石家莊市注漿加固道路路基的應用

喬建成

(山西省第十地質(zhì)工程勘察院，山西大同 037006)

0 引言

近年來，壓力灌漿加固路基的方法在石家莊市得到了越來越廣泛的應用，其主要應用在以下幾個方面:1)欠壓密路基注漿加固;2)地下輸水管道滲漏造成的路面變形及路基空洞注漿加固;3)地下隧道、頂管等市政工程施工過程中形成的塌方區(qū)注漿加固;4)濕陷性路基注漿加固;5)橋涵結構物臺背、地下方溝胸腔等欠壓密地段注漿加固等。實踐證明，壓力灌漿加固路基能夠有效控制不均勻沉陷，避免路面脫空、變形、斷陷事故，對保證工程質(zhì)量、預防交通事故以及路基缺陷補救有重要的實用價值。本文結合多年來的工程實踐經(jīng)驗，對壓力灌漿應用過程中的一些問題進行分析探討，希望能夠?qū)窈蟮氖┕び兴梃b。

1 注漿加固機理

注漿加固是利用一定的壓力，通過注漿管將漿液注入路基土體，充填空洞縫隙，壓密松散土層，膠結固化路基，從而達到消除路基缺陷、提高路基強度和減少不均勻沉降的目的。按加固機理，注漿方式主要有以下幾種，即:充填注漿、滲透注漿、壓密注漿、劈裂注漿及復合注漿。

1)充填注漿。充填注漿是指漿液充填路基土中的大孔隙及大空洞。其特征是注漿后結石體與土體界限明確，結石體強度高，其形狀與路基中原有的空洞相吻合。適用范圍主要有卵礫石層、碎石層、粗砂礫石層、地下水管道滲漏形成的空洞、隧道及頂管工程中的頂部塌方區(qū)及背后回填虛方區(qū)等。

2)滲透注漿。滲透注漿方式的機理是利用壓力使?jié){液進入土的孔隙和小空洞中，將其中的氣體和自由水排出并膠結土體而不改變土體結構的原狀和體積，從而使路基土層的抗壓和防滲能力得以提高，消除路基的濕陷性和減少路基的不均勻沉陷。主要適用于中砂以上的砂性土、結構裂隙比較發(fā)育的土體、濕陷性雜填土路基等。

3)壓密注漿。壓密注漿指利用一定的壓力注入粘稠的漿液擠壓周圍的土體，使土體密實，并在擠壓后的空間內(nèi)形成柱狀或近球狀的結石體，以使路基得以置換和加固的方法。主要適用于軟土路基的加固。

4)劈裂注漿。所謂劈裂注漿，即漿液在較高的壓力作用下，劈裂粘土地層，漿液沿劈裂縫隙滲透并充填，從而形成脈狀或鐵餅狀結石體，以達到加固路基的目的。主要適用于軟基加固以及為某種目的(如地下構筑物施工前為防止地層塌陷而進行的提前加固)而進行的注漿。

5)復合注漿。是指以上述某種注漿方式為主，并輔以其他方式的注漿，如劈裂滲透注漿。由于在多種情況下，路基欠壓密與裂隙空洞同時存在，因此，注漿時也應根據(jù)實際情況選擇復合注漿的方式，以便達到理想的注漿效果。

以上幾種注漿方式，在石家莊市路基加固中均有不同程度的應用，但應用最廣泛的還是以前三種為主的復合注漿方式。

2 注漿材料

注漿工種中使用的漿液系指由主劑、溶劑及各種添加劑按一定配比配置而成的混合液體，漿材一般分化學漿材和粒狀漿材兩大類。目前一般應用較多的是粒狀漿材，包括水泥、粘土、膨潤土、粉煤灰等。化學漿材中最常用的是水玻璃類漿材，其他高分子漿材很少應用。

2.1 注漿材料的選用原則

在選用注漿材料時，應綜合考慮地層土質(zhì)條件、注漿目的、地層可灌性、強度要求、環(huán)境影響等多種因素慎重選定，以免影響注漿效果和造成環(huán)境危害。

1)對于砂質(zhì)土而言，其注入機理應以滲透壓密為主，漿液必須有效滲入顆粒間隙，否則就達不到很好的加固效果。因此，選用漿材時應以溶液型漿材和細粒漿材為主(如水玻璃，超細水泥等)，重點分析其可灌性。

