鋼花管注漿法處理路堤開裂實例

劉剛

（中交一公局廈門工程有限公司，福建廈門361021）

1 施工及裂縫產(chǎn)生相關情況說明

貴州鎮(zhèn)勝高速K102+150～K102+400段右幅高路堤于2007年3月出現(xiàn)出裂，5月底貴州進入雨季，5月底6月初，工地連續(xù)發(fā)生長時間強降雨，在連續(xù)降雨影響下，雨水沿裂縫下滲，尤其是K102+235.43涵洞的下陷和開裂，導致雨水大量沿縫隙下灌，造成滑移進一步加劇，使路基邊坡最大下沉量達2～3 m，路槽頂面右側最大下沉量在1 m左右。為防止滑移的進一步加劇，6月9日，總監(jiān)辦采取緊急措施，要求該標段對滑坡進行卸載處理。7月份進行了滑坡處理設計，在路堤坡腳共設抗滑樁38根，間距5～6 m，頂部采用系梁連接。由于K102+235.43設有一過水拱涵，該涵洞右半幅7節(jié)管節(jié)出現(xiàn)較大范圍的沉降、傾斜和側移，基礎灌水嚴重泡軟，對變形較大的7節(jié)拱涵要求拆除重做，考慮到今后基礎存在不均勻沉降，對基礎進行了鋼管樁加固處理。 管樁樁徑14.7 cm，間距1.53 m，要求嵌入弱風化巖石層不小于50 cm。

施工單位為保證業(yè)主提出的 “確保2007年年底鎮(zhèn)勝線通車”的目標，投入了比正常多一倍的人力、物力、財力，最終于2007年12月10日左右完成所有抗滑樁、拱涵及路基回填施工，路基通過驗收后隨即路面施工單位開始進行底基層、基層及路面的攤鋪施工。

2008年3月初路面K102+200～K102+270段右側逐漸出現(xiàn)裂縫，當時最大錯臺高度3 cm，路堤邊坡的防護也出現(xiàn)不同層度的開裂，涵洞也出現(xiàn)下沉，最大下沉高度近20 cm （見圖1，圖2）。出現(xiàn)裂縫后施工單位加密觀測周期，發(fā)現(xiàn)涵洞沉降從3月初后基本沒有發(fā)生變化，涵洞的沉降主要發(fā)生在3月份之前。

圖1 路基開裂與沉降實景

圖2 護欄邊緣開裂實景

2 高路堤路面開裂的原因分析

2.1 路基整體穩(wěn)定性分析

原高路堤滑坡設計采用抗滑樁處理，抗滑樁樁底按自由支承條件計算，樁頂變形只考慮土壓力,為4.8～6.5 cm，同時考慮滑坡推力最大變形為8～11 cm，從抗滑樁樁頂變形觀測資料 （見圖3）來看，大多已經(jīng)穩(wěn)定，到目前為止，最小變形量為1 cm，最大為6.5 cm，均在正常范圍，路堤基礎穩(wěn)定。所以抗滑樁的變形不是路面開裂的主要原因。

圖3 抗滑樁位移曲線圖

2.2 涵洞基底變形

涵洞基底采用鋼管樁進行處理，鋼管樁樁徑14.7 cm，內(nèi)注C50水泥砂漿，間距為1.53 m，管樁樁長20 m，鋼管樁屬剛性樁，本身沒有多大的變形，根據(jù)后期的抗滑樁挖孔記錄，樁端主要位于煤矸石層，樁端持力層較差，管樁由于管壁極光滑，不能按摩擦樁進行設計，設計按嵌巖進行考慮，由于工期很緊，未對樁長進行加長，引起涵洞基礎沉降變形較大。自路堤填筑完成后，仍發(fā)生逾2 cm的變形 （見圖4）。涵洞沉降是路面變形的主要影響因素，涵洞沉降又主要由管樁樁端持力層強度不夠引起。

