注漿技術在濕陷性黃土地區城鎮道路路基加固中的應用分析

摘要：隨著蘭州新區社會經濟迅速發展，城市人口和車輛的增加，城市道路的使用率在迅速提高，進而對市政道路的工程質量及交通服務功能提出了更高的要求。而注漿技術作為一種路基加固技術應用于路基加固愈趨廣泛。但由于注漿工程存在自身隱蔽性、路基結構復雜性、漿液流動不確定性，導致注漿加固效果在濕陷性黃土地區難以預料。目前，注漿技術在濕陷性黃土地區路基加固工程中的應用缺乏較為系統的研究理論，施工過程中難以有效控制施工質量。基于此，本文結合蘭州新區工程實例，首先對濕陷性黃土地區道路路基病害進行全面分析，然后針對濕陷性黃土地區的壓密注漿法的工作原理進行探究，分述其施工工藝、施工設備與材料，最后介紹施工過程中壓密注漿的質量控制及合理的質量檢驗方法。

關鍵詞：注漿；路基；病害研究；質檢方法

1 引言

由于蘭州新區土質較為特殊，地表土多為Ⅲ～Ⅳ級自重濕陷性黃土，厚度達7～30m，孔隙率較大，從而造成路基不均勻沉降、人行道塌陷等病害的頻發，屬于濕陷性黃土地區，因此注漿技術在道路路基加固的作用也逐漸顯現。因漿液與土層的相互作用機理極為復雜，且漿液的物理與化學性質具有時變性，都增加了對注漿理論研究的難度，導致其常滯后于工程應用。因此，在濕陷性黃土地區開展注漿加固技術擴散規律與加固效果的試驗研究及理論分析工作，具有顯著的緊迫性與必要性。

2 路基病害研究

路基是城鎮道路的重要組成部分，是路面的基礎。主要承擔由路面車輛傳來的動靜荷載。由此，路基的強度、穩定性、耐久性及排水性能直接影響路面的平整度和穩定性，更是城鎮道路安全、舒適、高效運營的基礎條件。城鎮道路作為人們活動的必要區域，在極其復雜的自然環境和人為因素的影響下，路基的安全性能、使用功能及服務功能都隨著時間不斷下降。近年來，蘭州新區交通量和車輛載荷不斷增大，城鎮道路路基難免病害頻發，其主要表現為沉陷、翻漿、開裂滑動等病害。對于蘭州新區城市道路多為新建道路，但由于其特殊的土質影響，地基不均勻沉降、翻漿、路基變形等現象成為最常見的病害，面對此種情況，施工單位多采取以下措施對城市道路路基進行加固補強處理：（1）淺層軟土地基采用換填法。即利用機械或人工徹底清除濕軟路基土層，使用強度大、穩定性高、排水性能好的材料進行回填并高度壓實來達到改良路基的目的，既最徹底、最治本的一種施工方法。（2）強夯加固法。指用重錘自一定高度下落夯擊土層，使地基迅速固結的方法，此方法也是最常見的用于濕陷性黃土地基及某種松散填土地基的加固；（3）深層攪拌法。即在軟土地基中，通過深層攪拌機械攪拌摻入各類固化劑，使軟弱粘土硬結形成具有整體性和一定強度的加固土樁復合地基，從而提高軟基承載力以減小沉降。此方法常用固化劑有水泥類、石灰類、瀝青類及化學材料類等，多用于處理軟弱的粘性土地基。

