注漿加固處理技術(shù)在高速公路路基施工中的應(yīng)用

鄭文強(qiáng)

（石家莊市公路橋梁建設(shè)集團(tuán)有限公司，石家莊 050000）

1 引言

高速公路路基在施工過(guò)程中容易受到外界氣候、天氣、地質(zhì)等不良因素的影響，長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)營(yíng)容易出現(xiàn)路基沉陷、路基結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和穩(wěn)定性降低，并伴隨著不均勻沉降變形的產(chǎn)生，進(jìn)而產(chǎn)生公路病害，因此，需結(jié)合路基沉陷問(wèn)題采取必要措施進(jìn)行處治[1]。現(xiàn)階段注漿加固技術(shù)在公路路基沉陷處治應(yīng)用中較為廣泛，其路基加固效果顯著，施工簡(jiǎn)單且成本較低，可推廣使用。本文圍繞注漿加固處理技術(shù)在高速公路路基施工中的應(yīng)用進(jìn)行研究，并在具體工程中應(yīng)用。

2 路基沉陷類(lèi)型及產(chǎn)生原因分析

2.1 瞬時(shí)沉陷

當(dāng)公路路基受到重力作用時(shí)，會(huì)產(chǎn)生瞬時(shí)沉降，該現(xiàn)象是由于路基內(nèi)部飽和的軟土中孔隙水未及時(shí)排出[2]。瞬時(shí)沉降時(shí)路基土體僅為形變，未發(fā)生體變，所以，又稱(chēng)為剪切變形。當(dāng)路基土層內(nèi)部的飽和軟黏土存在比重較大的荷載時(shí)，產(chǎn)生的初始沉降在總沉降量中占比較大，瞬時(shí)沉降產(chǎn)生的時(shí)間較短，但帶來(lái)的整體影響較大。

2.2 固結(jié)沉陷

在高速公路路基沉陷病害中，固結(jié)沉陷是最常見(jiàn)的沉陷類(lèi)型之一[3]，其產(chǎn)生的主要原因是路基土體內(nèi)部孔隙水壓不斷降低，導(dǎo)致土體的壓縮性變大，進(jìn)而導(dǎo)致滲透性固結(jié)沉降。

2.3 次固結(jié)沉陷

公路路基土體的超靜孔隙壓力降低時(shí)，會(huì)引發(fā)路基的主固結(jié)沉陷。隨著孔隙壓力的不斷變小，直至消失，這個(gè)過(guò)程中路基內(nèi)部產(chǎn)生的沉降即為次固結(jié)沉降，此時(shí)土體顆粒與水膜產(chǎn)生反應(yīng)，發(fā)生松動(dòng)現(xiàn)象，特別是當(dāng)土體內(nèi)存在腐殖質(zhì)等有機(jī)物時(shí)，該現(xiàn)象尤為突出[4]。該類(lèi)型沉陷產(chǎn)生率較低，但是需予以重視和預(yù)防。

3 注漿加固技術(shù)工程特性

選用注漿加固技術(shù)處理高速公路路基的沉陷問(wèn)題，效果突出且應(yīng)用廣泛。注漿加固技術(shù)的主要工作原理是：將原本病害路基通過(guò)注漿再加固的方式形成復(fù)合式路基結(jié)構(gòu)，提高路基的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和承載能力，避免路基再次產(chǎn)生壓縮變形。其工作步驟為：首先對(duì)路基進(jìn)行鉆孔處理，再將注漿液均勻灌注至孔隙中，施工過(guò)程中，路基土體內(nèi)部空氣和水分被不斷擠出，可以降低路基土體孔隙比，提高土體密實(shí)度。

注漿加固技術(shù)能有效填充路基土體的孔隙，避免沉陷問(wèn)題進(jìn)一步發(fā)展；涉及的材料和設(shè)備簡(jiǎn)單，成本較低；可實(shí)現(xiàn)快速治理，施工周期短；具備一定的環(huán)保性。現(xiàn)階段，在高速公路路基沉陷注漿加固應(yīng)用中，常采用滲入性注漿、壓密注漿以及劈裂注漿3 種方式，詳述如下。

3.1 劈裂加固技術(shù)

劈裂加固技術(shù)是當(dāng)注漿液的壓力超過(guò)土體的抗拉強(qiáng)度承受范圍時(shí)，土體產(chǎn)生剪切破壞作用，增大漿液的擴(kuò)散距離，最終與土體形成完整的骨架結(jié)構(gòu)。因此，劈裂加固技術(shù)應(yīng)用時(shí)對(duì)注漿壓力要求較高，一般控制在約0.2 MPa，避免因壓力過(guò)大導(dǎo)致路基結(jié)構(gòu)破壞。

3.2 滲透加固技術(shù)

不同于劈裂加固技術(shù)，滲透加固技術(shù)采用的注漿壓力較小，注漿液滲透過(guò)程中會(huì)擠出路基土中的空氣和水分，同時(shí)與土體顆粒產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，提高土體的膠結(jié)能力，進(jìn)而提高路基的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度以及抗?jié)B能力。但是，滲透加固技術(shù)應(yīng)用中對(duì)土體滲透性及密實(shí)度要求較高。

3.3 壓密加固技術(shù)

壓密加固技術(shù)對(duì)注漿液的濃度要求較高，注漿液灌至路基土體內(nèi)會(huì)自下而上形成樁式柱體，提高土體的密實(shí)度和結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，效果良好。