圖4 涵洞基底變形曲線圖

2.3 路堤本身的沉降

該段路堤處于軟土路段，因施工工期要求太緊，導致路堤填筑速度稍快，一方面，該段路堤受涵洞基底漏水軟化影響，軟基的性質(zhì)比其它段落更差，路堤填筑速度快，使它無法得到有效固結；另一方面，由于路堤高度大，左側路堤沉降已基本完成，路堤自身除存在較大的沉降變形，存在左右側路堤的差異沉降 （不均勻沉降）。路堤的快速填筑不利于沉降的消除，并對差異沉降起放大作用。

2.4 路面排水不暢

該段上游處于超高排水段，但路面施工單位未按圖紙對超高排水進行施工，5月份貴州進入暴雨季節(jié)，路面水沿裂縫下灌，造成裂縫不斷加大，裂縫范圍也由K102+200～K102+270擴大到K102+200～K102+400。這是該段需要徹底處理的主要原因。

3 高路堤開裂的處理方案

為及時對該裂縫進行處理，保證該段路基的穩(wěn)定性，業(yè)主、監(jiān)理及設計方一致認同采用鋼花管注漿技術對該段路基進行加固，并強制要求路面施工單位盡快按設計完成超高排水施工。注漿分兩步進行，第一步對涵洞左右兩邊的邊坡進行鉆孔注漿，鉆孔深度達到涵洞底部；第二步對開裂路面進行注漿固結處理。

下面簡單介紹一下鋼花管注漿技術應用于路基加固的原理及施工工藝。

3.1 鋼花管注漿技術

3.1.1鋼花管注漿的加固機理

注漿鋼花管技術是通過注漿技術將水泥漿液滲透進基底土體中，有效改善土體的物理力學性能指標，形成止水帷幕，形成強度較高的水泥土，提高地基的變形能力，減少不均勻沉降。注漿后鋼管留在土體中，給基礎提供一定的錨固或阻滑作用。兩種作用結合起來有效提高了基底的整體穩(wěn)定系數(shù)。

水泥注漿是用水泥漿液，通過壓漿泵、注漿管均勻地注入土體中，以填充、滲透和擠密等方式，驅走土顆粒間的水分和氣體，并填充其位置，通過水泥中所含礦物與土體中的水土分別發(fā)生水解、水化反應，以及團粒作用等，形成懸浮膠體和團粒、硬化后形成強度大、壓縮性小和抗?jié)B性高、穩(wěn)定性良好的水泥土。水泥土結硬后，土體的空隙率和含水率降低，密度加大，同時由于水泥土擠壓土體，使地基抗變形能力增加，提高了變形模量，從而防止或減少不均勻沉降。土體空隙率降低后還提高了土體的抗?jié)B性能，減少地下水波動壓力的影響。

3.1.2鋼花管制作技術

注漿鋼花管采用外徑Φ89 mm，壁厚2.5 mm的無縫鋼管。鋼管連接采用套管焊接。套管焊接時接頭鋼管用Φ102 mm，壁厚6 mm的無縫鋼管制作，長12 cm，鋼花管從兩端緊密插入套管內(nèi)，再沿套管頂端周圍焊接。同一截面處的鋼管接頭數(shù)量不得超過鋼管總數(shù)的50%，接頭處的焊縫質(zhì)量應符合相應技術標準。

鋼花管在碎落臺以下部分沿鋼管軸線每隔4 cm，沿鋼管徑向每旋轉45°鉆Φ6 mm的注漿孔，注漿孔沿鋼管四周呈螺旋狀布置，注漿孔用特制膠帶或凝膠密封，如圖5所示。

圖5 鋼花管加工示意圖（單位mm）

沿管身每2 m焊接3根Φ8 mm的定位鋼筋，使鋼管保護層厚度不低于2 cm。

注漿鋼管的底部用5 mm厚的鋼板封閉，鋼板中間再鉆孔，將穿過鋼管中間的小注漿管從該孔中穿過，孔壁周圍孔隙用玻璃膠封閉，伸出鋼管的注漿管端頭用U型鋼筋焊住，防止小注漿管被孔底頂住封死；注漿鋼管上部管口制做安裝一個密封性好并可方便拆卸的注漿口。注漿口必須裝控制閥，可讓注漿鋼管內(nèi)的水泥漿保持穩(wěn)定壓力。