以上三種措施均可有效預防或緩解城鎮道路病害，但受施工難度和施工預算等主客觀因素的影響，這三種措施僅僅適合既定條件的道路路基處理。目前，在道路路基加固工程中，尤其是最繁忙的城鎮道路施工中，往往具有工期緊、成本低、文明施工的高要求，常應用于路基病害的處置措施主要有以下幾種：（1）路面補強。當路面結構、交通功能無法滿足正常的使用要求，各項指標均在正常值以下的城鎮道路，通過對路面微處治的措施來提高其使用性能，這種方法適用于路床強度不足、路基沉降變形較小、路基與路面未出現大的破損的情況。但其加固效果在一定程度上取決于路面以下的路基狀況。采用此種方法無法從根本上解決道路的病害，反而造成施工資源二次浪費和增加養護成本的問題。（2）開挖處理。采用此種措施處置路基病害時，需先將道路上部結構挖除，采取新建工程的相關技術處置病害處置，再重建上部結構，從而較為徹底、有效的措施，但占路施工時間較長，對城市交通暢行影響較大。（3）靜壓注漿處置。在道路路面沉陷區域上部根據設計要求，布置梅花形的孔位，使用鉆機鉆出相同深度的孔位，注漿管給予壓力作用，使水泥等漿體克服各種阻力，進而滲入土體的孔隙和裂隙中，漿液通過滲透、擠密、填充等方式使得孔隙及松散的土粒膠結，形成相互穿插的脈狀結石體。注漿加固技術在道路建設及養護工程中的應用，有效解決道路運營中的橋頭跳車、路基不均勻沉降等問題。采用該項技術對運營期道路沉陷、沉降病害維修處置，避免大填大挖，具有施工工藝簡單、較小干擾交通運營、施工速度快、維修加固成本較低等特點，確保了道路的安全與暢通。

3 靜壓注漿在濕陷性黃土地區應用分析

由于路面自重、行車荷載和水、溫度等各種自然因素的作用下，路基的各部分會產生不均勻的沉降或者變形，這些病害不僅不會自動恢復，而且還大大降低了道路行車的安全系數以及交通服務功能的指數，為了降低道路養護成本、減少道路路面開挖、縮減施工工期以及施工資源二次浪費，尋找一種綜合性能好、節約成本的新技術成為必要的選擇。而蘭州新區屬于濕陷性黃土地區，注漿技術在道路路基加固的作用也逐漸顯現，并且漸漸推廣應用。在新區道路提升改造工程中對于路基的不均勻沉降導致跳車嚴重的局部地區處理的方法通常為靜壓注漿法。

3.1 注漿原理

即通過氣壓原理，將具有良好的穩定性、流動性、粘結強度高及耐久性的漿液材料注入路基土體中，使漿液充填滲入土體的孔隙或裂隙后，待漿液固化后使松散的土粒或破裂的巖體粘結為整體，以達到提高強度、穩定性，以及降低滲透性的效果。靜壓注漿初始壓力較低，在注漿過程中，壓力隨漿液受阻力的增大而升高。根據地質條件、注漿壓力、漿液與土體作用機理、漿液運動形式和替代方式，可將靜壓注漿分為充填或裂隙注漿、滲透注漿、壓密注漿及劈裂注漿。

3.1.1充填或裂隙注漿。在具有大洞穴、溶洞、采空區、井巷工程壁后孔洞等地質條件下的注漿以及在具有裂隙的砂巖、裂隙性石灰巖、井巷工程的裂縫、裂隙等中的注漿，一般屬于充填或裂隙注漿。該注漿技術的加固機理是通過將一定的漿液注入巖土體的空穴或裂隙內，待漿液固化后起到填充加固或止水隔水的目的。

3.1.2滲透注漿。滲透注漿時指在不會破壞土體構造的壓力作用下，使漿液滲入到粒狀土的孔隙或巖石的裂隙中，排擠出其中的水和空氣，這種注漿形式一般不會改變土體或巖體的結構，注漿壓力相對較小。漿液在介質顆粒間一般是均勻擴散，通過將顆粒膠結在一起而增強介質的強度并起到防滲的作用滲透注漿一般只適用于顆粒較大的土或有裂隙的巖體，漿液在介質中呈球面或柱面擴散。

