袖阀管注浆在既有道路沉降病害处治中的应用

2020-11-06庄国方上海建科工程咨询有限公司上海200032

建设监理 2020年7期

庄国方（上海建科工程咨询有限公司，上海 200032）

0 引言

公路路基的差异性沉降是影响路面结构整体稳定性、行车安全性和舒适性的重要因素之一。针对已通车公路路基沉降病害问题，行业内常规处治方法通常是在旧路面上加铺沥青层。但是，该方法不仅会增加路基附加荷载，而且还会加剧该部位的地基固结和路基沉降，从而形成路基加铺—沉降—再加铺的恶性循环。由此可见，只有提高路基及其下卧层土体的自身强度，才能从根本上解决日趋严峻的已通车公路路基的沉降问题。

袖阀管注浆技术是由法国索列坦公司首先研发并提出的一种注浆工法。该工法能有效保证所注浆液在加固土体中的均匀性，并能很好地控制注浆过程中的浆液压力及浆液扩散范围。

目前，袖阀管注浆工艺已在软土地基、隧道工程、路基及堤坝加固等各类工程中得到了较为广泛的应用，并能获得较好的加固效果。以浙江沿海某既有公路某一路段软土地基处治工程为例，在路堤边坡处采用袖阀管注浆技术进行侧向钻孔注浆，最终取得了较好的路基加固效果。袖阀管注浆法在该工程中的成功应用，为沿海既有公路路基的沉降处治工程提供了一定的借鉴。

1 工程概况

浙江沿海某既有公路的沉降处治工程某路段，其最不良地质条件主要是浅部分布着较为深厚的软土，包括第 ②2层淤泥土和第 ②3层淤泥质（亚）黏土～亚黏土。第 ②2层淤泥土，局部夹薄层亚砂土，含腐殖物，埋深 8 m～13.8 m，层厚5.6 m～11.7 m，层底标高－12.04 m～4.75 m，全线广泛分布。第 ②3层淤泥质（亚）黏土～亚黏土，存在贝壳碎屑和少量腐殖物，有亚砂土、粉砂夹层，埋深 10.1 m～15.2 m，层厚 0.5 m～3.9 m，层底标高－12.84 m～－6.15 m。

该路段自通车运营以来，每年路面沉降量均达到 5 cm～6 cm，以往均采用加铺沥青进行处理，合计加铺厚度已达到 17.5 cm。但是，加铺路面沥青层其实是对路基增加了新的荷载，会对软土地基产生新的附加应力，从而进一步引起地基土固结压缩变形，恢复通车一段时间后就会产生新的差异性沉降，最终导致路基加铺—沉降—加铺的恶性循环。因此，提高路基及其下卧层土体的自身强度，是解决本路段路基差异性沉降病害问题的根本方法。

2 袖阀管注浆加固技术

对于既有已通车公路，在不影响正常交通通行的基础上，从路堤边坡处垂直或倾斜钻孔，当钻进至设计钻孔深度后，插入袖阀管，然后将水泥浆液等固化浆液按一定压力注入至该段路基土体内，从而增强土体黏结强度及密实度，提高软土地基的黏聚力和内摩擦角，最终起到加固土体的作用。本路段路基两侧采用的侧向袖阀管引孔直径为110 mm，引孔深度则按照具体位置加以确定。路堤两侧每排引孔设计孔距为 1 m，排距为 0.5 m，并且呈梅花形布置。注浆浆液采用 PO42.5 普通硅酸盐水泥配置，设计每延米的注浆水泥用量约为 50 kg，其实际用量要根据现场施工情况进行调整。

3 袖阀管注浆施工工艺

既有已通车公路采用侧向袖阀管注浆法进行处治的主要施工流程，如图 1 所示。主要包括施工准备、路基边坡处侧向钻孔、侧向袖阀管插入、袖阀管周边路堤空隙填充、侧向辐射注浆、结束注浆、施工结束后培土恢复边坡等工序。

图1 侧向袖阀管注浆工艺施工流程图

3.1 施工准备

根据设计要求和实际地质条件，通过试验等手段制定详细的施工工艺参数。清除边坡的树根、杂草、垃圾等杂物，开挖路堤边坡，平整施工作业面场地，以便钻机平稳就位。根据设计要求并结合实际，对钻孔点位进行测量放线并打设木桩标记。

3.2 边坡侧向钻孔

倾斜钻进成孔采用泥浆护壁工艺，钻进深度应满足设计要求。钻孔作业重点对孔位、钻进角度、深度、各孔孔距等进行控制。过程中应严格做好施工记录，为后续注浆作业提供可靠的数据支撑。