3.1.3鋼花管注漿技術

為了提高鋼花管注漿的效果，在邊坡開挖平臺，在平臺上施工鋼花管注漿。拱涵基礎以上部分為空樁 (鋼管不鉆花孔)，待鋼花管注漿完成后，將邊坡修復至設計位置并將空樁截去。注漿前必須提前對孔口進行封口，封口結構尺寸為0.5 m×0.5 m×0.5 m，材料采用摻入速凝劑的水泥漿，以提高凝結速度及強度，封口時預埋一根排氣管。第一階段注漿采用5:1水泥漿，注漿后待孔內(nèi)的殘積水溢出孔口后即可，如圖6所示。

圖6 第一階段注漿示意圖

第二階段注漿是在第一階段水灰比為5：1的水泥漿注入完成后，分別采用3、2、1三個等級的水泥漿，采用全孔一次壓入式注漿。待第一階段注漿穩(wěn)定后，再對排氣孔進行封口，進行第二階段鋼花管孔內(nèi)的壓漿，終孔注漿壓力應穩(wěn)定在0.8～1.0 MPa。當壓力達到并穩(wěn)定一段時間后，將管口的控制閥門關閉，拆除注漿管，見圖7所示。

3.2 施工工藝及注意事項

3.2.1施工工藝流程

布孔—鉆機就位—成孔—漿液檢測、配制—疏通管路—檢查儀表—注漿器—下止?jié){塞—灌注結束—封孔—清洗泵體、管路—妥善處理剩余漿液。

3.2.2注意事項

（1）鉆孔：采用潛孔鉆鉆進，最小孔深不得小于設計深度0.1 m，若遇空洞或巖層變化發(fā)生掉鉆、坍孔時，應詳細記錄。

（2）安裝注漿鋼花管：按設計要求安設注漿鋼花管，鋼花管尾部應切割平整并打磨，保證與注漿管的緊密聯(lián)接。

（3） 注漿壓力：初壓0.2～0.4 MPa， 終壓0.8～1 MPa。注漿參數(shù)，應選一個孔做進行現(xiàn)場注漿試驗，根據(jù)實際情況確定注漿參數(shù)，指導現(xiàn)場施工。

（4）漿液變換：灌漿漿液應由稀至濃逐級變換。水灰比采用5、3、2、1四個比級。漿液變換原則：灌漿時間已達30 min，而灌漿壓力和注入率均無改變或改變不顯著時，應改濃一級水灰比；當注入率大于30 L/min時，可根據(jù)具體情況越級變濃。

（5）灌漿結束：預注漿各段進漿量小于20～30 L/min，或總灌注量與設計數(shù)量大致相等，到設計終壓后穩(wěn)定10 min及檢查孔吸水量小于1 L/min。

（6）注漿方式：采用全孔一次壓入式注漿。

4 結語

該段路基開裂鋼花管注漿加固處理工程已經(jīng)完工兩年了，處理完后該段路基未出現(xiàn)明顯沉降，整個路基膠結成板塊，經(jīng)過兩次雨季的考驗沒有產(chǎn)生新的裂縫，效果較好。貴州地形起伏大、氣候多變，雨水較多，土質(zhì)較差，且小煤窯、溶洞等較多，導致路基滑坡、開裂現(xiàn)象較多，需要廣大建設者尋找更多、更新、更合理、造價更低的新方法。

[1]王星華.地基處理與加固 [M].長沙:中南大學出版社,2002。

[2]JTG F10-2006，公路路基施工技術規(guī)范 [S].