市政道路路基处理应用灌浆法的施工技术

2015-01-08陈智婉

城市道桥与防洪 2015年7期

陈智婉

（潮州市市政建设总公司,广东潮州 521000)

0 引言

路基作为公路工程主要的构成部分，由于长期在自然环境中暴露，各种外界因素都会对其稳定性造成影响。为了保证公路的施工质量，首先要保证路基的稳定性和坚实性。在一些软土地基在施工时，常常会遇到变形、沉降等情况，对城市交通的正常运行造成了一定的影响。为了提高路基的安全性，需要做好软土路基的处理工作。

1 案例介绍

某市政道路工程路段整体环境质量较差，上部受力层主要由淤泥、淤泥质土、杂填土、细砂等构成，其中淤泥质土呈软流塑状态，杂填土的结构比较松散，而细砂具有较高的流动性，这些因素都无法保证路面的荷载达到路基承载力的基本要求。如果不顾路基实际情况，直接进行施工，势必会出现沉降。为了使路基承载力达到基本要求，提高路面车辆行驶运行的稳定性和安全性，提高路基的变形模量和强度，讨论研究后决定采取灌浆法对路基进行加固。

2 灌浆施工的类型以及施工原理

2.1 渗透灌浆施工原理

一般对于岩体裂隙发育、砂卵土层、碎石土层来说，多使用渗透灌浆的方法对地基进行加固处理。在不对原路基结构和体积进行改变的前提上，利用压力将浆液灌入到岩石和孔隙中，将孔隙中的空气和自由水排出。通过利用浆液将原本松散的路基凝结成一个整体，进而提升土体的整体强度[1]。在施工时，浆液可以扩散的范围主要是由灌浆压力和固体颗粒直径来决定的，压力越高，灌浆液的扩散距离也就越高。而浆液的加固范围主要由浆液材质、土体的密实度等来决定。

2.2 劈裂灌浆的施工原理

一般对于粘性土体来说，由于渗透性差，一般会使用劈裂灌浆的方法进行施工。劈裂灌浆指的是通过施加压力，来使浆液克服底层的抗拉强度和初始应力，使土体机构和岩石结构被破坏，进而在垂直于主应力面出现劈裂，增加浆液的灌入的扩散半径。实践证明，劈裂压力和浆液的注入速度、浆液的浓度、抗压强度以及地基中的小主应力有关。浆液的注入速度越小、粘稠度越稀，所需要的劈裂压力也就越小。当土体中出现劈裂的情况后，如果持续增加浆液的注入量，那么浆液灌入的压力也会逐渐提升。对于岩土土体来说，岩土体刚度和压力的提升速度成正比，而对于软弱土体则成反比。在形成灌浆脉络后，可以显著提高土体中反向应力和变形稳定性，并且还可以降低大、小主应力之间的差值。整个劈裂灌浆过程不需要对压力进行控制，只要可以将要求的浆液挤压到填土中即可[2]。此方法适用于灌浆深度小、地应力量小的地区。

2.3 压密灌浆的施工原理

压密灌浆一般适用于软土路基中，指的是利用钻孔将浓度很高的浆液灌入到土中，然后在注浆点将土体压实，进而产生泡沫，如图1所示。在浆泡直径不大的时候，灌浆压力会顺着钻孔径向扩散，然后在浆泡变大后，会产生可以抬动地面的上抬力。使下沉路基可以回升到相对准确的位置。换句话说，压密灌浆其实就是压密土体以及对浓浆进行置换的过程。

图1 压密灌浆的施工原理图

在使用灌浆技术对公路路基沉降进行处理时，如果路基属于强度比较低的淤泥层或砂土层，多使用压密灌浆的方法进行施工。对于砂砾层的公路路基一般使用渗透灌浆的方式进行施工，而对于土质比较硬的亚粘土一般使用劈裂灌浆的方法进行施工。本市政道路工程属于软土路基，因此使用压密灌浆的方式进行施工。

3 灌浆施工的设计

（1）配合比设计。浆液分别按照0.5和0.75两个水灰比来进行配比。对于一些空隙比较大的杂填土，施工时会增加水泥的灌入量，水：细砂：水泥按照0.75∶1∶1的配合比施工。

（2）施工的控制标准。考虑到本工程灌浆施工的其中一个对象为杂填土，由于杂填土的孔隙变化比较大、土体的均匀效果差、无法确定具体的耗浆量，因此，除了利用理论耗浆量来对施工进行控制，还要根据浆液的降低率进行控制。

