公路路基沉陷注漿施工技術(shù)的應(yīng)用

摘要 為了保證路基沉陷段的行車安全，可對(duì)其注漿加固。文章以某省道公路為研究對(duì)象，分析了路基沉陷原因，從注漿材料制備、注漿孔布置、注漿參數(shù)計(jì)算、注漿和封孔等方面分析了路基沉降注漿的施工要點(diǎn)。隨后，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)與有限元方法相結(jié)合的方法，對(duì)路基沉陷路段的注漿加固效果進(jìn)行了綜合評(píng)價(jià)，研究成果可為類似路基的沉陷施工提供借鑒。

關(guān)鍵詞 公路工程；路基沉陷；注漿加固；施工要點(diǎn)；施工效果

中圖分類號(hào) U416 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 2096-8949（2025）02-0078-03

0 引言

近年來(lái)，基礎(chǔ)交通設(shè)施不斷完善，公路建設(shè)里程逐年增加。若路基施工時(shí)壓實(shí)不當(dāng)，在受雨水、車輛荷載等因素影響后，容易出現(xiàn)沉陷問(wèn)題，從而影響行車安全。為了解決這一問(wèn)題，需及時(shí)對(duì)路基沉陷段進(jìn)行處理。注漿法因具有施工簡(jiǎn)單、成本低、加固效果好等優(yōu)勢(shì)，在路基沉降加固中得到應(yīng)用廣泛。因此，進(jìn)一步研究公路路基沉陷注漿技術(shù)具有重要意義。

1 路基沉陷原因分析

（1）工程概況

該文依托項(xiàng)目為省道S248線公路，其設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為一級(jí)公路，路基寬度為18 m，雙向兩車道，設(shè)計(jì)速度為80 km/h，路面結(jié)構(gòu)為瀝青混凝土。該公路經(jīng)過(guò)多年運(yùn)營(yíng)，局部路基出現(xiàn)了沉陷問(wèn)題，尤其是半填半挖路基段。如果不加以處理，可能導(dǎo)致滑坡，影響行車安全。

經(jīng)勘察，公路沿線的地層為素填土、砂土、全風(fēng)化砂巖、強(qiáng)風(fēng)化砂巖、基巖，不同巖土體的物理力學(xué)參數(shù)見(jiàn)表1所示。同時(shí)，公路所在區(qū)域?yàn)閬啛釒駶?rùn)性季風(fēng)氣候，年平均氣溫為18.5～21.0℃，雨量充沛，年降雨量可達(dá)1 500～2 200 mm。

（2）路基沉陷原因

經(jīng)分析，該道路沿線出現(xiàn)路基沉陷的原因可能有以下三個(gè)方面：一是路基填筑期間分層厚度過(guò)大或碾壓遍數(shù)不足，導(dǎo)致路基局部的壓實(shí)度不足；二是填挖交界未能嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)文件開(kāi)挖臺(tái)階，雨水通過(guò)填挖交界面滲入路基內(nèi)部，使土體軟化，強(qiáng)度降低；三是超載或重載車輛增加，路基的設(shè)計(jì)承載力不足，也會(huì)導(dǎo)致路基局部沉陷。為了恢復(fù)道路的路用性能和服務(wù)水平，擬采用“注漿法”對(duì)沉陷段的路基進(jìn)行加固。

2 路基沉陷注漿施工要點(diǎn)

2.1 注漿材料和注漿孔

（1）注漿材料制備

在路基沉陷段，可注入水泥漿進(jìn)行加固，其中水泥采用P.O42.5普通硅酸鹽水泥，28 d抗壓強(qiáng)度不低于5.0 MPa。當(dāng)單孔注漿量＜1.0 t時(shí)，漿液水灰比取0.8；當(dāng)單孔注漿量≥1.0 t時(shí)，漿液水灰比可適當(dāng)降低，取0.5。水泥漿在地下水作用下容易稀釋和流失，且固結(jié)速率慢，從而對(duì)路基沉陷的加固效果產(chǎn)生不利影響。此時(shí)，可在水泥漿中加入石灰或水玻璃作為速凝劑，以縮短水泥漿凝結(jié)時(shí)間。結(jié)合工程經(jīng)驗(yàn)，石灰的摻量可取5.0%～10.0%，水玻璃的摻量可取3.0%左右[1]。

水泥漿嚴(yán)格按照以下步驟制備：按配合比計(jì)算出水泥、水、速凝劑等原材料的用量—將原材料緩慢倒入攪拌機(jī)進(jìn)行充分、均勻拌和，且拌和時(shí)間不小于3 min—施工人員動(dòng)態(tài)觀測(cè)攪拌情況，如無(wú)明顯沉淀，可停止攪拌—將攪拌成的注漿漿液倒入專門容器儲(chǔ)存，并定期人工攪拌，以免沉淀或結(jié)塊。

（2）注漿孔布置

目前，路基沉陷段注漿孔布設(shè)方式有單孔、雙孔、三孔、四孔、五孔、連續(xù)布孔等，其中連續(xù)布孔的加固效果最好。鑒于此，該道路采用雙排交錯(cuò)連續(xù)布孔的方式，布孔間距取2.0 m，如圖1所示：

