淺層壓力灌漿在邊坡加固中的應用研究

孔鵬

【摘 要】對淺層壓力灌漿法應用于邊坡加固中的參數進行了研究，并將灌漿法應用于實際邊坡工程中，加固后該邊坡穩定性增強，抗滑能力提高，表明灌漿法應用于邊坡加固中是可行的。

【關鍵詞】灌漿；邊坡加固；機理；參數；工程應用

【Abstract】The parameters on the shallow layer grouting applied in slope reinforcement were studied and the shallow layer grouting was applied to slope engineering. After reinforcement the stability of slope was enhancement and the ability of anti sliding was improved. It was shown that the shallow layer grouting applied in slope reinforcement was feasible.

【Key words】Grouting；Slope reinforcement；Mechanism；Parameter；Engineering application

1. 引言

（1）我國很多地區為山嶺重丘，地質條件極為復雜，公路建設中遇到大量的邊坡穩定問題。通常情況下，邊坡治理采用清方，而清方減載一方面破壞原始的地形地貌，另一方面要解決棄方問題，造成嚴重的水土流失，對環境保護極為不利。《錨桿噴射混凝土支護技術規范》總則中強調：“正確有效地加固圍巖，合理利用圍巖的自承能力”，指出充分利用邊坡巖土體自身強度和自穩能力，有效地加強自承能力，是邊坡加固設計的出發點。因此，為了保護環境，減少清方，貫徹相關技術規范的精神，對天然和開挖的邊坡進行灌漿加固，提高其自身的穩定性，是一種值得推薦的邊坡治理方法。

（2）目前灌漿法主要應用于防水、地基加固及隧道加固等方面，在邊坡加固工程中較少使用，這主要是因為對灌漿加固邊坡機理缺乏認識，同時灌漿施工屬隱蔽性作業，施工難度大。本文主要對灌漿加固邊坡的機理及灌漿加固邊坡中的參數進行了研究，并將灌漿加固邊坡的方法應用于實際工程中。

2. 灌漿加固邊坡機理

借助于壓力下，通過鉆孔并利用注漿設備分段均勻地將漿液注入巖堆體內，以充填、滲透和擠密的方式，排出巖堆體內空隙或裂隙中的水分和空氣，并占據其空間，減少巖體內的孔隙率，將巖塊間裂隙膠結起來成一整體；另一方面隨著灌漿的進行，漿液的滲透，使漿液在巖體內形成方向各異、厚薄不一的片狀、條狀、團塊狀漿體，縱橫交錯的漿脈隨著其凝結硬化，造成結石體與土體之間緊密而粗糙的接觸，沿灌漿管形成不規則的、直徑粗細相間的樁柱體。這種膠結作用和水泥漿體的形成使巖體構成了新的結構體，提高了巖體的強度、整體性和穩定性。

3. 灌漿加固邊坡參數

3.1 灌漿漿材設計。

邊坡灌漿材料無論從經濟、效果以及環保諸方面考慮，水泥類灌漿材料無疑為最佳選擇，當然，有時為了達到特定的灌漿目的，也可考慮選用其它灌漿材料。

3.2 灌漿漿液擴散半徑。

3.2.2 地基土的構造和滲透性多數是不均勻的，尤其是在深度方向上，因而不論是理論計算還是現場灌漿試驗，都難求得一個適用于整個地層的具有代表性的擴散值。實際工程中往往只能采用均勻布孔的方法，這是理論和實際的矛盾，為了克服這一矛盾，設計時應注意以下幾點：

①在進行現場灌漿試驗時，要選擇不同特點的地基，最好用不同的方法灌漿，以求得不同條件漿液的擴散值；

②所謂擴散半徑，并非最遠距離，而是能符合設計要求的擴散距離；

③在確定設計擴散半徑時，要擇取多數條件下可以達到的數值，而不取平均值；

④當有些地層因滲透性較小而不能達到設計擴散值時，可提高灌漿壓力或漿液的流動性，必要時還可在局部地區增加鉆孔以縮小孔距。

3.3 灌漿孔布置[4]

3.3.1 單排孔位布置。

灌漿孔布置是根據漿液的有效范圍，且應相互重疊，使被加固土體在平面和深度范圍內連成一個整體的原則決定的。

對于單排的灌漿加固邊坡工程，可以按下式確定經濟擴散半徑

R=0.624× n m （3）

式中：R——灌漿擴散半徑；m——灌漿費用單價；n——鉆孔費用單價。

3.3.2 多排孔布置。

當單排孔不能滿足設計厚度的要求時，就要采用兩排以上的多排孔。而多排孔的設計原則是要充分發揮灌漿孔的潛力，以獲得最大的灌漿厚度，不允許出現兩排孔間的搭接不緊密的“窗戶”，也不要求搭接過多出現浪費。兩排孔正好緊密搭接的最優設計布孔方案。根據上述分析，可推導出最優排距Rm和最大灌漿有效厚度Bm的計算式（孔排間最優搭接見圖3）。

