿半徑；l為灌漿孔距；T為有效厚度。

圖2 注漿孔布置間距圖

采用等邊布置，根據(jù)式（1）～（2）可以得到孔間距表，如表1所示。

表1 孔間距表

注漿深度應(yīng)根據(jù)路基的結(jié)構(gòu)形式及荷載情況進(jìn)行確定，對(duì)于軟弱地基而言，注漿深度應(yīng)大于持力層深度或者壓縮層以下附加壓力為自重應(yīng)力三分之一處；挖方路段，注漿深度約為3m，填方路段注漿深度和路基高度成正比。

2.1.3 注漿壓力

注漿壓力的大小和土體性質(zhì)及埋深有關(guān)，根據(jù)地基處理基礎(chǔ)規(guī)范，不同土體性質(zhì)下注漿壓力的經(jīng)驗(yàn)取值如表2所示。

表2 注漿壓力選擇

注漿壓力不宜過大，過大則容易引起路面土體隆起，隆起值的大小和路面土體的重度、地面的荷載及注漿的深度等因素有關(guān)。因此，在進(jìn)行確定注漿壓力過程中，在表2的基礎(chǔ)之上，還需要針對(duì)工程的具體情況進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，以減少對(duì)現(xiàn)狀路基造成的影響，保證工程質(zhì)量。一般情況下以地面結(jié)構(gòu)不出現(xiàn)隆起或局部出現(xiàn)少量隆起為確定地基允許注漿壓力的基本原則。

2.2 注漿施工質(zhì)量控制關(guān)鍵技術(shù)研究

2.2.1 制漿和儲(chǔ)漿過程質(zhì)量控制

按照設(shè)計(jì)配合比，配置水灰比為1∶1 的水泥漿液，水泥漿液攪拌時(shí)間不小于3min，然后依次加入氯化鈣溶液、水玻璃溶液，攪拌時(shí)間均不低于30s。將攪拌好的注漿液進(jìn)行過濾，且其使用時(shí)間（從制備到使用完畢）不應(yīng)超過其初凝時(shí)間。攪拌完畢后利用比重計(jì)法對(duì)注漿液的密度進(jìn)行測(cè)定，如表3所示，本次制備注漿液密度為1.45～1.55g/cm3。制好的漿液由專門的儲(chǔ)漿罐儲(chǔ)存，儲(chǔ)存罐需具有二次攪拌能力，防止?jié){液沉淀析水。

表3 注漿液密度控制標(biāo)準(zhǔn)

2.2.2 孔位放樣質(zhì)量控制

在鉆孔前對(duì)孔位進(jìn)行準(zhǔn)確放樣，有利于降低因跳孔施工造成的漏孔問題，從而保證注漿施工整體質(zhì)量，具體做法如下：

（1）根據(jù)設(shè)計(jì)的孔位間距利用紅色油漆進(jìn)行防線，孔位為梅花形布置；

（2）對(duì)孔口進(jìn)行編號(hào)，編號(hào)方式清晰明了；

（3）繪制孔位平面示意圖，并在圖中標(biāo)明孔位編號(hào)及施工順序，以便指導(dǎo)后續(xù)鉆孔、注漿施工。

（4）孔口放樣完畢后，進(jìn)行檢查驗(yàn)收后方可施工，檢查內(nèi)容如表4所示。

表4 孔位放樣質(zhì)量檢查

2.2.3 注漿質(zhì)量控制

（1）鉆孔后需要及時(shí)埋設(shè)注漿管，為防止注漿液滲入路面結(jié)構(gòu)層，止?jié){塞的位置應(yīng)設(shè)置在路面結(jié)構(gòu)層以下。

（2）注漿時(shí)，注漿量和注漿壓力應(yīng)根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行控制，同時(shí)觀察注漿口附近土體是否出現(xiàn)隆起，及時(shí)調(diào)整注漿量及注漿壓力。若施工過程中必須中斷注漿，則需要嚴(yán)格控制注漿量，且注漿間斷時(shí)間不大于漿液的初凝時(shí)間。

3 注漿加固效果評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

對(duì)于路基加固效果的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)有很多種，常見的路基加固效果檢測(cè)方法有落錘式彎沉儀法、動(dòng)力錐貫入儀法等。為快速、簡(jiǎn)潔、無損地對(duì)路基注漿加固效果進(jìn)行檢查，本文采取落錘式彎沉儀法對(duì)路基注漿質(zhì)量進(jìn)行檢測(cè)。

3.1 落錘式彎沉儀法

落錘式彎沉儀是由加載系統(tǒng)、位移采集系統(tǒng)及數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)等組成，在工作過程中，通過采集落錘對(duì)路基的沖擊而產(chǎn)生的變形，并利用計(jì)算機(jī)對(duì)采集到的信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，從而對(duì)公路路面的承載力進(jìn)行評(píng)價(jià)。

在進(jìn)行數(shù)據(jù)采集過程中，布置9個(gè)位移傳感器，沖擊荷載為50kN，采集點(diǎn)分別位于注漿孔兩側(cè)，根據(jù)路面結(jié)構(gòu)形式的不同，采用不同的采集間距，對(duì)于柔性基層瀝青路面，傳感器距離荷載中心為2.5m，半剛性基層瀝青路面結(jié)構(gòu)傳感器距離荷載中心為3.5m。

3.2 落錘式彎沉儀法檢測(cè)結(jié)果

選取4個(gè)試驗(yàn)段為研究對(duì)象，對(duì)注漿完成后的路基強(qiáng)度采用落錘式彎沉儀法進(jìn)行檢測(cè)，試驗(yàn)結(jié)果如表5所示。

表5 試驗(yàn)結(jié)果

由表5可知：

（1）不同試驗(yàn)段處路基注漿后，路基的回彈模量均出現(xiàn)不同程度的增加，回彈模量提高率在15.2%～32.8%，表明注漿加固效果好，滿足規(guī)范要求。

（2）對(duì)注漿效果進(jìn)行評(píng)價(jià)時(shí)，當(dāng)驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)中的所有指標(biāo)均滿足時(shí)，評(píng)定為合格，對(duì)于不合格檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行復(fù)測(cè)，若仍達(dá)不到規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)則視為不合格。

（3）選取評(píng)價(jià)單元時(shí)，應(yīng)保證評(píng)價(jià)單元長度為1km左右，且評(píng)價(jià)單元中評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)不少于10個(gè)。

4 結(jié)語

本文以河北省既有公路改建項(xiàng)目為工程背景，首先對(duì)既有公路路面改建過程中注漿加固施工技術(shù)的分類及加固機(jī)理進(jìn)行了研究，然后對(duì)路基路面注漿加固過程中的注漿加固方案及施工質(zhì)量控制的關(guān)鍵點(diǎn)進(jìn)行了分析，最后利用落錘式彎沉儀法對(duì)路基注漿加固效果評(píng)價(jià)。結(jié)果表明：注漿技術(shù)能夠節(jié)約施工成本，操作比較簡(jiǎn)單，能夠?qū)仿坊M(jìn)行有效加固，在實(shí)際施工過程中應(yīng)從注漿加固方案及施工質(zhì)量?jī)蓚€(gè)方面對(duì)注漿質(zhì)量進(jìn)行控制。