高速公路路基沉降加固处理施工技术

2022-03-09韩苏

科学技术创新 2022年4期

韩苏

（中铁二十二局集团第五工程有限公司,重庆 400700）

我国是世界上高速公路运营里程最长的国家之一,而随着我国交通运营事业的快速发展,高速公路建设及运营的规模还在不断扩大[1]。在已开通运营的高速公路中,由于路基施工过程中台背、涵洞背、挡墙背（“三背”）填筑及碾压密实的难度较大,时常造成高速公路在此薄弱地段出现不均匀沉降,同时在强降雨、超载车辆的荷载作用等因素的影响下,引发更大规模的沉降、跳车现象,严重影响高速行车安全[2]。本文以某已运营高速公路为依托,重点介绍了钻孔注浆、路面抬升等技术措施对路基沉降段进行治理,达到了良好的治理效果。

1 工程概况

某高速位于四川省南部,全长126.3 公里。项目建成对完善成都经济圈交通路网,形成与成渝、成自泸、成雅等对外放射高速公路有效连接和构成成都经济区“一小时城市生活圈”等具有重要意义。该高速公路于2017 年底建成通车,在建成使用两年半后,部分台背、涵洞背、挡墙背（“三背”）及填方路基段出现了不同程度的沉降变形,据观测评估共计4 处较为严重的路面跳车路段,具体里程桩号如表1 所示。

表1 较为严重的路面跳车工点表

2 浆液材料的选择及配比

为提高路基强度,考虑技术可行性和经济合理性,采用水泥浆液。其主要功能是注浆形成的水泥复合材料有相对良好的物理力学性能和耐久性,综合考虑材料来源和成本投入。水泥浆是颗粒型,为了改善浆液灌注性能,改善填充能力和稳定性,有时需要添加各种添加剂[3-5]。配合比设计要首先满足快速凝固的需求,快速提高早期强度要求,其次泥浆应具有良好的稳定性和流动性。考虑到实际情况,注浆量按每米孔深注浆水泥用量暂定为100Kg,水泥采用P·C42.5 硅酸盐水泥配置,建议水泥浆液配比如下：

开灌：水:水泥=1:0.75（每孔灌入量不大于0.3m,每孔仅开灌一次,对于两次钻灌法,开灌只用于第二次主灌）

堵漏：水:水泥=1:1.5～1.2

一次钻灌法主灌：水:水泥=1:1.1

两次钻灌法：第一次主灌：水:水泥=1:1.1

第二次主灌：水:水泥=1:1.1

注浆量计算：注浆量（m3）=设计孔深合计（m）×0.5（m3/m）。

3 施工材料及机械配备

为保证施工顺利进行,根据现场实际情况需求,拟配备机械设备及材料需求如表2-3。

表2 机械设备配置表

表3 施工材料需求表

4 注浆加固施工工艺

4.1 工艺流程（图1）

图1 注浆加固工艺流程

4.2 孔位布设处治范围

根据设计图纸要求,按照设计图纸所示的范围布设钻孔,钻孔放样可采用皮尺或钢卷尺,钻孔应逐排、逐孔编号[6]。

4.3 钻孔

采用钢制卷尺测量注浆具体孔位,偏差小于5 厘米,并在现场进行标记,采用潜孔钻干钻成孔,钻头直径在91 毫米以上,同时空压机接入钻头,借助风压保持孔内清洁。在过程中要保持钻头的稳定性,避免钻头因晃动而产生的偏转,垂直度偏差控制在0.3%以内。

按照由外到内顺序分阶段进行钻进,首先施作路肩侧的孔位,再进行路基范围内的孔位,防止浆液串孔。当孔深超过5米时,分两次进行浆液灌注,先进行0-2.5 米范围内的钻孔灌注,待其凝固后,再重新对2.5 米部分进行钻孔灌浆。对于部分工点较为松散的填筑体,若塌孔严重时,必须下护壁花管,可采用花管跟进注浆法施工以保证灌浆质量。

4.4 下管

钻孔检查完成后,必须马上安装浆液注入管,以免成孔出现坍塌。浆液注入管应下降到孔底之后,用清水冲洗,安装注浆泵,并与浆液储存槽的管路连接起来,检测各接头的密封性,确保没有浆液泄漏。