2)對于粘性土而言，其注入機理以劈裂壓密為主，多選用水泥系漿材，并根據(jù)固化強度的要求選擇主劑配制漿液。

3)對于卵礫石及存在大孔隙的地層，其注入機理以滲透為主，一般選擇水泥系漿材，根據(jù)強度和防滲要求，常以粘土或膨脹潤土作為添加劑。

4)選定漿液時要充分考慮對周圍環(huán)境的影響，在近公共水域、作物和魚塘時必須慎重，不僅要選擇無毒性的水玻璃或水泥漿液，還要對漿液滲漏采取必要的防范措施。

2.2 水泥系漿液配制

水泥系漿材在壓力注漿工程中應用最為廣泛，常使用的水泥品種有:普通水泥、超細水泥、濕磨水泥等。一般普通水泥最大粒徑變化范圍為60 μm～100 μm，所制備的漿液很難進入滲透系數(shù)小于n×10－2cm/s的砂土或?qū)挾刃∮?.6 mm的裂縫，因此，超細水泥和濕磨水泥將會得到越來越廣泛的應用。灌漿用水泥漿材的細度要求是通過4 900孔/cm2標準篩的篩余量小于2%～5%，而且必須使用32.5 MPa以上的高標號水泥。漿液制備和檢驗可參考表1合理確定。

表1 水泥漿液配比及性質(zhì)

通常水灰比可選擇在1～2.5的范圍，結石強度一般為5 MPa～100 MPa，選用原則一般孔隙越小，水灰比應適當增大。

當進行大型空洞灌漿時，為了節(jié)約水泥，降低工程造價，并改善漿液及其結石的性狀，可在水泥漿中添加粘土、粉煤灰等輔材。由于粘土細粒成分多，親水性強，沉淀析水少，在水泥漿液中加入適量粘土可大大提高漿液的穩(wěn)定性。

2.3 水玻璃系漿液配制

水玻璃系漿液由水玻璃溶液和相應的膠凝劑組成。由于此類漿液具有粘度很低、近似真溶液、可灌性好、漿液的膠凝和固化時間可控、膠凝體滲透系數(shù)低(可達10－6cm/s～10－8cm/s)等優(yōu)點，因而在地層可灌性較差及地下水流速較大的情況下應用更為有效。配制時應將水玻璃溶液稀釋成33°Be'～45°Be'溶液，選擇摻加的膠凝劑時根據(jù)膠凝時間、結石強度等要求綜合確定。

3 注漿工法

在眾多的注漿工法中，在石家莊市路基注漿中應用最多的是單花管注漿法，有時也采用單液鉆桿注漿法，雙液雙重管法應用極少。下面僅討論單液花管注漿法。

3.1 注漿施工調(diào)查

在選擇注漿工法之前，首先應對施工現(xiàn)場進行調(diào)查，調(diào)查內(nèi)容包括土質(zhì)調(diào)查、地下水滲水性、水質(zhì)、流速調(diào)查、地下埋設物調(diào)查、環(huán)境影響調(diào)查等。以便于合理確定注漿工法，確保注漿加固效果，而又不損害地下埋設物，造成環(huán)境危害。

3.2 注漿設計及施工

注漿設計是在現(xiàn)場調(diào)查的基礎上，結合注漿目的(即止水、地層加固或兩者兼顧)而進行的。設計包括以下內(nèi)容。

3.2.1 注入范圍的設定

注入范圍一般根據(jù)注入目的由計算公式并結合經(jīng)驗確定。在一般粘性土內(nèi)注漿時，擴散半徑通常為1.0 m～1.5 m，注漿孔布設呈梅花形，孔間距可采用1.5 m～2.5 m，排距一般2 m～3 m左右，注漿孔布置應覆蓋整個加固區(qū)域。

3.2.2 注漿材料的選用

注漿工法中所選用的漿材主要依據(jù)注入地層的地質(zhì)參數(shù)及加固目的和周圍環(huán)境條件選定。一般孔洞注漿和粘土注漿多用水泥系懸濁型漿液，而砂土注漿多用水玻璃系溶液型漿液。

3.2.3 成孔

成孔時根據(jù)土質(zhì)條件及地下埋設物情況選擇施工機械，在地下管道較密集且未詳細查明其分布時，應盡量選用小型機械或洛陽鏟人工成孔，當場地無限制時一般采用汽車鉆成孔。如果路基中孔隙連通較好，為防止串漿可分次序成孔注漿。鉆孔成形后，埋設注漿花管。

