公路施工中灌漿技術(shù)的應(yīng)用研究

樊海劍

(山西交通建設(shè)監(jiān)理咨詢(xún)集團(tuán)有限公司，山西 太原 030012)

0 前 言

高速公路在整個(gè)運(yùn)營(yíng)時(shí)期中，有很多外部干擾因素的影響，導(dǎo)致病害問(wèn)題比較嚴(yán)重，其中最為典型的問(wèn)題就是沉陷。一般來(lái)說(shuō)，選擇應(yīng)用壓力灌漿技術(shù)進(jìn)行病害處理可以達(dá)到效果，讓高速公路快速恢復(fù)正常運(yùn)行。壓力灌漿實(shí)際上就是借用壓力，通過(guò)鉆孔把事先配比好的漿液灌入到土體孔隙之中，將土體之中存在的自由水和空氣充分的擠出，使得漿液凝結(jié)后能夠和土體結(jié)合為一個(gè)完整的、密實(shí)的整體，從而提升土體的強(qiáng)度、水穩(wěn)性，能夠很大程度上改善物理力學(xué)的性質(zhì)，有效地解決沉陷病害問(wèn)題。另外，此種路基施工的技術(shù)還具有較多的優(yōu)點(diǎn)和特點(diǎn)，如成型速度快、成本低廉以及方法簡(jiǎn)單等，因此，能夠被廣泛應(yīng)用在實(shí)際公路建設(shè)中。

1 灌漿技術(shù)的原理

在高速公路項(xiàng)目的路基結(jié)構(gòu)施工中，應(yīng)用灌漿技術(shù)進(jìn)行施工有著非常明顯的優(yōu)勢(shì)，通過(guò)鉆孔的方式灌入合格的漿液，然后對(duì)于下部的土壤結(jié)構(gòu)進(jìn)行擠壓作用，形成更具穩(wěn)定性和堅(jiān)固性的路基結(jié)構(gòu)，提高高速公路運(yùn)行的質(zhì)量。灌漿加固路基的方法能夠使得漿泡在注漿管周?chē)蛲鈱?shí)行擴(kuò)張，使得土壤內(nèi)部結(jié)構(gòu)能夠形成復(fù)雜的應(yīng)力，從切向和徑向?qū)崿F(xiàn)發(fā)展。而土壤結(jié)構(gòu)中臨近漿泡的部分由于受到應(yīng)力的破壞會(huì)重新完成塑性變形。此外，在應(yīng)力作用下土壤結(jié)構(gòu)會(huì)產(chǎn)生一定的變化，如土壤實(shí)際密度會(huì)降低，而和漿泡距離較遠(yuǎn)的則會(huì)呈現(xiàn)一定的彈性變形，從而實(shí)現(xiàn)土壤密度的增加，達(dá)到路基加固的效果。

我國(guó)高速公路建設(shè)里程逐步增多，路面鋪設(shè)施工的主要材料就是水泥混凝土與瀝青，很多情況下農(nóng)村地區(qū)或者山區(qū)道路會(huì)選擇采用砂礫作為主要施工材料，不管哪一種施工材料，在長(zhǎng)期的運(yùn)行中都會(huì)導(dǎo)致沉陷的問(wèn)題出現(xiàn)，給公路的正常運(yùn)行帶來(lái)不利的影響，甚至?xí)斐蓢?yán)重的交通事故。當(dāng)前我國(guó)使用最為普遍的一種路基加固方式就是壓力灌漿技術(shù)，既可以保證高速公路的通行質(zhì)量，又可以延長(zhǎng)使用壽命，促進(jìn)我國(guó)高速公路事業(yè)的穩(wěn)步發(fā)展。

2 高速公路工程概況

某高速公路項(xiàng)目總里程為35 km，整個(gè)項(xiàng)目施工范圍內(nèi)分布著比較多的涵管部件，在涵管埋設(shè)中要進(jìn)行回填施工。本次工程項(xiàng)目條件較差，回填材料的質(zhì)量難以達(dá)到基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)性能的要求，所以造成路基結(jié)構(gòu)的土體孔隙率比較大、壓實(shí)性能不足等問(wèn)題，導(dǎo)致工程的質(zhì)量難以合格。此外，在回填料承載自重的情況下，也會(huì)導(dǎo)致沉降問(wèn)題的發(fā)生，路面平整度難以滿(mǎn)足要求，給項(xiàng)目運(yùn)行安全性帶來(lái)不利的影響。因此，需要做好路基土體的加固處理，選擇合適的應(yīng)對(duì)方案，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)施工環(huán)境以及經(jīng)濟(jì)性選擇設(shè)施方式。經(jīng)過(guò)對(duì)比分析，最終確定選擇應(yīng)用壓力灌漿技術(shù)。

3 施工方案

3.1 處理區(qū)域及灌漿孔布設(shè)