4.5 注浆

注浆材料为P·C42.5 硅酸盐水泥,使用高速搅拌机制备浆液,用高压注浆泵注入浆液。浆液注入按照由外到内的顺序间隔进行浆液注入,首先从处理区域的外侧形成闭合环,防止浆液从路基本体流出,再从处理部位的中心间隔加密进行浆液注入。

在注入浆液时,配置止浆阀,保证浆液不会从钻孔口喷出,并及时查看注浆压力和孔口封堵情况。

当设计孔深小于5m 时,采用一次钻孔注浆,注浆压力0.3MPa（孔口压力表值）；大于5m 时,采用二次钻孔注浆,分两段实施钻孔注浆,第一段为设计孔深的0～2.5m,采用0.1～0.2MPa 压力灌入,形成硬壳层,探后再次重新成孔至设计深度,注浆压力0.3MPa（孔口压力表值）,对于靠路肩的第一排孔,注浆压力均不超过0.1MPa,具体注浆压力可根据现场实际情况动态调整。

4.6 止浆

当在规定压力下,注浆量小于1L/min 时,稳压时间不小于10 分钟,若压力不下降或者压力下降不超过5%,孔口出现返浆的比例不低于10%,则可正常止浆。

4.7 封孔

图2 机械设备配置图

采用导管灌浆进行封孔,在单孔注浆完成后,再次将注浆管插入孔洞底部,注入0.5:1 水泥浆液,待孔口出现同比例浓度的浆液后,向上慢慢提起注浆管,直至到达孔口为止,浆液初凝后进行抹平,终凝后,立即清除浮浆和污水,以便于后续对路面进行表面处置[7]。

4.8 注意事项

4.8.1 钻孔必须采用干钻成孔,除非在路基工程钻探过程中遇到较大障碍,如较大孤石或大面积岩层,可以添加少量的水润湿,无特殊情况,严禁带清水进行钻进,同时要在钻孔完成后,应及时进行浆液灌注,如不能及时进行灌浆的,应采取覆盖措施,防止雨水进入孔内。

4.8.2 注浆管应一次性插入孔底位置,从底部灌浆。同时要密切观察注浆体表面情况,防止出现浆液外溢的情况,一旦出现类似情况,应及时妥当进行处理,必要时可以采取改变水灰比或孔隙填充和浓浆封堵等方式进行处理[8]。

4.8.3 在注浆过程中,水泥浆液从注浆孔内流出的现象称为串浆。发生串浆的原因是在地层中孔隙、裂缝较多,压力较高时,相互串连造成串浆通路。处理的办法有：①适当延长相邻孔之间的注浆间隔时间。②串浆孔和注浆孔同时进行压浆。③封堵串浆孔

4.8.4 漏浆：对于漏浆严重情况可采用浓浆堵漏。如仍然漏浆,可采用2～3 小时间隙注浆,如发现变形超过允许值,应先减压,减压后仍不能抑制变形,可三天后进行复灌。

4.8.5 压浆施工应先施工边孔,按先边后中的施工顺序进行。

4.8.6 注浆采用注浆压力控制的原则。

4.8.7 为保证有足够的时间让浆体成型,注浆结束24h 后进行路面铣刨处理。

5 路面抬升施工

处理范围：面层沉降位置。

处理厚度：沥青混凝土上面层4cm,与原路面接平顺。

工艺流程：旧路面铣刨→基层处理→新路面铺筑。

5.1 材料准备

使用当地正规热拌站生产的SMA 改性沥青混凝土,从当地高速公路转到简蒲高速运至施工现场,在完成注浆施工铣刨后,再铺设防裂卷材。

5.2 混合料的运输

运输车辆在进行混合料装载时,应前后移动,避免混合物在装载过程中产生分离现象,装料前,应在车厢内侧涂刷一层薄薄的油和水混合液（柴油：水1:3）,但在车的底部不应有液体积聚。

设专人指挥卸料,在摊铺过程中严禁刹车过紧或溜车。

运输过程中应采用棉布防水帆布覆盖,车身两侧应采用棉被进行包裹遮盖,有效保障混合料温度满足现场施工要求。

车厢内部要保持干净,不得存有有机物质。当混合料出现结块或温度不满足要求时,应当按照废料进行处置。施工现场进出口位置应安排专人进行清扫,并采用高压水枪对进出入车辆轮胎进行冲洗,防止对已铺筑的路面产生污染。

