高速公路路基沉陷注浆施工技术的应用探析

2021-08-28朱文斌陈辉

运输经理世界 2021年12期

文/朱文斌、陈辉

1 前言

如今，我国高速公路里程正在不断增加，因高速公路实际建设工期相对较短，且路基的填高较大，固结沉降时间不长，若在施工中路基未能得到分层碾压，则压实度就无法满足要求，进而导致工后沉降，特别是桥台或过路构造物台背填方部位与纵向填挖交接部位，在施工中很容易产生压实不足与填料选择不当等问题，使路基沉降更加严重。在高速公路工程路基施工完成后，需尽快进行路面施工，对此，施工人员应及时处理工后沉陷问题，而注浆法就是一种影响最小且效果良好的处理方法。

2 注浆法概述

除路基加固外，注浆法还能在改善地基土、稳固边坡与防渗基础中使用。在路基加固过程中，一般使用旋喷注浆法，在土层表面钻出一个注浆孔，然后采用一定压力在孔内注入水泥浆，以此在孔内形成一个圆柱体；另外，原土和水泥浆结合后会形成固化体，从而实现有效加固地基[1]。

注入土体内的水泥浆会和原土发生一系列反应，比如物理化学作用，即在水泥作用下，土体颗粒之间发生聚集、离子交换与团粒化；又比如物理过程，即土体颗粒之间将达到挤密状态；此外还包括化学反应，即水泥水化和水解，在水泥和原土反应作用下，会产生一种特殊结构，在提高土基整体强度的同时，保证稳定性与密实度，进而实现预期的加固目标。研究和实践均表明，土体和水泥浆之间的固化反应相对较慢，对此，在配制水泥浆的过程中，可掺入一定量的速凝剂，以此达到加快凝结速度的目的，避免浆液沉淀对加固效果造成影响。

采用注浆法加固路基之前，工作人员应先做好现场调查工作，并进行必要的试验，确定加固区内施工路基土各项参数，如含水量、塑液限和塑性指数，然后结合工程实际情况，采用适宜的布孔方式、钻孔间距、水灰比等，包括钻孔和注浆的设备，确保注浆施工顺利完成，达到预期的加固效果。

3 工程概况

某高速公路工程K27+628～K27+668 标段范围内的路基由于在施工过程中没有进行分层填筑与碾压，在一段时间之后产生了一定沉降；另外，因路面施工时间正值当地雨季，在路基产生出沉降的部位积水，同时雨水下渗，会使路基土体强度大幅降低，导致软化、沉陷增大。通过现场调查，沉陷范围的总面积可以达到800m2左右，沉陷深度可以达到数十厘米。

目前，该标段的基层与下面层均完成了施工，为避免对后续路面施工进度造成影响，决定采用注浆的方法对该标段路基实施加固，防止其继续沉降对路面施工造成影响或使完成施工的路面结构层次被破坏。现结合该工程实际情况，对其路基加固过程中注浆法的应用做如下分析。

4 施工准备

在路基沉陷处理施工开始前，应先结合现场的具体情况，认真做好各项准备工作。施工临时用电以发电机为主，施工临时用水以附近的河水为主。将临时用水和临时用电都接通后，先试运行钻机与注浆设备，保证所有设备都能处于正常运转状态。在施工人员进场前，严格审核其资历，经审核确认满足施工要求后方可批准进场[2]。

4.1 材料准备

水泥，选择初凝时间不少于3h，终凝时间相对较长，且强度等级不低于42.5 级的普硅水泥，不可使用已经变质的水泥。因注浆施工对水泥的消耗很多，单个注浆孔的注浆量就可以达到1.6～2m3，根据配合比进行换算，单个注浆孔需要使用水泥1.5t 左右，所以在施工开始前应保证有两天以上的水泥量，另外在施工中还要制定材料组织计划，避免停工待料情况发生。在水泥材料进场后，工作人员应立即报告相关部门核实数量，为后续的收方结算提供方便。水，人、畜饮用水都可在施工中使用，若对水质有怀疑，应委托相关部门进行检测，仅检测确认对泥浆性能无影响后，方可使用；另外，还可根据周围的环境情况，通过沟渠取水进行注浆施工。水玻璃，模数在2.4～3.2 范围内，波美度在42°～46°范围内，密度在1.40～1.46g/cm2范围内[3]。

4.2 技术准备

基于技术总工程师的指导，根据工程特点收集各类资料，制定合理可行的施工方案，并提出有效的技术管理方法；分项工程施工开始前，组织相关人员熟悉招标文件，以掌握设计方案和施工要求；组织施工人员认真学习相关技术标准，确保施工始终按照规范的要求进行；对现场全体操作人员做安全和技术交底[4]。

根据相关试验记录可以看出，该段路基土的最大干密度和最佳含水量分别为1.96g/cm3、18.7%，塑、液限分别为22.5%和32.5%，塑性指数11%。基于此，完成地质钻探与标贯试验，明确路基松散程度以及其具体位置和分布范围，并通过现场取样试验确定压实度，其结果为：与表面相距1.6～1.8m 部分的压实度为96.3%，与表面相距2.6～2.8m 部分的压实度为98.6%，与表面相距3.6～3.8m 部分的压实度为80.5%，与表面相距4.6～4.8m 部分的压实度为87.9%。根据以上试验结果可知，与表面相距3.6～4.8m 部分的压实度比规范要求的值低很多，说明这一部分的路基较为松散，有产生沉陷的可能，应进行有效加固[5]。

5 施工技术

5.1 钻孔布置

在沉降发生位置按照梅花状布置钻孔，确保加固范围内的土体能够形成一个整体。在有沉降裂缝的部位，钻孔布设范围应达到1～2m；在沉陷较为严重的部位，钻孔之间的距离应控制在2m 以内。根据现场实际情况，结合路基土的实际密实程度，本次共设置了200 个钻孔。

钻孔采用油压钻机进行，成孔方法为冲击干钻，孔径按照75～91mm 的范围控制，孔深控制在6～7m 范围内，以地质钻探结果为依据，钻孔应达到原状土层内0.5m。另外，在施工过程中，应采用间隔成孔的方法，在钻设完成的孔结束注浆之后，将钻孔加密至设计要求的密度。

5.2 埋设注浆管

注浆管为高压胶管，管径20mm，在管的下部应按照0.5m 的间隔距离开出小孔，同时还要用透明胶带对小口与下端开口进行封闭，避免邻孔注浆过程中浆液进入管口或孔眼处对注浆造成影响。注浆管应一次性到达钻孔底部；另外，钻孔外应露出0.5m 的长度，用于和输浆管相连。

5.3 注浆

浆液采用425 普硅水泥，水灰比采用0.85，配制时掺入适量速凝剂，以达到速凝和早强的效果。水泥浆的拌制主要使用卧式搅拌机进行，注浆采用高压注浆泵进行。在注浆过程中，按照从外到内的顺序实施间隔注浆。以沉降处外围为起点，形成一个完整的包围圈，避免浆液从路基范围内流出，然后从沉陷处中部开始先间隔注浆再加密注浆。注浆刚开始时，采用0.5～1.5MPa 的注浆压力，使浆液填充并渗透即可；然后将注浆压力升高至0.8～2.5MPa，必要时可采用4～6MPa 的注浆压力。在注浆压力作用下，浆液从土层中的孔隙内下渗，将路基中的孔隙完全填满，并对松散部分予以压实与挤密，确保沉陷处的路基形成一个固化体，进而实现对路基的有效加固。