公路大修工程路基沉陷的加固處理

楊 茜

(汕頭公路橋梁工程總公司,廣東汕頭 515000)

1 基本情況

省道120線東莞段是東莞市重要干線公路之一,本次大修工程是從中堂鎮至麻涌鎮東江大橋,與廣州市高新技術開發區相連,擔負東莞市西部幾個鎮的交通,車流量大,原道路隨著交通量和重載交通的增加以及道路使用年限的增加而不斷形成橫縫、縱縫、網裂、車轍、積漿、沉陷等病害,嚴重影響了道路的使用性能。為防止病害進一步發展,保證公路通行安全,必須對該路段進行大修。本次大修全長15.37 km。

2 病害成因分析

路基鉆孔勘探表明:本段位于珠江口沖積平原地帶,軟土地基為主,軟土層厚,主要為素填土及第四系沉積覆蓋層,其中第四系主要是粉質粘土及淤泥層,淤泥層厚度大于8m。鉆探具體結果為:0～1.50m為填土層,1.5～8.5m為淤泥層,8.5～10.5m為粉質粘土層,10.5～15.3m為淤泥層,15.3m以下為泥質粉砂巖層。綜合上述情況,本段地質普遍為淤泥和淤泥質土,其具有天然含水量高(大于液限)、孔隙比大、壓縮性高、強度低、滲透系數小的特點。該軟土具有如下工程性質:震陷性、流變性、高壓縮性、低透水性、低強度和不均勻性。以上軟土的工程性質是造成路基開裂、下沉、積漿的主要原因。

3 治理方案與加固機理

鑒于該段公路是東莞市重要干線公路之一,制定大修加固處理方案應遵循以下原則:①根據實際地質情況及病害成因,采用針對性加固處理方案,標本兼治;②考慮通行及社會影響等因素,方案應有施工干擾小、快捷有效、工期短的優點,同時在保證消除病害的前提下,降低工程造價;③加固治理要保護周邊生態環境、優化施工。

本段原設計方案為全部破除原混凝土路面結構層(包含基層底基層),重新恢復基層底基層,再在基層上鋪瀝青層;橋頭過渡段再增設水泥攪拌樁。后經各方研究討論,認為全部破除舊路面重新施工干攏大,施工工期長,造價較高等;而且部分路面完好無損,全部破除較為浪費,稍為加固即可繼續使用;未根據實際地質情況及病害成因采用有針對性的加固處理方案。經仔細研究和方案比選,確定原混凝土路面不破除,采用袖閥管劈裂灌漿、水泥攪拌樁和鋼管樁結合注漿的加固方案,加固后直接在原混凝土路面上攤鋪瀝青層。具體是對路基下沉路開裂段(混凝土路面不開裂不需處理,直接在混凝土路面上攤鋪瀝青)采用袖閥管劈裂灌漿法治理,以提高路基的整體穩定性;橋頭過渡段采用水泥攪拌樁;對槎窯大橋臺后填土較高且位移下陷嚴重路段采用鋼管樁結合注漿處理,阻止路基失穩及發生較大的沉降和滑移。

袖閥管劈裂灌漿是通過鉆孔中的袖閥式注漿管,施加液體壓力于弱透水性地基中,當液體壓力超過劈裂壓力時土體產生水力劈裂,劈裂面沿阻力最小的小主應力面產生并且迅速擴展,土體劈裂后繼續灌注大量漿液,灌漿壓力會緩慢提高,會使該劈裂面的小主應力有所增加,如此沿小主應力面不斷產生新的劈裂,形成漿脈。通過漿脈來擠壓鄰近士體,提高土體的密實度和壓縮模量,同時,水泥漿液將原來松散的土料或裂隙膠結成整體與土體形成復合地基,從而達到提高地基穩定性和承載力的作用。

鋼管樁是一種側向受荷樁,置于滑面上的受力段可承受滑移體推力作用,傳遞到滑面下的錨固段,在滑床的樁周地層產生反力嵌住樁身,形成抗滑樁的懸臂受力模式。同時以鋼管作為灌漿管對周圍土體注漿,加固樁周邊土體,提高鋼管樁在土體錨固段的錨固力。