在鉆孔放樣結(jié)束后，安裝鉆機(jī)，待鉆機(jī)調(diào)試無(wú)誤后開(kāi)始鉆孔施工。鉆孔應(yīng)堅(jiān)持“一孔一注”的基本原則，不得先鉆孔再注漿，否則容易產(chǎn)生“串漿”問(wèn)題，影響加固效果。在鉆孔期間，應(yīng)安排專職人員動(dòng)態(tài)測(cè)定鉆孔的位置、垂直度、孔底沉渣等，確保垂直度誤差≤1.5%、偏位≤5.0 cm、孔底沉渣厚度≤20 cm。鉆孔結(jié)束后，及時(shí)向監(jiān)理工程師申請(qǐng)質(zhì)量驗(yàn)收，驗(yàn)收合格后及時(shí)進(jìn)行注漿[2]。

2.3 注漿參數(shù)確定

（1）漿液擴(kuò)散半徑

擴(kuò)散半徑是注漿加固路基的重要參數(shù)，與土層滲透性、漿液性能參數(shù)等密切相關(guān)，也會(huì)直接影響注漿工程量。在實(shí)際項(xiàng)目中，可利用現(xiàn)場(chǎng)注漿試驗(yàn)進(jìn)行確定。如不具備試驗(yàn)條件，可假設(shè)漿液呈柱狀擴(kuò)散，用理論公式（1）進(jìn)行估算[3]：

式中，R——漿液擴(kuò)散半徑（m）；k——土層滲透系數(shù)（cm/s）；h——壓力水頭（cm）；t——注漿時(shí)間（s）；n——土層孔隙率；β——黏滯比；R0——注漿管半徑（m）。

（2）容許注漿壓力

沉陷路基加固時(shí)，應(yīng)結(jié)合漿液性能、地質(zhì)條件等因素確定合理的注漿壓力。如果注漿壓力過(guò)小，則加固效果達(dá)不到要求；如果注漿壓力過(guò)大，可能導(dǎo)致瀝青路面結(jié)構(gòu)層的開(kāi)裂。該文利用式（2）估算路基注漿壓力。經(jīng)計(jì)算，該道路路基沉陷路段的注漿壓力可取0.5～1.0 MPa。

式中，P——注漿壓力（Pa）；C——注漿期相關(guān)系數(shù)，其中一期孔、二期孔、三期孔分別取1.0、1.25、1.5；T——覆蓋層厚度（m）；K——注漿方式相關(guān)系數(shù)，自上至下注漿取0.8，自下至上注漿取0.6；λ——地層系數(shù)，與地層密實(shí)度、滲透性等相關(guān)，可取0.5～1.0。

（3）注漿量

水泥漿液在路基中屬于不均勻擴(kuò)散，注漿準(zhǔn)確計(jì)算難度大。一般情況下，假設(shè)漿液呈柱狀擴(kuò)散，并充滿路基土顆粒的空隙。此時(shí)，可按式（3）估算單孔注漿量[4]。

式中，Q——單孔注漿量（m3）；A——水泥漿損耗系數(shù)，可取1.15～1.3；H——注漿段深度（m）。

以K12+220～K12+231段路基沉陷段為例，其最大填土高度為3.2 m，最小填土高度為1.2 m，平均填土高度為2.2 m；布置2排注漿孔，每排6個(gè)孔，各個(gè)孔的注漿段長(zhǎng)度均取2.0 m，注漿量見(jiàn)表2所示。

2.4 注漿和封孔

注漿是利用注漿設(shè)備、輸漿管路等將水泥漿注入路基土中，以提高路基的強(qiáng)度和承載力。該道路采用自下而上的孔口注漿法，該方法為一次成孔，并將孔口用三角楔塞封口，隨后分段進(jìn)行“自下而上”的注漿，注漿段高度略低于路基填高。需注意，注漿應(yīng)連續(xù)，不得間隔時(shí)間過(guò)程。

在注漿期間，應(yīng)實(shí)時(shí)觀察地面情況。如地面有明顯隆起，應(yīng)分析原因，并在下一注漿段減少注漿量。水泥漿注漿結(jié)束后，應(yīng)及時(shí)將套管驅(qū)逐，并利用微膨脹混凝土將注漿孔進(jìn)行封堵。同時(shí)，將注漿設(shè)備清理干凈[5]。

3 路基沉陷注漿效果評(píng)價(jià)

以K12+220～K12+230段路基沉陷段為例，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)（標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)、鉆芯法等）與有限元方法相結(jié)合，對(duì)路基沉陷路段的注漿加固效果開(kāi)展綜合評(píng)價(jià)。

3.1 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)評(píng)價(jià)注漿效果

（1）標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)

在上述路基沉陷段隨機(jī)選取5個(gè)測(cè)點(diǎn)（編號(hào)為測(cè)點(diǎn)1～5），開(kāi)展標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)。該方法是將重量為63.5 kg的錘從76 cm的高處自由落下，測(cè)定標(biāo)準(zhǔn)貫入器貫入路基30 cm所需的錘擊次數(shù)。一般情況下，錘擊次數(shù)越多，承載力越大，強(qiáng)度越大。

