注浆加固处理技术在高速公路路基施工中的应用

李博

（河北高速公路集团有限公司青银分公司，河北石家庄 050091）

0 引言

注浆加固技术是将具有特定性质的材料或者浆液，通过高压注入到岩土体的内部，对原有岩土体进行充填或置换，经过一定时间的凝固后，对原有土体进行加固、防渗或者堵漏的一种技术。在高速公路路基施工过程中，往往会出现软弱地基等情况，在受力不均匀的情况下，从而产生路基的不均匀沉降，因此在路基施工前需要对软弱地基进行处理。注浆加固技术具有施工快、成本低等优点，在高速公路建设中应用广泛，在淤泥、淤泥质土、黏性土、粉土、黄土、砂土、人工填土和碎石土等地基中的加固效果较好，在含有较多的大粒径块石、坚硬黏性土、卵砾石、大量植物根茎或有较多有机质的地基中的加固效果稍差。本文以青银高速公路养护为背景，对注浆加固技术在高速公路路基建设中的应用进行阐述，供同类工程参考。

1 工程概况

青银高速公路河北段是河北南部重点工程，打通全国五纵七横的同时，大幅缓解了G308国道的交通压力。青银高速公路河北段于2005年底完成通车，至今已超过15年，道路路面出现了不同程度的病害，其中最大裂缝宽度达到25mm，最大沉降30cm，经过实地调查发现，路基所在的区域多存在低路基及水位高等情况。需要对原有路基进行加固处理，控制路面沉降，针对该段工程的地质条件及工程具体要求，可对该段采用注浆加固技术进行路基加固处理。

根据工程地质勘察报告，青银高速路基病害段以下大致可分为5层，从上到下如表1所示。

表1 土层参数

2 注浆加固处理技术

2.1 注浆加固处理技术机理

注浆加固处理技术是利用钻机将注浆管钻至土层预定位置，然后以20～40MPa的高压将具有特定性质的浆液喷射出来，在高压作用下，土体发生破坏，土颗粒从土体剥落下来，并在外力作用下与浆液混合在一起，并按照一定的规律重新排列，一段时间后，浆液凝固，从而形成高强度的固结体。

在进行注浆过程中，钻孔除对其附近的土体进行挤压外，还会对浆液附近的土体进行剪切，浆液和未置换出去的土体形成复合圆柱体，并产生塑性变形。在土体挤压过程中，土体的密度会提高，且随着浆液的不断注入，不断形成不同方向的团块状、条状等浆体，与土体紧密结合，最终形成不规则形状的桩柱体，这些桩柱体与周围土体相互作用形成复合式地基，从而达到提高路基承载力的目的。

2.2 注浆加固处理施工方案

考虑到施工进度及施工成本，对病害路段的加固选择高压旋喷桩单管法，将一定水灰比的水泥浆通过高压旋喷管注入软弱地基土层中，形成水泥土桩体复合地基，从而对地基的强度及刚度进行改善。

2.2.1 注浆加固技术设计参数及布置

（1）固结体直径确定：注浆固结体的直径一般按照经验进行选取，根据国内外施工经验，旋喷桩的直径可参考表2。

表2 固结体直径

（2）桩长及搭接长度的确定

桩端一般应按相对硬层埋深以及建筑物地基变形允许值确定。桩长与桩强度、桩承载力的综合，决定了高压喷射注浆法在实际工程设计中方案的选择。

需要相邻桩相互搭接形成整体时，应考虑施工垂直度误差等，设计桩径相互搭接不宜小于300mm。尤其在截水工程中尚需要采取可靠方案或措施保证相邻桩的搭接，防止截水失败。

