浅层压力灌浆在边坡加固中的应用研究

孔鹏

【摘 要】对浅层压力灌浆法应用于边坡加固中的参数进行了研究，并将灌浆法应用于实际边坡工程中，加固后该边坡稳定性增强，抗滑能力提高，表明灌浆法应用于边坡加固中是可行的。

【关键词】灌浆；边坡加固；机理；参数；工程应用

【Abstract】The parameters on the shallow layer grouting applied in slope reinforcement were studied and the shallow layer grouting was applied to slope engineering. After reinforcement the stability of slope was enhancement and the ability of anti sliding was improved. It was shown that the shallow layer grouting applied in slope reinforcement was feasible.

【Key words】Grouting；Slope reinforcement；Mechanism；Parameter；Engineering application

1. 引言

（1）我国很多地区为山岭重丘，地质条件极为复杂，公路建设中遇到大量的边坡稳定问题。通常情况下，边坡治理采用清方，而清方减载一方面破坏原始的地形地貌，另一方面要解决弃方问题，造成严重的水土流失，对环境保护极为不利。《锚杆喷射混凝土支护技术规范》总则中强调：“正确有效地加固围岩，合理利用围岩的自承能力”，指出充分利用边坡岩土体自身强度和自稳能力，有效地加强自承能力，是边坡加固设计的出发点。因此，为了保护环境，减少清方，贯彻相关技术规范的精神，对天然和开挖的边坡进行灌浆加固，提高其自身的穩定性，是一种值得推荐的边坡治理方法。

（2）目前灌浆法主要应用于防水、地基加固及隧道加固等方面，在边坡加固工程中较少使用，这主要是因为对灌浆加固边坡机理缺乏认识，同时灌浆施工属隐蔽性作业，施工难度大。本文主要对灌浆加固边坡的机理及灌浆加固边坡中的参数进行了研究，并将灌浆加固边坡的方法应用于实际工程中。

2. 灌浆加固边坡机理

借助于压力下，通过钻孔并利用注浆设备分段均匀地将浆液注入岩堆体内，以充填、渗透和挤密的方式，排出岩堆体内空隙或裂隙中的水分和空气，并占据其空间，减少岩体内的孔隙率，将岩块间裂隙胶结起来成一整体；另一方面随着灌浆的进行，浆液的渗透，使浆液在岩体内形成方向各异、厚薄不一的片状、条状、团块状浆体，纵横交错的浆脉随着其凝结硬化，造成结石体与土体之间紧密而粗糙的接触，沿灌浆管形成不规则的、直径粗细相间的桩柱体。这种胶结作用和水泥浆体的形成使岩体构成了新的结构体，提高了岩体的强度、整体性和稳定性。

3. 灌浆加固边坡参数

3.1 灌浆浆材设计。

边坡灌浆材料无论从经济、效果以及环保诸方面考虑，水泥类灌浆材料无疑为最佳选择，当然，有时为了达到特定的灌浆目的，也可考虑选用其它灌浆材料。

3.2 灌浆浆液扩散半径。

3.2.2 地基土的构造和渗透性多数是不均匀的，尤其是在深度方向上，因而不论是理论计算还是现场灌浆试验，都难求得一个适用于整个地层的具有代表性的扩散值。实际工程中往往只能采用均匀布孔的方法，这是理论和实际的矛盾，为了克服这一矛盾，设计时应注意以下几点：

①在进行现场灌浆试验时，要选择不同特点的地基，最好用不同的方法灌浆，以求得不同条件浆液的扩散值；

②所谓扩散半径，并非最远距离，而是能符合设计要求的扩散距离；

③在确定设计扩散半径时，要择取多数条件下可以达到的数值，而不取平均值；

④当有些地层因渗透性较小而不能达到设计扩散值时，可提高灌浆压力或浆液的流动性，必要时还可在局部地区增加钻孔以缩小孔距。

3.3 灌浆孔布置[4]

3.3.1 单排孔位布置。

灌浆孔布置是根据浆液的有效范围，且应相互重叠，使被加固土体在平面和深度范围内连成一个整体的原则决定的。

对于单排的灌浆加固边坡工程，可以按下式确定经济扩散半径

R=0.624× n m （3）

式中：R——灌浆扩散半径；m——灌浆费用单价；n——钻孔费用单价。

3.3.2 多排孔布置。

当单排孔不能满足设计厚度的要求时，就要采用两排以上的多排孔。而多排孔的设计原则是要充分发挥灌浆孔的潜力，以获得最大的灌浆厚度，不允许出现两排孔间的搭接不紧密的“窗户”，也不要求搭接过多出现浪费。两排孔正好紧密搭接的最优设计布孔方案。根据上述分析，可推导出最优排距Rm和最大灌浆有效厚度Bm的计算式（孔排间最优搭接见图3）。