經(jīng)試驗(yàn)，得到了不同測(cè)點(diǎn)在注漿加固前后的錘擊數(shù)，如圖2所示：

由圖2可知，沉陷路基在注漿加固前的錘擊次數(shù)為5～7，而注漿加固后的錘擊次數(shù)為18～22，說(shuō)明沉陷路基經(jīng)注漿加固后的強(qiáng)度得到明顯提升。為了定量評(píng)價(jià)提升效果，定義錘擊次數(shù)的提升幅度，即（注漿后錘擊數(shù)-注漿前錘擊數(shù)）/注漿前錘擊數(shù)×100%。

對(duì)于測(cè)點(diǎn)1，沉陷路基的錘擊次數(shù)增加了13次，提升幅度為260%；對(duì)于測(cè)點(diǎn)2，沉陷路基的錘擊次數(shù)增加了14次，提升幅度為233.3%；對(duì)于測(cè)點(diǎn)3，沉陷路基的錘擊次數(shù)增加了12次，提升幅度為171.5%；對(duì)于測(cè)點(diǎn)4，沉陷路基的錘擊次數(shù)增加了16次，提升幅度為266.7%；對(duì)于測(cè)點(diǎn)5，沉陷路基的錘擊次數(shù)增加了13次，提升幅度為185.8%。

（2）鉆芯試驗(yàn)

在實(shí)施標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)的測(cè)點(diǎn)進(jìn)行鉆芯取樣，觀察芯樣狀態(tài)。經(jīng)觀察，加固后路基芯樣內(nèi)部的水泥塊體較多，說(shuō)明水泥漿充分滲入了路基土體。隨后，根據(jù)《公路路基路面現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試規(guī)程》（JTG 3450—2019）測(cè)定芯樣在加固前后的CBR，以評(píng)價(jià)路基承載力。不同測(cè)點(diǎn)的CBR試驗(yàn)結(jié)果如圖3所示：

由圖3可知，沉陷路基在注漿加固前的CBR在4.1%～4.3%，在注漿加固后的CBR為7.3%～7.8%，說(shuō)明沉陷路基經(jīng)注漿加固后的承載能力得到明顯提升。同理，定義了CBR提升幅度，即（注漿后CBR-注漿前CBR）/注漿前CBR×100%。經(jīng)計(jì)算，測(cè)點(diǎn)1、測(cè)點(diǎn)2、測(cè)點(diǎn)3、測(cè)點(diǎn)4、測(cè)點(diǎn)5的CBR在注漿后分別增加了3.4%、3.5%、3.4%、3.3%、3.2%，增加幅度分別為80.95%、81.39%、82.93%、82.50%、74.42%。

3.2 有限元法評(píng)價(jià)注漿效果

利用有限元軟件計(jì)算建立路基的二維平面模型，計(jì)算路基在通車120 d內(nèi)的最大沉降。路基具體的建模步驟如下：第一，按路基設(shè)計(jì)尺寸繪制模型，左邊界和右邊界超出坡腳1.0 m、底邊界在地面以下5.0 m；第二，定義路堤、路床、地基土的物理力學(xué)參數(shù)，車輛荷載取BZZ-100，設(shè)置邊界條件（左邊界和右邊界約束X方向位移、底邊界完全約束、頂部為自由邊界）；第三，利用有限元軟件的mesh功能劃分網(wǎng)格，網(wǎng)格尺寸取0.1～0.3 m，共劃分2 258個(gè)單元、3 318個(gè)節(jié)點(diǎn)，如圖4所示。

經(jīng)計(jì)算，得到了路基注漿前后的沉降變化，見(jiàn)表3所示：

在注漿前，路基的最大沉降為3.6 cm；經(jīng)水泥漿加固后，路基的最大沉降明顯降低，僅1.9 cm，降低幅度為47.2%。同時(shí)，路基的沉降變化速率不均勻。當(dāng)通車時(shí)間小于90 d時(shí)，沉降增加較快；當(dāng)通車時(shí)間大于90 d時(shí)，沉降變化幅度很小。

4 結(jié)論

該文以某省道公路為研究對(duì)象，分析了路基沉陷的施工要點(diǎn)和施工效果，得到了以下幾個(gè)結(jié)論：

（1）路基沉陷段注漿可采用水泥漿，布孔可采用雙排交錯(cuò)連續(xù)布孔的形式，并在鉆孔時(shí)堅(jiān)持“一孔一注”的原則，防止串漿。

（2）在路基注漿時(shí)，應(yīng)合理確定漿液的擴(kuò)散半徑、容許注漿壓力、注漿量等參數(shù)。如地面有輕微隆起，應(yīng)停止注漿。

（3）沉陷段路基經(jīng)注漿加固后，標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù)和CBR均得到明顯提升。同時(shí)，通車后的路基工后沉降也明顯降低。

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