（3）孔位布置设计

在进行布孔设计时，尽量使得各桩体的受力均匀，且在下沉比较严重的部位应适当加密布孔，布孔的总面积如公式（1）所示。

式（1）中：A为布孔的总面积；F为地基承载力安全系数；σ为桩体的极限承载力。

（3）注浆量的确定

常见的注浆量计算方法有两种：体积法及喷量法，本文通过体积法确定施工方案中的注浆量，如公式（2）所示。

式（2）中：Q为注浆量；D为设计固结体积直径；K为填充率；h为旋喷桩长度；α为折减系数；β为损失系数。

2.2.2 单管高压旋喷桩施工

根据方案的对比分析，单管旋喷桩的加固直径选择600mm，且桩底插入最下侧土层50cm以上，并且桩顶位于②土层底部，桩长根据土层参数确定。而且在确定引孔直径时，略大于旋喷钻头直径即可，尽可能减少对路面的破坏。加固体的28天容许抗压强度不小于1.5MPa，极限抗压强度不小于3.0MPa，在进行布孔时，采取等边三角形布置，桩间距L=1.8m，图1所示。

图1 等边三角形布置

单管旋喷桩实际施工流程如图2所示。

图2 单管旋喷桩实际施工流程

在进行施工时需要注意以下事项：

（1）钻（引）孔：根据实际地层情况、钻孔深度及钻孔设备等因素确定钻孔方法，对于施工深度较大（30m以上）或者土层较坚硬的情况，一般在二重管和三重管旋喷法施工中，采用地质钻机钻孔。

（2）插管：钻孔与插管两道工序往往合二为一，钻孔完成后应尽快插管，但在使用地质钻机钻孔时，在进行插孔管前，还需要拔出岩芯管。为防止泥沙进入喷嘴里面，导致堵塞，可边射水、边插管，水压力一般不超过1MPa。

（3）喷浆：插管完成后，自下而上进行喷射注浆，喷浆时应根据土质、地下水等环境对喷浆压力、提升速度进行调整。

（4）补浆：由于浆液的析水作用，喷浆完成后，在固结体顶部会出现收缩凹陷，对地基加固不利，可采用二次注浆的方法对固结体顶部进行第二次注浆。

2.3 注浆加固处理施工质量检验及检测

2.3.1 施工质量检验

在进行注浆加固施工时，需要对注浆加固质量进行检验，以保证后期施工的安全。施工质量检验主要包括注浆孔位置、钻具垂直度、喷射注浆起始标高、注浆管的长度、喷射灌浆压力等方面。施工过程中应严格控制施工参数及材料用量，对每道工序进行严格控制，并设置专人进行跟踪验收。

2.3.2 固结体质量检测

注浆施工完成后，根据工程要求需进行开挖检查或者取芯等试验对固结体质量进行检测，并结合工程测试、观测资料及实际效果综合评价加固效果。相较于开挖检查法，钻孔取芯是检验单孔固结体质量的常用方法。首先选取具有代表性加固区的单孔固结体为检测对象，在施工完成28d后或未凝固前进行钻孔取芯，检测对象的数量为施工孔数的1%，且不应少于3点。

针对本工程实际情况，共选取25根单桩为检测对象，取芯位置距注浆中心200mm左右，取芯管直径89mm，进行室内28d无侧限抗压强度试验，试验结果表明：高压旋喷桩的质量评价为优（15根）、良（10根），旋喷桩桩径均不小于600mm，处理范围合理。对工程结束3个月后的路面沉降进行监测，路面累计沉降值小于10mm，且趋于稳定，表明加固效果良好，路面完整。

3 结语

本文以青银高速病害段路基处理工程为背景，对注浆处理技术在地基加固中的应用进行了研究。首先对青银高速病害段的工程概况进行了介绍，然后研究了注浆加固技术的原理及施工流程，并结合工程实际情况确定了注浆加固施工方案，最后对施工过程中及施工完成后的注浆加固质量进行了检测，检测结果表明：加固处理后，该段路基沉降量及稳定性均在规范允许的范围之内。表明本段路基注浆加固施工方案合理可行，且注浆加固处理对路基不均匀沉降病害的处理是有效的。