（3）灌浆压力的确定。灌浆压力主要和土重度、孔深、初始应力、灌浆顺序等因素有关，

而这些因素想要准确确定难度比较大。所以，此次施工使用灌浆试验确定灌浆压力[3]。暂时将一、二段的灌浆压力分布定位在0.1～0.2 MPa和0.3～0.4 MPa。在实际施工过程中，需要根据实际情况再次进行调整。

（4）布置灌浆孔的位置。灌浆孔按照梅花形进行布置。假设灌浆体的厚度b为1.66 m，浆液扩散半径r为1.5 m,灌浆孔的距离L=2×（r-b/4）1/2=2×(1.52-1.66/4)1/2=2.5 m。最佳排距R=r+b/2=1.5+1.66/2=2.33 m。

（5）灌浆量的控制。施工过程中，灌浆量Q和土的孔隙率（N）、灌浆对象的体积（V）、经验系数（K）有较大的联系。以Q=K.V.N的公式进行计算，淤泥质土、杂填土和细砂单位需要吸收的浆量分别为 0.281 m3,0.352 m3和 0.19 m3。

（6）灌浆完成的结束标志。正常情况下，保持标准灌浆压力，各个孔段一分钟的浆液量控制在0.6 L以内，并且保持半个小时后即可停止灌浆。

4 灌浆施工的重点和难点

4.1 灌浆施工的重点

（1）布孔。为了满足路基设计强度的基本要求，在进行布孔时，需要根据灌浆的特点、路基的基本形态等来考虑布孔。在保证钻浆孔可以高效发挥其作用的同时，还可以将浆液保存在路基的范围中。在实际布孔的过程中，要参考实际情况开展工作。如果需要全段进行灌浆施工，要按照相同的距离进行梅花方格的布置，并使用边缘孔深、中间孔浅、孔间距2 m的基本原则进行施工。

（2）钻孔施工。在钻孔施工时，为了避免路基受到损害，要尽量缩小钻孔的孔径，使用干钻法进行施工。整个钻孔的过程中，禁止加水。钻孔的深度要根据路基材料以及路基的高度情况进行确定。

（3）注浆。在进行注浆施工时，认真选择注浆管，注浆管中的浆液要可以顺畅流通。完成注浆施工后，由于注浆管拔出困难，可以将其作为预应力锚杆保留在路基中，在一定程度上增加路基的强度[4]。

（4）灌浆施工。在进行灌浆施工时，主要需要对灌浆的压力、灌浆的浓度和灌浆的顺序进行严格控制。其中，灌浆压力是控制的重点，也是顺利完成灌浆施工的基础。

4.2 施工难点

（1）为了防止流沙流入到灌浆管中影响正常施工，一般要制作一个花管安装在灌浆管的底部，此外，要使用一层绝缘的橡皮层包裹在花管外。成孔钻满足施工要求后，在孔中放入注浆管，填入粘土后夯实。（2）为了提高钻孔的稳定性，淤泥环境使用捞砂成孔的方式进行施工；杂填土环境下使用导管护臂的方式来提高孔壁的稳定性。（3）在软土路基施工时，要及时进行搅拌，先在搅拌机中加入水，然后将搅拌机的开关打开，并注意加入适量的标准硅酸盐水泥，待达到工程要求后停止搅拌工作。搅拌工作完成后，使浆液通过滤网流到储浆筒中。（4）灌浆采用从上到下分段加压、孔口封闭的方式进行施工，施工长度可根据砂土、淤泥质土、杂填土的厚度来进行控制，利用机器来控制灌浆压力，在灌浆施工结束后立即进行封孔。

4.3 特殊情况的处理措施

4.3.1 串浆的处理

在进行灌浆施工时，如果浆液从其他钻孔中溢出，就表明出现了串浆的情况。为了防止这种情况出现，需要做好以下几个方面的工作：（1）要合理安排施工流程，根据实际的地质情况延长路基的施工时间，确保后孔的灌浆在前孔灌浆完成后并具有一定的强度后开展[5]。（2）当灌浆孔出现串浆时，使用并联灌浆的方式进行施工。（3）如果按照以上措施进行处理后，效果仍然不明显，需要对灌浆孔的孔距重新进行规划和安排。

4.3.2 冒浆的处理

（1）采取控制灌浆量的方法，将单位吸浆量控制在合理范围中；（2）降低灌浆压力和水灰比，必要时可以加入水玻璃和砂土来防止出现冒浆的情况；（3）使用间歇式灌浆的方法进行施工，当遇到冒浆的情况时，要立即停止注浆，并在等待后再次进行注浆。