3.1.3壓密注漿。壓密注漿指在土體中鉆孔后，通過較高壓力使漿液鉆孔擠入土體，從而達到加固土體的目的。該注漿加固形式適用于中細砂，以及滿足充分排水條件的勃土地層，可注入水泥漿液或化學漿液。注漿時，漿液填充較大空隙后，在壓力的作用下，擠入較小土體孔隙。隨著漿液的持續注入，土體的孔隙隨壓力的不斷升高開始互相聚集、擠壓土體，達到一定程度后，土體內產生剪切破壞，出現劈裂裂縫，漿液沿裂縫充填擴散形成漿脈，從而在被加固土體中，形成具有一定強度的網狀骨架結構。從而使軟土地基的承載力得到有效提高。

3.2 技術要求

3.2.1材料的選擇。水泥品種應按設計要求選用，宜采用32.5級和42 5級普通硅酸鹽水泥，受潮結塊的水泥，水泥進廠需對產品名稱強度等級、出廠日期等進行外觀檢查，同時驗收合格證并進行復檢。適用飲用的自來水或清潔而未被污染的河水，湖水和地下水都可用于灌漿，不得采用P值小干4的酸性水和工業廢水.

3.2.2漿液的配合比。常用水泥漿的水灰比為1：0.5，封閉泥漿7d立方體試塊（邊長為7.07cm）的抗壓強度應為0.3～0.5Mpa，漿液粘度應為80～90s。每桶漿液的拌制時間應控制在150s左右，拌制是看保證桶內水混漿液攪拌均勻，無結塊、無顆粒、無沉淀現象，在原材料加料時富注意勻速、分散加入。

3.2.3注漿原則。單管靜壓注漿的壓力宜采用低壓滲透，注漿速度與注漿壓力取值應以地表面冒漿為控制原則。注漿過程中有地下水冒出地面時，需在周圍設置排水溝，安排人員用潛水泵排出施工場地；待漿液冒出后，須停止一小段時間后在注漿。壓密注漿將全部展開施工，注漿先施工四周一圈，待水泥漿達到一定強度后再施工內排，內排施工壓漿時采用跳壓法施工。

3.2.4注漿記錄。施工過程中應做好詳細施工記錄，并進行地面變形測量監控；施工結束后，請提供有關施工報告給設計單位。壓密注漿施工需加強施工質量管理。若遇特殊情況，須及時與設計單位聯系研究處理。

3.3 質檢方法

由于靜壓注漿本身是一種隱蔽性工程，注漿漿液在路基土層中流動時具有時變性。因此，如何做到有效控制注漿質量以及選擇行而有效的質量檢驗方法，是控制施工質量和推廣應用該項技術的基礎。對注漿效果的檢驗可以從以下兩方面來進行：沉降觀測。為全面檢驗注漿效果，觀測需要在開工前進行一次，完成第一階段注漿工程后再進行一次，以及全部工程完工后一個月再進行一次；注漿質量檢驗是按照前述規范及設計要求，在注漿結束28d后進行，注漿孔檢驗點按注漿孔數的5%進行，檢驗點合格率大于80%，否則對不合格的注漿區域應重新注漿。質量檢驗的具體方法有開挖法、鉆芯法、載荷試驗法、變形觀測法等。新區道路路基注漿質量檢驗方法多采用了開挖法，并采用了鉆芯法和載荷試驗法來驗證地基注漿加固質量。

4 結語

路基建設是城鎮道路施工過程中的重要環節，也是道路加固及修復的重點。注漿技術可加固不同深度的地基，消除路基安全隱患，且具有簡單、經濟、安全與可靠等優點，既保障道路的質量，也保障了道路交通安全。同時，通過蘭州新區道路提升改造工程實例來看，靜壓路基注漿技術在很大程度上解決了在濕陷性黃土地區道路路基沉陷的病害。由此，靜壓注漿技術在新區道路路基加固工程中可推廣應用，但靜壓注漿施工方法的應用與推廣還需要同行不斷探索實踐。

參考文獻：

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（作者單位：蘭州新區市政投資管理集團有限公司）

作者簡介：劉永生（1985- ）男，漢族，甘肅金昌人，總工程師，從事市政工程建設管理工作。