水泥攪拌樁是采用專用機械,邊鉆進邊攪拌邊噴入水泥漿,使水泥漿與土體充分攪拌均勻,由水泥和軟土之間所產生的一系列物理化學作用,形成抗壓強度比天然土強度高得多并且具有整體性、水穩定性的水泥加固土樁柱體。

4 施工參數

4.1 路基袖閥管劈裂灌漿

鉆孔采用垂直孔,孔徑80mm,鉆孔深度6～15m,鉆孔間距根據路段沉陷程度不同分別為2.0、2.5、3.0 m,梅花形布置。每孔自下而上灌注,灌漿材料選用可注性好、經濟合理的水泥粉煤灰漿作為主材,為縮短凝結時間,摻加體積比為2%水玻璃。注漿按先周邊后中間、逐步加密的原則進行,采用間隔兩排施工順序。

4.2 鋼管樁及樁周土體固結灌漿

鉆孔孔徑168mm,樁排間距為3.0m,樁材選用直徑108mm鋼管,壁厚為2.5mm,鋼管每隔0.6m設注漿孔,以樁管為注漿管,漿材與袖閥管劈裂灌漿相同,灌漿深度以進入原地表以下2m為宜。灌漿完畢后,鋼管內用粗砂充實留在地下作為抗滑樁。

4.3 灌漿技術參數

根據工程類比及施工經驗,結合工程特點及注漿目的等因素,確定本工程注漿參數如下:水泥∶粉煤灰=5∶1,水灰比為0.45～0.55,水泥為R32.5硅酸鹽水泥,水玻璃摻量2%;灌漿封口深度不小于1.0m,分段長度0.6m;路表以下1 m范圍內注漿壓力不大于0.3MPa;孔口漿液壓力采用0.5～1.0 MPa,瞬時注漿壓力達到0.7MPa或吸漿量少于5 L/min,且注漿壓力穩定30min后即可終止注漿。

4.4 灌漿工藝流程

路基劈裂灌漿和樁周注漿施工均采用分段注漿工藝,自下而上灌注,即采用地質鉆機成孔后下入袖閥管,通過灌漿泵進行自下而上分段注漿,使漿液較均勻地固結充填地層空隙。其施工工藝流程見圖1。

圖1 施工工藝流程

4.5 水泥攪拌樁

本段水泥攪拌樁徑0.5m,樁間距1.5m,梅花型布設,深度以進入硬土層不小于0.5 m為準,水泥用量經實驗采用60 kg/m,水灰比0.45～0.55。水泥攪拌樁大面積施工前同樣需進行試驗,取得有關參數后才能正式施工。水泥攪拌樁在軟基處理中使用較為普遍,施工工藝較為簡單,在此不再詳述。

5 現場試驗

為保證注漿質量,進一步確定合理的漿液配比及注漿參數,注漿施工前進行了現場試驗段施工,以調整灌漿壓力等注漿參數,防止壓力過小注灌量不足或頂部壓力過大發生路面拱起破壞,并對灌漿效果進行檢測評估后才能大面積施工。檢驗方法采用抽芯、靜載等,實驗效果符合設計要求后再進行大面積施工。

6 治理效果

施工結束后,采用了鉆芯取樣做室內土工試驗對注漿效果進行了檢驗及評價:①土樣中可明顯觀察到灰褐色漿液擴散脈分布,并具有一定強度;②通過灌漿前后鉆取土樣測得壓縮模量對比分析,注漿后土樣的壓縮模量為9.75～17.69MPa,平均值13.72 MPa,而注漿前鉆取的土樣壓縮模量在3.29～5.58MPa,平均值4.43 MPa,提高了2～3倍。

7 結語

綜上所述,在公路大修工程中采用袖閥管劈裂灌漿、水泥攪拌樁和鋼管樁結合注漿處理路基沉陷,施工工期短,對交通影響小,路基土的密實度和整體抗滑能力有了較大提高,滿足了相關路基指標的要求,達到了標本兼治的效果,且降低了工程造價,值得推廣。

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