3.3 侧向袖阀管插入

引孔完成后立即插入袖阀管。袖阀管长度根据引孔深度确定，并且保证袖阀管上口露出地面长度约 20 cm，以便注浆施工。袖阀管底部必须封闭，袖阀管插至孔底后再调整袖阀管位置，使其处于钻孔的中心。袖阀管下管时可能会因孔内浆液浮力作用而不易下至孔底，此时可在管内注入清水，以克服浮力，确保其下放到位。

3.4 袖阀管周边路堤空隙填充

为保证注浆效果，袖阀管注浆施工通常在成孔完成后立即灌注套壳料，或者在孔内插入袖阀管后灌入套壳料。本工程采用的是插入袖阀管后用混凝土材料填充袖阀管周边路堤空隙的方法，具体施工方法是：使用合适直径的钢棒将混凝土填充材料强制灌进袖阀管周边路堤的空隙，然后振捣夯实。

3.5 侧向辐射注浆

混凝土填充材料强度满足设计要求后，方可进行侧向辐射注浆施工。为了防止注浆过程中出现冒浆或窜孔等现象，注浆施工时应采用隔 1 孔或 2 孔的跳注方式，并且采用从底往上的分层注浆方法。注浆分层高度为 1 m，即：每注浆 1 m 后，注浆管须往上提升 1 m；直至单孔注浆量达到设计要求为止。

注浆过程中要严格控制注浆压力、浆液比重和注浆时间，以保证注浆量，并且实时监测路面隆起情况。如果出现冒浆或路面隆起较大等异常现象，应立即停止注浆，查明原因并制定相应措施后方可继续注浆。一般可采用减小注浆压力或间歇式注浆等方式进行处理。

每孔注浆完成后，应及时用水清洗袖阀管，保持管内干净并盖好管口，以便注浆不合格时可以进行二次注浆。注浆质量验收合格后，采用水泥砂浆进行封堵。

3.6 培土恢复边坡

袖阀管注浆施工结束 7 d 后，对原边坡进行恢复和护坡绿化工作。如果边坡表面发现有水泥板结等情况，应翻松清理相应水泥板块，并且从其他地方移取一定的可耕植新鲜表土，按要求铺上，以利于后续该路段植被的恢复。

4 施工过程路面变形监测分析

路面的变形监测对施工具有非常重要的指导意义。施工过程中应根据路面隆沉的变化情况，及时调整引孔钻进速度、注浆压力和注浆量等施工参数，以防因路面沉降或隆起过大而造成路面开裂。

本路段共布置了 20 个变形观测点，在左、右半幅路面对称布置 10 个，在整个施工期间平均每 3 d 观测一次路面高程变化。图 2 反映了该工程路段右半幅所布设的路面监测点的高程差变化曲线。对于右半幅路面，安排两台钻机从 8月 3 日至 8 月 18 日同时进行侧向钻孔施工，由于钻孔施工孔径范围内土体被掏空，使得地基土呈现局部蜂窝状，所以在路基及车辆荷载的作用下，该部位路面会出现不同程度的沉降，特别是与钻孔位置相对应路面沉降较大，因而在这段时间内，所有路面监测点的高程均随着钻孔时间的推移而不断降低，具体表现为高程差曲线不断下降且数值均为负值。从 8 月 19 日开始，同时进行钻孔和注浆施工，注浆时，水泥浆液在注浆压力作用下冲开袖阀管的橡胶套，不断注入土体的裂隙或孔隙中。大量浆液挤入地基土中就会引起路面的隆起，注浆点所对应的路面部位就会出现不同程度的抬升，而未注浆部位所对应路面仍然在不断地下沉，具体表现为在高程差曲线上一部分观测点的曲线不断上升，而另一部分观测点的曲线仍在下降。同时，由图 2 还可以看出，某些观测点高程差曲线会出现上升后又下降的情况。究其原因，主要是随着时间的推移，浆液注入地基土中后，水泥浆液固化后体积收缩以及地基土孔隙水消散。

图2 右半幅路面观测点高程差曲线

图3 反映了该工程路段左半幅所布设的路面监测点高程差变化曲线，其施工情况与右半幅相似。从 9 月 9 日至 9月 16 日两台钻机同时进行侧向钻孔施工，在此施工阶段，在路基及车辆荷载的作用下，路面会出现不同程度的沉降，所有的路面监测点高程均会随着钻孔时间的推移而不断降低。从 9 月 18 日开始，同时进行钻孔和注浆施工，会发现注浆部位所对应的路面会出现不同程度的抬升，而未注浆部位所对应路面仍然在不断地下沉。