因?yàn)楸敬喂こ添?xiàng)目回填質(zhì)量不達(dá)標(biāo)，所以本次灌漿作業(yè)過(guò)程中，回填土是目標(biāo)對(duì)象，在開(kāi)挖環(huán)節(jié)，要重視回填土施工質(zhì)量管理。從工程的具體情況分析，結(jié)合項(xiàng)目?jī)?nèi)部存在的多條涵管問(wèn)題，灌漿孔要保證兩側(cè)各設(shè)置一排，具體參數(shù)可見(jiàn)表1。本次施工采用的是P·O32.5普通硅酸鹽水泥材料，漿液密度為1.6～1.8 g/cm3。

表1 壓力灌漿孔設(shè)計(jì)參數(shù)

3.2 工藝流程

灌漿施工工藝流程為：①進(jìn)行灌漿孔測(cè)量放樣；②安裝鉆機(jī)，固定；③根據(jù)工程需要調(diào)整鉆機(jī)；④鉆孔作業(yè)；⑤外管下孔；⑥制作漿液材料；⑦內(nèi)管下孔；⑧灌漿處理；⑨漿液補(bǔ)灌施工；⑩清理處理。

3.3 施工內(nèi)容

3.3.1 測(cè)量放樣

首先根據(jù)需要做好穿涵管的測(cè)量作業(yè)，詳細(xì)地標(biāo)記其具體的輪廓，然后依據(jù)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行鉆孔位置的測(cè)量放樣，最后再進(jìn)行孔位標(biāo)注。

3.3.2 鉆 孔

基于鉆孔放樣的結(jié)果來(lái)裝置好鉆機(jī)。鉆機(jī)需要穩(wěn)固牢靠的裝置，并且需要調(diào)整和鉆孔對(duì)準(zhǔn)，鉆桿實(shí)際需要確定為垂直狀態(tài)，完成垂直度檢驗(yàn)再進(jìn)行鉆進(jìn)工作。相關(guān)工作人員需要在鉆進(jìn)時(shí)進(jìn)行同步跟蹤，開(kāi)展好記錄工作，對(duì)地層以及孔位偏移等相關(guān)情況進(jìn)行重點(diǎn)檢測(cè)，如果在鉆進(jìn)中產(chǎn)生相應(yīng)的問(wèn)題，根據(jù)需要采取科學(xué)合理的補(bǔ)救措施。鉆孔作業(yè)后，組織技術(shù)人員進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)收，達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求才能進(jìn)行后續(xù)孔位鉆進(jìn)施工，保證孔位偏差不超過(guò)5 cm。

3.3.3 外管下孔

以設(shè)計(jì)方案作為標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行灌漿外管的制作，然后進(jìn)行質(zhì)量檢查，比如管材、管徑以及搭接長(zhǎng)度等，合格后才能下放。下放外管時(shí)還要維持平穩(wěn)，在符合實(shí)際的標(biāo)高時(shí)開(kāi)展連接和固定工作。完成外管的下放工作后還需要將截止閥及時(shí)進(jìn)行安裝，并標(biāo)定準(zhǔn)確，將灌漿段點(diǎn)的位置記錄下來(lái)。

3.3.4 漿液調(diào)制

漿液的調(diào)制要嚴(yán)格基于配比來(lái)完成，確保充分?jǐn)嚢铦{液。一般能夠采用常規(guī)攪拌機(jī)來(lái)完成，不需要借助其余的機(jī)械設(shè)備。而攪拌漿液使其混合的時(shí)間通常為90 s。對(duì)完成制作的漿液要完好的保存，而漿液放置超過(guò)4 h則不可再使用，成為了廢料，所以需要及時(shí)地使用。另外，還需要關(guān)注完成灌漿施工后水泥總用量的準(zhǔn)確計(jì)量，從而使得后續(xù)施工工作的開(kāi)展具有一定的依據(jù)。

3.3.5 清 孔

完成灌漿作業(yè)后還需要基于設(shè)計(jì)的相關(guān)要求來(lái)開(kāi)展清孔工作，從而確保灌漿具備一定的效果。在施工開(kāi)展過(guò)程中，一般采用優(yōu)質(zhì)泥漿作為清孔材料，有效且完善的清孔作業(yè)能夠更便利下次灌漿操作。

3.3.6 補(bǔ) 灌

當(dāng)灌漿量以及壓力值都與設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)一致時(shí)再開(kāi)展補(bǔ)灌作業(yè)，補(bǔ)灌作業(yè)在外管上開(kāi)展，補(bǔ)灌能夠確保管內(nèi)的漿液足夠充分和密實(shí)，不存在空隙。

4 壓力灌漿施工技術(shù)要求

4.1 施工材料

4.1.1 水 泥

本次工程項(xiàng)目選擇使用普通硅酸鹽水泥材料，通過(guò)80 mm的孔篩進(jìn)行過(guò)孔處理，篩余要控制在5%以?xún)?nèi)。水泥材料的各項(xiàng)指標(biāo)符合技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的要求，禁止使用受潮變質(zhì)或者超出保質(zhì)期的材料，有任何問(wèn)題都不能投入使用。

4.1.2 水

漿液混合最為重要的組成部分為水，其需要與各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)相吻合，此外水溫也需要嚴(yán)格把控好，一般維持在40℃左右。

4.2 施工機(jī)具設(shè)備

4.2.1 鉆 機(jī)