3.4.2 試驗法確定灌漿壓力。

當地基條件較復雜或計算參數不易選準時，就應通過現場灌漿試驗來確定。試驗中，一般是用逐步提高壓力的辦法，求得灌漿壓力與灌漿量關系曲線，如圖5當壓力升至某一數值（圖中的P1點），而灌漿量突然增大時，表明地層結構發生破壞或孔隙尺寸已被擴大，因而可把此時的壓力值作為確定容許灌漿壓力的依據（注漿壓力與注漿量關系曲線見圖5）。

3.5 灌漿量確定。

在正常情況下，理論上注入的耗漿量應填充到顆粒之間的孔隙中，或沿層理或沿裂隙注入。每孔漿液注入量可用下式計算：

Q=AπR2Hnβ （14）

式中：Q——每孔灌漿量（m3）；A——漿液的損耗系數，一般A=1.15～1.30；

R——漿液的有效擴散半徑（m）；H——灌漿孔深（m）；n——孔隙率；β——漿液充填系數。

4. 灌漿加固邊坡工程應用

4.1 工程概況。

鵝山沖滑坡位于凱麻公路K38+862～K39+138段，全長276米，山體較高，橫坡約37°，路基設計從山腳處以挖方路塹通過，路槽以上為強風化泥質粉砂巖，巖體極破碎，巖質極軟，90%的巖石手即可扳斷。由于路基的開挖，加之連降暴雨，造成山體于2010年7月1日晚發生大規模滑坡，形成全線最高邊坡，達160米，最長坡面，長270余米，最大滑體體積47萬方。該滑坡首次采用了灌漿方法進行加固邊坡并結合灌漿、錨固、抗滑樁幾種綜合治理的手段完成了滑坡的支擋防護。

4.2 工程灌漿設計。

（1）灌漿孔布置。

灌漿孔梅花型等間距平均分布在邊坡面上，距離2m；鉆孔孔徑為50mm，采用無水干鉆工藝施工（灌漿孔分布圖見圖6）。

（2）灌漿導管。

采用花管護壁灌漿法施工，見圖7，導管外徑33.5mm，壁厚3.25mm，由普通鋼管加工制成，鋼管前端加工成錐形，尾部焊接8鋼筋加勁箍，管壁四周鉆12mm漏漿孔，小導管全部伸入巖土中，垂直于坡面。

（3）灌漿漿液及壓力。

小導管灌漿采用水泥-水玻璃雙液，其參數如下：灌漿壓力1.2Mpa，水泥漿參考水灰比1：1，水泥標號525，水玻璃玻美度為30，模數為2.4。水玻璃與水泥漿的參考體積比1：1.5，加入緩凝劑磷酸二氫鈉，其用量為水泥重量的3%。小導管灌漿采用活塞（接頭）封閉管口，以保證灌漿壓力。水玻璃與水泥漿雙液現場試配，小導管灌漿以灌漿壓力為1.2MPa時，其灌漿量等于0為控制目標。

4.3 灌漿加固效果檢驗。

用地震折射波檢測邊坡灌漿效果，檢測效果較好。邊坡經過灌漿后，地震波速度有明顯提高，邊坡穩定性增強，抗滑能力提高。

5. 結語

灌漿作為一種常規的巖土工程治理手段，卻很少應用于邊坡加固。采用淺層壓力灌漿加固邊坡，可以提高邊坡巖土體的力學強度，提高邊坡的自穩性，減少邊坡的開挖量，減少對環境的破壞。邊坡的邊坡經過灌漿治理后，坡面已無需進行傳統的漿砌片石等防護，可保留原始坡表從而可以容易地進行生態建設和恢復，從而可達到良好的環境效益。

參考文獻

[1] 葉林宏，何泳生，冼安如等，論化灌漿液與被灌巖土的相互作用[J]，巖土工程學報，1994，16（6）：47～55.

[2] 張良輝，巖土灌漿滲流機理與滲流力學[博士學位論文][D]，北京：北方交通大學，1996.

[3] 梁炯均，錨固與灌漿技術手冊[M]，北京：中國電力出版社，1999年.

[4] 熊厚金，地基處理技術·灌漿法[M]，北京：中國環境科學出版社，1996.

[5] 周維垣，楊若瓊，高壓灌漿力學機理[J]，國際巖土錨固與灌漿新進展，1996年，82～89.

[文章編號]1619-2737（2018）01-21-668