4 工程概況

某高速公路建設(shè)項(xiàng)目全線長(zhǎng)共計(jì)121.913 km，車(chē)道為雙向6 車(chē)道，設(shè)計(jì)行車(chē)速度為100 km/h，路基整體寬度為27.5 m，瀝青混凝土路面，其中，上面層為SMA-30 改性瀝青混凝土，中面層為AC-20 改性瀝青混凝土，下面層為ATB-13 瀝青穩(wěn)定碎石。該高速公路為山區(qū)公路，全線橋隧比為51.9%，路基工程主要分布于第二、第五、第六、第七、第八土建分部，其中，第五土建分部段路基地質(zhì)復(fù)雜，巖性多為千枚巖和石灰?guī)r，且縱坡較大，經(jīng)地質(zhì)勘測(cè)得出，K40+032～K40+348 段路基存在較為嚴(yán)重的病害問(wèn)題，集中在路基的填挖交界處，突出表現(xiàn)為沉陷問(wèn)題，最高沉降量達(dá)到20.8 cm，已嚴(yán)重影響了路基的整體穩(wěn)定性和結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。為避免路基進(jìn)一步發(fā)生沉陷，現(xiàn)建設(shè)單位經(jīng)與設(shè)計(jì)單位討論后決定采用注漿加固技術(shù)進(jìn)行路基加固處理。

5 路基注漿加固技術(shù)要點(diǎn)分析

5.1 注漿鉆孔設(shè)計(jì)

本項(xiàng)目注漿原材料選定為42.5 普通硅酸鹽水泥，粉煤灰用作注漿材料外加劑，其主要技術(shù)指標(biāo)分別見(jiàn)表1、表2。注漿加固長(zhǎng)、寬、深分別為19 m、7.5 m、9.2 m，各孔間距為2 m，呈正三角形布局。

表1 水泥物理性能試驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果

表2 粉煤灰物理性能試驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果

5.2 注漿加固準(zhǔn)備

正式的注漿加固施工之前，對(duì)施工機(jī)械設(shè)備和原材料進(jìn)行提前準(zhǔn)備，具體見(jiàn)表3，調(diào)試好機(jī)械設(shè)備的同時(shí)對(duì)各項(xiàng)施工原材料進(jìn)行性能檢測(cè)，準(zhǔn)備就緒后方可投入施工使用。

表3 注漿加固施工準(zhǔn)備

5.3 注漿液調(diào)制

嚴(yán)格按照配比來(lái)制備注漿液。將水泥灰和水分別倒至攪拌設(shè)備中，進(jìn)行連續(xù)充分?jǐn)嚢瑁瑫r(shí)間不得少于3 min，對(duì)攪拌質(zhì)量進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，直至無(wú)明顯沉淀產(chǎn)生時(shí)即可停止攪拌。制得的注漿液放入指定容器內(nèi)存放。

5.4 注漿

按照設(shè)定的壓力值進(jìn)行注漿機(jī)調(diào)試，按照之前設(shè)定好的注漿長(zhǎng)度、寬度以及深度，開(kāi)啟注漿施工，中途可結(jié)合天氣、溫度等條件對(duì)注漿壓力進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，整體注漿壓力需控制在0.5～0.7 MPa。

5.5 終孔標(biāo)準(zhǔn)及封孔

在標(biāo)準(zhǔn)壓力作用下鉆孔注漿速度小于1 L/min 時(shí)，需持續(xù)穩(wěn)壓3 min 左右，直至壓力穩(wěn)定不變時(shí)說(shuō)明注漿工作已結(jié)束，此時(shí)需及時(shí)拔出注漿套管，選用細(xì)砂混凝土封孔，進(jìn)行下個(gè)孔位的注漿施工。

6 路基注漿加固質(zhì)量檢測(cè)

6.1 平整度檢測(cè)

路基通過(guò)注漿加固處治后，需要檢測(cè)路基的整體平整度情況，檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表4。根據(jù)檢測(cè)結(jié)果可得出，注漿加固6 個(gè)月后平整度檢測(cè)數(shù)據(jù)趨于穩(wěn)定，滿足規(guī)范要求。

表4 平整度檢測(cè)結(jié)果

6.2 彎沉檢測(cè)

對(duì)檢測(cè)區(qū)域的面層、墊層、基層的彎沉進(jìn)行檢測(cè)，其檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表5。檢測(cè)結(jié)果表明，處治施工完畢后墊層、基層和面層處彎沉值均低于設(shè)計(jì)要求，表明采用注漿加固技術(shù)能預(yù)防后期路基沉降變形的產(chǎn)生。

表5 公路結(jié)構(gòu)層彎沉檢測(cè)結(jié)果

6.3 注漿質(zhì)量檢測(cè)

選用鉆芯取樣、標(biāo)準(zhǔn)貫入法、沉降觀察等方法檢測(cè)注漿質(zhì)量，對(duì)比注漿前后路基土體的承載能力和密實(shí)度，其標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表6。根據(jù)表6 數(shù)據(jù)可得，路基土體的密實(shí)度得到提升，且提高路基的承載能力，注漿加固效果合格，28 d 后檢測(cè)到無(wú)沉降發(fā)生，達(dá)到加固路基的目的。

表6 標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)結(jié)果

7 結(jié)語(yǔ)

本文就注漿加固處理技術(shù)在高速公路路基施工中的應(yīng)用進(jìn)行研究，結(jié)合具體公路路基工程，圍繞路基沉陷類(lèi)型及產(chǎn)生的主要原因、 注漿加固技術(shù)工程特性以及注漿加固施工技術(shù)要點(diǎn)進(jìn)行展開(kāi)，并對(duì)其施工質(zhì)量進(jìn)行檢測(cè)。研究結(jié)果表明，針對(duì)路基沉陷問(wèn)題，采用注漿加固技術(shù)可有效提高其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和穩(wěn)定性，增強(qiáng)公路路基的承載能力，抵御不均勻沉降變形，進(jìn)而延長(zhǎng)公路使用壽命。