鉆機(jī)類(lèi)型的選擇還需要根據(jù)施工場(chǎng)地實(shí)際的地質(zhì)條件來(lái)進(jìn)行，并適宜地配用鉆頭和鉆桿。在使用之前需要細(xì)致地檢查所應(yīng)用的鉆機(jī)和配件，確保其工況良好再投入使用。此工程中應(yīng)用回旋鉆機(jī)開(kāi)展施工。

4.2.2 灌漿泵

灌漿泵的選用需要根據(jù)漿液濃度來(lái)考慮泵機(jī)整體的適應(yīng)能力。正常情況下，泵機(jī)工作壓力為1.5倍最大壓力。攪拌機(jī)工作則需要連續(xù)供料。實(shí)際開(kāi)展施工時(shí)需要確保管路暢通且具備一定的抗壓力。現(xiàn)場(chǎng)施工相關(guān)人員要在孔口的位置設(shè)置好壓力表，從而能夠?qū)酀{的壓力進(jìn)行實(shí)時(shí)的掌控，全面觀測(cè)好現(xiàn)場(chǎng)。

4.3 制 漿

漿液制備時(shí)要先將各種材料進(jìn)行稱(chēng)量，嚴(yán)格控制其誤差小于5%，而水泥等固相材料需要應(yīng)用重量法來(lái)進(jìn)行稱(chēng)量。攪拌漿液過(guò)程中，要關(guān)注好攪拌的均勻性，并對(duì)漿液的密度實(shí)時(shí)檢測(cè)。施工中若使用普通攪拌機(jī)則要確保攪拌時(shí)長(zhǎng)約有90 s；若使用高效攪拌機(jī)則要確保攪拌時(shí)長(zhǎng)約為30 s。但實(shí)際確切的攪拌時(shí)間要基于實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)得出。漿液在完成攪拌后要及時(shí)的投入使用，從而有效地避免浪費(fèi)。制備純水泥漿時(shí)，通常控制水泥灰和水的比例為0.5∶1。開(kāi)展施工時(shí)，為確保灌漿的順暢，要控制好灌漿輸送的速度，通常為1.4～2.0 m/s。而實(shí)際漿液的溫度要控制在5℃～40℃。如果施工當(dāng)?shù)氐臏囟容^低，則要應(yīng)用一定的加熱或保溫措施，避免產(chǎn)生漿液凍結(jié)變成塊狀。如果漿液溫度不正常，則漿液直接作廢，不可以在施工中使用。

4.4 灌漿的壓力與方法

先將壓力調(diào)整到0.2～0.4 MPa后進(jìn)行試灌作業(yè)，經(jīng)過(guò)多次調(diào)整確定為合適的灌漿壓力，也可以通過(guò)上覆層結(jié)構(gòu)厚度的試驗(yàn)計(jì)算確定。該工程采用的是按序孔灌漿施工方式，灌漿孔間距要合理的設(shè)定，達(dá)到密集度的標(biāo)準(zhǔn)。第一序孔的間距設(shè)定為5 m，第二序孔調(diào)整到2.5 m。灌漿作業(yè)從上到下逐步進(jìn)行，每孔灌漿作業(yè)次數(shù)不能少于2次。

4.5 鉆 孔

鉆孔是最為重要的一個(gè)施工工序，該環(huán)節(jié)的質(zhì)量關(guān)系到最終施工效果。在鉆孔作業(yè)中，保證孔位偏差控制在5%以?xún)?nèi)，垂直度偏差不能超過(guò)1%。如果經(jīng)過(guò)檢測(cè)發(fā)現(xiàn)存在孔斜的問(wèn)題，就有可能導(dǎo)致塌孔的缺陷。此外，應(yīng)該做好孔內(nèi)沉渣厚度的控制，不能超過(guò)0.2 m，且要進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)的孔深測(cè)量，達(dá)到精度的標(biāo)準(zhǔn)要求。

4.6 灌漿施工結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)

在灌漿達(dá)到設(shè)計(jì)的壓力標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，要維持15 min后再停止灌漿。若灌漿時(shí)出現(xiàn)地面冒漿的情況，則需要基于冒漿點(diǎn)的實(shí)際情況和冒漿的量來(lái)應(yīng)用相應(yīng)的措施來(lái)開(kāi)展封堵處理工作，并對(duì)孔內(nèi)的漿液進(jìn)行檢查，看是否存在外漏情況。

5 結(jié) 語(yǔ)

壓力灌漿技術(shù)為目前高速公路沉陷等缺陷問(wèn)題的重要處理措施，成本較低，施工效果比較好。該技術(shù)通過(guò)設(shè)備進(jìn)行壓力灌入施工，將土體內(nèi)部的空氣、水分全部擠出去，膠液在土體內(nèi)形成穩(wěn)定的整體，保證路基結(jié)構(gòu)強(qiáng)度得到提升，消除病害問(wèn)題。本文以某高速公路為案例進(jìn)行分析，通過(guò)壓力灌漿技術(shù)的應(yīng)用，消除高速公路病害問(wèn)題，承載性、強(qiáng)度都有明顯提升，保證高速公路運(yùn)行效果。

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