5.3 沥青混合料的摊铺

沥青混合料摊铺采用可伸缩摊铺机进行,摊铺前应提前两个小时对熨平板进行预热,不能过高或过低,一般保持其温度控制在120℃左右,铺筑过程中应注意检查熨平板振捣和夯锤振动频率和振幅与摊铺速度保持统一协调,防止摊铺机速度过快时,熨平板出现抖动的情况,同时也应该保证熨平板衔接紧密、平顺,防止面层出现拖痕。

摊铺过程要保证连续不间断,刚开始进行铺筑时应缓慢加速。要确保混合料供应的连续性,摊铺的速度要与拌合站的生产能力相匹配,既不能出现停机待料的情况,又不能出现车辆积压的情况。铺筑全过程,质量检验人员和测量人员应对相关指标进行检验,保证全过程沥青各项性能指标和铺筑平整度满足要求,出现异常情况时,及时进行反馈并动态调整。

螺旋布料器转动的速度要保持稳定、均衡,送料器上两侧的混合材料的高度应保持在三分之二高度的以上。

5.4 沥青混合料的碾压

碾压轮只能涂抹食用油,严禁涂抹柴油、地沟类油质。

碾压时对初压、复压、终压加以区分,严格按各区的碾压要求进行碾压。

初压速度控制在1.5～2km/h,复压速度控制在3.5km/h,终压控制在4km/h。减速停车应有足够长的缓和段,杜绝急刹车和大油门起步。

无论是终压还是复压,压路机操作应按“先行走后震动”进行作业,整个振动碾压过程中压路机必须保持匀速。严禁在未成型的路面上停放机械。

最终碾压温度控制在90℃以上。

碾压过程中,不得在碾压区内转向、调头、左右移动位置、中途停留、变速或突然制动。

碾压要遵循“紧跟、慢碾、高频、低幅、小水”的原则。

碾压轮在碾压过程中应保持清洁,有混合料粘轮时应立即清除。

5.5 温度控制

沥青在不同的温度条件下摊铺,在不同的时间间隔条件下进行了沥青性能测试。主要进行了三个指标测试和粘度测试。考察了不同加热时间和温度条件下沥青性能的变化,研究了加热温度对沥青路面老化的影响,确立了沥青路面性能和温度控制的关系。导出沥青路面的适当加热温度,并限制沥青路面的加热温度,沥青混合物的高温稳定性、低温耐抗裂性、耐水性对施工温度有很大影响。通过车辙试验、弯曲试验、冻结试验和裂缝试验,对沥青混合物在不同温度条件下的性能进行了试验研究,确立了沥青混合物的高温稳定性、低温耐裂性、耐水性和加热温度的关系,导出适合于沥青混合物的混合温度和压缩温度。限制沥青混合物的混合温度和滚动温度。沥青混合材料拌合、摊铺、碾压时应设置专人检查和控制温度,发现问题时,应立即反馈给相关人员进行处理,检查过程中发现温度不符合规范要求的,应立即报废或重新处理。

5.6 注意事项

碾压完毕后24 小时内安排专人限制通行。

设置警告标志、限速标志等交通标志牌与交通管制设备。

及时清扫路面杂物,防止路面污染。

6 施工顺序及安全防护措施

通车段施工需要进行交通封闭,在施工区域2km 范围内摆设锥桶,安装捆绑式标识标牌、夜间加装爆闪灯、闪光标识,在施工区域设置防护封闭施工场地,并设置醒目的标志标牌。

需要进行全幅注浆处理的路段,首先施工右半幅应急车道及客货车道,封闭快车道及主车道。待右半幅施工完成,并检验合格后,进行左半幅快车道及主车道封闭及施工。

摊铺上层材料时,应立即派专人将洒在下层接收层上的混合材料清除干净,以免损坏裸层的坡度和平整度。确保人员、机器、设备的安全。

封闭施工场地后,材料跟机械设备应从其他道路进入施工现场。当道路没有车辆限制速度标志时,不得抢线便道,要注意礼让行人,必要时,设置专职人员指挥,采取吹哨子等方式,警示过往车辆,防止交通事故。施工人员必须戴安全帽和反光背心。严禁施工人员进入社会车辆通行区。施工车辆有明显的施工作业标志。施工车辆必须沿着车辆方向在下游过渡区进出施工区。施工车辆的禁止区域内或封闭区域附近发生交通事故的,现场的施工人员必须立即向有关部门报告,确保沥青路面不受污染。在本工程的人行道范围内,设置专职人员立即进行清扫,防止路面污染。