路基沉陷注漿技術在高速公路施工中的應用

1 引言

高速公路建設項目主要由路基工程、橋梁工程、隧道工程以及附屬工程等構成，其中，路基工程通常占比較大，且路基直接決定著高速公路的整體穩定性和強度。 但是，高速公路路基常出現沉陷問題，表現為路基不均勻沉降變形，進而導致面層裂縫、車轍等病害。 路基沉陷病害產生的主要原因可歸納為回填料不均勻、施工不到位以及縱向開裂三大類。 目前，常用的路基沉陷處理技術為注漿加固技術，可有效改善沉陷問題，防止路基進一步的沉降變形，且具備一定的經濟性。

2 公路路基沉陷病害工程特性

2.1 路基沉陷原因分析

2.1.1 回填過快、碾壓不足

公路路基在施工階段內， 當路基回填進度過快或壓實度不足時，會一定程度上引發公路路基沉陷病害。 該病害通常存在于公路運營期間。 公路路基施工時，隨著外界環境的不斷影響， 路基通道臺背兩側管道開挖埋設后會出現壓實度不足的問題，在回填速度過快的前提下，臺背內部回填土穩定性和強度隨之降低，長時間影響下路基會出現不均勻沉降問題。

2.1.2 縱向開裂

公路路基在施工或運營時期均容易產生縱向裂縫， 引發路基通道臺背兩側不均勻沉降變形產生， 在外界荷載的長期影響下， 會導致路面裂縫， 并且在積水的不斷滲透侵蝕作用下，最終導致路基沉陷病害產生。

2.1.3 臺背回填料不均勻

公路路基產生沉陷病害的重要原因之一為臺背回填料不均勻，會直接影響公路后期的正常運營，并伴隨有交通事故的發生。一般來說，高速公路臺背填料為5%水泥土，而當水泥摻量偏大、拌和施工不均勻或級配設計不合理時，均會影響臺背水泥混凝土的強度等級， 在外界水侵蝕和荷載長期作用影響下則會導致路基沉陷病害產生。

2.2 注漿機理及工程特性

解決路基沉陷的有效措施之一是注漿加固， 可防止路基產生進一步沉陷問題。 注漿加固技術的作用原理為通過注入注漿材料使既有路基形成復合式路基結構， 以此增強路基的結構強度和承載能力，減少路基回填土體壓縮變形。 施工過程中，首先需要對路基特定區域進行鉆孔處理，再將一定比例的漿液在設定壓力的作用下均勻灌注于路基土體中。 使路基土體的孔隙比降低的同時提高結構強度。 目前，公路路基施工中常用的路基注漿加固技術包括壓密注漿、 劈裂注漿以及滲入性注漿三大類。

注漿加固措施的優勢：（1）注漿加固技術所涉及的設備簡單， 成本不高；（2） 注漿加固針對路基沉陷問題其效果顯著；（3）施工工期較短，可實現快速處治，且具備環保性。

3 工程概況

某高速公路建設項目全線長約為74.154 km，設計行車速度為80 km/h， 按照雙向四車道標準進行設計， 路基寬度為26.5 m，路面材料為SBS 改性瀝青混凝土，公路全線橋隧占比為64.5%。 該高速公路所處區域地貌以山地為主，多為低丘陵，巖性主要以石灰巖和千枚巖為主， 其中，K35+332～K36+532段存在路基病害問題，通過現場勘測后得到，路基病害主要集中于填挖交界處， 沉陷問題較為嚴重和突出， 最大沉降為20.8 cm，直接影響了車輛的安全通行。 為改善路基沉陷問題，同時防止沉陷的進一步發展， 本項目擬決定采用注漿加固技術進行病害處治， 注漿主要原材料選定為42.5 普通硅酸鹽水泥，并添加粉煤灰外加劑，其主要技術指標分別見表1、表2，并選取試驗路段進行注漿加固質量檢測。