3.4.2 试验法确定灌浆压力。

当地基条件较复杂或计算参数不易选准时，就应通过现场灌浆试验来确定。试验中，一般是用逐步提高压力的办法，求得灌浆压力与灌浆量关系曲线，如图5当压力升至某一数值（图中的P1点），而灌浆量突然增大时，表明地层结构发生破坏或孔隙尺寸已被扩大，因而可把此时的压力值作为确定容许灌浆压力的依据（注浆压力与注浆量关系曲线见图5）。

3.5 灌浆量确定。

在正常情况下，理论上注入的耗浆量应填充到颗粒之间的孔隙中，或沿层理或沿裂隙注入。每孔浆液注入量可用下式计算：

Q=AπR2Hnβ （14）

式中：Q——每孔灌浆量（m3）；A——浆液的损耗系数，一般A=1.15～1.30；

R——浆液的有效扩散半径（m）；H——灌浆孔深（m）；n——孔隙率；β——浆液充填系数。

4. 灌浆加固边坡工程应用

4.1 工程概况。

鹅山冲滑坡位于凯麻公路K38+862～K39+138段，全长276米，山体较高，横坡约37°，路基设计从山脚处以挖方路堑通过，路槽以上为强风化泥质粉砂岩，岩体极破碎，岩质极软，90%的岩石手即可扳断。由于路基的开挖，加之连降暴雨，造成山体于2010年7月1日晚发生大规模滑坡，形成全线最高边坡，达160米，最长坡面，长270余米，最大滑体体积47万方。该滑坡首次采用了灌浆方法进行加固边坡并结合灌浆、锚固、抗滑桩几种综合治理的手段完成了滑坡的支挡防护。

4.2 工程灌浆设计。

（1）灌浆孔布置。

灌浆孔梅花型等间距平均分布在边坡面上，距离2m；钻孔孔径为50mm，采用无水干钻工艺施工（灌浆孔分布图见图6）。

（2）灌浆导管。

采用花管护壁灌浆法施工，见图7，导管外径33.5mm，壁厚3.25mm，由普通钢管加工制成，钢管前端加工成锥形，尾部焊接8钢筋加劲箍，管壁四周钻12mm漏浆孔，小导管全部伸入岩土中，垂直于坡面。

（3）灌浆浆液及压力。

小导管灌浆采用水泥-水玻璃双液，其参数如下：灌浆压力1.2Mpa，水泥浆参考水灰比1：1，水泥标号525，水玻璃玻美度为30，模数为2.4。水玻璃与水泥浆的参考体积比1：1.5，加入缓凝剂磷酸二氫钠，其用量为水泥重量的3%。小导管灌浆采用活塞（接头）封闭管口，以保证灌浆压力。水玻璃与水泥浆双液现场试配，小导管灌浆以灌浆压力为1.2MPa时，其灌浆量等于0为控制目标。

4.3 灌浆加固效果检验。

用地震折射波检测边坡灌浆效果，检测效果较好。边坡经过灌浆后，地震波速度有明显提高，边坡稳定性增强，抗滑能力提高。

5. 结语

灌浆作为一种常规的岩土工程治理手段，却很少应用于边坡加固。采用浅层压力灌浆加固边坡，可以提高边坡岩土体的力学强度，提高边坡的自稳性，减少边坡的开挖量，减少对环境的破坏。边坡的边坡经过灌浆治理后，坡面已无需进行传统的浆砌片石等防护，可保留原始坡表从而可以容易地进行生态建设和恢复，从而可达到良好的环境效益。

参考文献

[1] 叶林宏，何泳生，冼安如等，论化灌浆液与被灌岩土的相互作用[J]，岩土工程学报，1994，16（6）：47～55.

[2] 张良辉，岩土灌浆渗流机理与渗流力学[博士学位论文][D]，北京：北方交通大学，1996.

[3] 梁炯均，锚固与灌浆技术手册[M]，北京：中国电力出版社，1999年.

[4] 熊厚金，地基处理技术·灌浆法[M]，北京：中国环境科学出版社，1996.

[5] 周维垣，杨若琼，高压灌浆力学机理[J]，国际岩土锚固与灌浆新进展，1996年，82～89.

[文章编号]1619-2737（2018）01-21-668