3.2.4 注漿

在注漿之前首先要確定注入率，即注入預定地層范圍內(nèi)的漿液體積與該范圍內(nèi)土體體積之比。根據(jù)我們的施工經(jīng)驗，砂土中加固注漿其注入率一般為20%～40%;粘土注入率一般在30%～50%的范圍內(nèi)(指劈裂注漿)。實際注漿時，注入量應大于設計注入率指定的量。

注漿時單位時間的注入量即注入速度應根據(jù)壓力—速度曲線結合注漿目的確定，一般可憑經(jīng)驗確定為10 L/min～20 L/min。

注漿壓力目前尚無定量公式可用，一般應根據(jù)現(xiàn)場試驗并結合實踐經(jīng)驗確定，對于石家莊市的地層，一般情況下注漿壓力為0.3 MPa～0.5 MPa，最大極限注漿壓力為 0.7 MPa ～0.8 MPa，注漿時應重視注漿壓力的變化情況，一般在壓力有規(guī)律上升，而注漿速度較穩(wěn)定的情況下可獲得較好的注漿效果。

3.2.5 結束灌漿標準

一般情況下當出現(xiàn)下列情況之一時可結束灌漿:1)灌漿量大于設計灌漿量;2)灌漿壓力迅速上升，并大于設計壓力，且灌漿速度衰減至小于5 L/min;3)在設計壓力下吸漿量為零并持續(xù)5 min以上;4)出現(xiàn)串漿或沿地下管道滲漏，導致在壓力很小的情況下注漿量異常。

3.3 特殊情況處理

1)孔口冒漿，當發(fā)生孔口冒漿現(xiàn)象時一般是由于孔口封堵不嚴造成的。可采取更換止?jié){塞的辦法，或者采用水泥水玻璃漿液對孔口進行封堵再行注漿，還可以采用減少壓力的間歇式注漿方法。

2)串漿。當注入孔的漿液從相鄰孔溢出時不宜更改鉆孔間距，而應采取分次序隔行跳打跳注的方法解決，以確保施工質(zhì)量。

3)二次注漿。當注漿目的是為了填充大孔洞或用于防滲時應盡量采取二次注漿的方法。原因在于:a.一次注漿可能存在未被填充的部位;b.漿液的結石率較低，原來被漿液充填的部位因漿液結石析水后又形成空洞;c.第一次注漿未達到設計要求的部位。當采用二次注漿時應當首先考慮分次序二次注漿方案，局部補漿時可采用單孔二次注漿的方法待漿液終凝后立即實施。

4 注漿施工管理

1)注漿工法設計應在現(xiàn)場調(diào)查的基礎上進行，實際施工時應密切監(jiān)測對周圍環(huán)境的影響，杜絕隱患。2)注漿材料把好質(zhì)量關，要求進場材料證件齊全，質(zhì)量可靠。3)認真作好施工記錄本、監(jiān)測注入量～注入壓力的變化過程，以便及時調(diào)整注入量。4)當發(fā)現(xiàn)注入工程條件有變時應及時調(diào)整設計，確保施工質(zhì)量。5)現(xiàn)場技術人員應配合現(xiàn)場監(jiān)理加強監(jiān)管力度，動態(tài)監(jiān)控整個施工進程，及時發(fā)現(xiàn)并解決施工期間出現(xiàn)的問題。

5 效果檢測

注漿效果檢測應根據(jù)注漿目的、設計方案、施工工藝等因素綜合考慮。1)當注漿目的是為了提高路基的承載力，可考慮采用載荷試驗(地表或鉆孔)及標貫試驗，或取樣測定注漿土體的物理力學指標等方法。2)當注漿目的是為了防滲，可考慮采用原位注水或抽水試驗的方法，獲取滲透參數(shù)，評價防滲性。3)當場地平坦，施工條件較好時可采用地表探查法;如果注入深度大，場地條件較差，應以鉆探方法為主。4)由于注漿施工的復雜性以及探測系數(shù)的局限性，應盡量采用取樣、原位測試、室內(nèi)化驗以及物探等多種手段相結合的檢測方案，同時應注重施工前后對比，以便及時發(fā)現(xiàn)問題，采取有效的補救措施，避免工程隱患。