市政道路杂填土路基的注浆加固设计与应用

吴为义，缪 琪

（1.浙江交通职业技术学院，杭州 311112；2.杭州市路桥有限公司，杭州 310011）

0 前 言

市政基础设施建设中经常遭遇到由建筑垃圾、工业废料或生活垃圾等组成的杂填土，其强度低、压缩性高和均匀性差的特点，往往需要对其进行处理[1]。杂填土的处理方法虽有很多[2－3]，但受到交通、场地、环境等条件的限制，使得在城区内处理杂填土变得相当困难。本文主要通过对某市政道路杂填土路基的注浆加固设计及应用效果进行数值和检测分析，验证了注浆加固技术在市政道路杂填土路基加固应用中的适用性。

1 工程概况

某拟改扩建的城市快速路路基位于杂填土层，杂填土的颜色为灰色，稍湿，松散，由建筑垃圾、碎块石及瓦片等组成，粘性土充填，局部含有大块石，成分杂，层厚约1.20～5.70m。由于杂填土的承载性能不佳，原状土路基十分软弱，实测回弹模量仅为7MPa，甚至无法测读出弯沉值。为此，需要对杂填土路基进行技术处理，以便满足设计弯沉控制值3.75mm及回弹模量≥25MPa的技术要求。由于场地位于市中心、材料运输不方便等现状，经方案比选，采用注浆技术对杂填土路基进行加固处理。

2 路基注浆加固设计和计算模型

为了模拟路基注浆扩散过程和加固效果，应用有限差分计算程序FLAC3D对单元上施加各向同性的膨胀压力，使单元体积膨胀，分全孔一次性注浆和分段式注浆两种情形进行了模拟计算：①全孔一次性注浆 （注浆深度2.0m，一次性完成注浆）；②自下而上分段式注浆 （注浆深度2.0m，分四次完成，每次注浆深度均为0.5m）。计算模型如图1所示，长30m、宽66m、高15m，注浆深度2m，注浆压力0.5MPa，注浆扩散半径1.25m，共18 980个节点、17 632个单元。模型边界条件除上边界为自由边界不予约束外，其它均为全约束边界。表1为上述两种注浆情形下分别对应的路基变形和应力数值。与全孔一次性注浆相比，自下而上分段式注浆稳定后的地层加固影响范围有所扩大，注浆孔处的地表最大隆起量增加了26.3%，地层的最大隆起量增加了29.1%，注浆孔下方的最大下沉量却减少了11.5%，且最大、最小主应力未发生明显的改变。因而，自下而上分段式注浆情形对路基的加固效果明显好于全孔一次性注浆，且对注浆孔下方地下管线的影响会更小。

图1 计算模型示意图 （1／2）

表1 两种注浆情形下路基的变形和应力

根据数值模拟结果，采用自下而上分段式的注浆设计方案，即全孔注浆共分四次完成，每次注浆深度为50cm。为了确定注浆孔布置、孔间距、水灰比、注浆压力等施工参数，开展了注浆加固试验段研究，在该路西侧快车道K0＋200～K0＋230范围内共布置了372只注浆孔。在总结试验段和数值计算的基础上，确定了如图2所示的杂填土路基注浆加固处理设计方案：①注浆深度为下方2.0m范围；②注浆孔采用梅花形布置，孔间距0.7m，浆液为水泥浆，水灰比0.7，注浆压力不大于0.6 MPa，其中地下管线顶部采用砂碎石回填至路基标高 （不注浆处理）；③注浆管采用35mm端头注浆式钢管，采用振动沉管方法下沉至下方2.0m深度，自下而上分段式注浆。

图2 注浆加固设计

3 注浆加固施工工艺

杂填土路基注浆加固施工流程如图3所示，主要工艺如下：

①测量定位：按照图纸对注浆孔位置进行准确地测量定位，确保注浆孔布置方式和间距符合设计要求。

②振动下沉注浆管：采用振动沉管方法将35mm端头注浆式钢管下沉孔口下方2.0m深度。

③浆液的制备：浆液采用水泥浆，按水灰比配料，水泥采用重量称量法计量，计量误差小于5%。使用高速搅拌机搅拌均匀，搅拌时间不小于1min。制备好的浆液先置于储浆桶，低速搅拌，然后用泵和连接胶管输送至注浆点。

图3 路基注浆加固施工流程图

④压力注浆：采用自下而上的分段式注浆，同排不同序注浆的时间间隔不小于4h，同时施工的两注浆孔距离不小于5.0m。注浆压力不大于0.6 MPa，施工中应根据实际情况调整注浆压力，确保浆液扩散半径达到设计要求。在规定的压力下，注浆量小于1L／min时，稳压10min，若压力降不超过5%即可止浆。

4 路基原位测试及弯沉测试

注浆前对杂填土路基用地质钻机钻了ZK1～ZK5等5只孔，注浆后也相应地钻了ZK6～ZK10等5只孔，在每只孔内各做2组标准贯入试验和2组重型动力触探试验，用以直观地反映杂填土路基注浆前后的强度变化。

路基土在注浆前标准贯入试验的实测击次平均值为3.5击／30cm。路基土在注浆后变得很坚硬，致使标准贯入试验设备无法贯入、直接被落锤砸坏，这说明杂填土路基注浆后取得了明显的加固效果。

路基土在注浆前后的重型动力触探试验数据统计结果见表2。注浆后，路基土的实测击次均比注浆前多，平均击次提高了3.15击，这也说明了注浆后路基土的强度有了明显地提高。

表2 重型动力触探试验数据统计

注浆前，杂填土路基太软弱，无法测量弯沉试验值。路基注浆后的弯沉试验结果如图4、图5所示，弯沉试验值显著降低，均不大于设计弯沉值。此外，注浆后土路基的回弹模量试验最小值为27 MPa，均达到了设计要求。可见，杂填土路基在注浆后的承载能力明显提高。

图4 西侧快车道路基弯沉试验成果

图5 东侧快车道路基弯沉试验成果

5 结 语

采用自下而上的分段式注浆方案，注浆总深度为2.0m。注浆孔采用梅花形布置，孔间距0.7 m，浆液为水泥浆，水灰比0.7，注浆压力不大于0.6MPa。注浆后，路基土的重型动力触探试验平均击次提高了3.15击，弯沉试验值和回弹模量试验值均达到了设计要求。实践表明，注浆法能够有效消除市政道路杂填土路基的不均匀性，具有施工简单、占地规模小、影响交通少等优点。

[1]夏长华.深厚杂填土地基处理应用研究[D].北京：中国地质大学，2008.

[2]涂平海，刘惠清.注浆技术在杂填土中的应用[J].岩土工程界，2001，4（4）：27－29.

[3]毛应生，高中俊，周新强.垃圾杂填土强夯作道路路基的试验与施工[J].城市道桥与防洪，2001，（2）：1－4.