表1 水泥物理性能試驗檢測結果

表2 粉煤灰物理性能試驗檢測結果

4 公路路基注漿加固施工工藝研究

4.1 注漿鉆孔設計

注漿加固施工之前， 施工技術人員應針對實際路基進行踏勘并繪制地形圖，確定注漿加固施工中的參數和尺寸，其對應的長度為19 m，寬度為7.5 m，深度為9.2 m，同時注漿的各孔位間距為2 m，按照正三角形進行孔位布設，布設順序應由外側孔向內側孔進行展開。

4.2 施工準備工作

提前準備各項注漿施工原材料， 并對各原材料的性能進行檢測，具體見表3。 注漿材料以P·O42.5 的普通硅酸鹽水泥為主，投入施工前應保證無任何結塊或變質現象存在，妥善儲存水泥灰，并將水灰比控制在0.75 左右為宜，同時注漿壓力不得低于0.5 MPa，也不得超過0.7 MPa。

表3 注漿加固施工準備

4.3 漿液配置

將水泥灰和施工用水按照提前設定的配合比進行拌和施工，提前將各項原材料均勻、緩慢倒至攪拌機內部，確保拌和充分、均勻，且攪拌時間應在3 min 以上，施工技術人員應及時對攪拌情況進行現場觀測， 當無明顯沉淀現象時即可停止攪拌作業，得出的注漿液應放置在專門的容器內進行儲存，同時需定期進行人工攪拌，防止出現沉淀或結塊問題。

4.4 注漿施工

將注漿機參數調設至指定要求，壓力需達到施工要求，按照指定的注漿長度、寬度以及深度進行注漿施工，同時在注漿施工過程中需充分考慮周邊環境、溫度等因素，注漿壓力時刻控制在0.5～0.7 MPa。

4.5 終孔標準及封孔

觀察鉆孔注漿速度，當在標準壓力作用下其值小于1 L/min時，控制壓力為3 min 并保持持續穩定，停止注漿作業后，現場施工人員及時拔出注漿套管， 再選用細砂混凝土將鉆孔予以封閉處理。

4.6 施工注意事項

路基注漿加固施工之前， 需對具體的沉降位置進行詳細勘測，鉆孔期間需嚴格遵循“一孔一注”的原則，嚴禁先鉆完所有孔再統一注漿， 以免產生串漿現象， 影響注漿的整體密實度。 注漿完畢后，及時采用細石混凝土進行鉆孔封閉。 整個鉆孔注漿環節要求連續，若需要長時間中斷，應及時對注漿設備及套管進行清洗。

5 公路路基注漿加固質量評價

5.1 彎沉檢測

注漿加固施作完成后，需要對加固區的面層、墊層、基層的彎沉值進行檢測，檢測結果見表4。

表4 公路結構層彎沉檢測結果

檢測結果表明，加固施工完畢后，墊層、基層和面層的彎沉值均低于設計要求， 表明采用注漿加固技術能有效起到沉陷病害改善作用。

5.2 平整度檢測

注漿加固后，施工技術人員采用3 m 直尺檢測平整度，并進行肉眼直接觀察路面處理效果， 以便得出路基工作區具體深度，平整度檢測結果如表5 所示。

表5 平整度檢測結果

根據檢測結果可得出， 采用注漿加固技術處理的6 個月后平整度檢測數據趨于穩定，且檢測結果滿足規范要求，表明注漿加固技術能對路基沉陷問題進行改善。

5.3 注漿質量檢測

注漿施工完畢后，在200 m 試驗路段上采用鉆芯取樣、標準貫入法、沉降觀察等方法檢測注漿質量，對比注漿前后路基土體的承載能力和密實度，其標準貫入試驗結果見表6。

表6 標準貫入試驗結果

根據表4 數據可得，路基土體的密實度得到提升，且提高路基的承載能力，注漿完畢28 d 后檢測到無沉降發生，達到加固路基的目的。

6 結語