压力灌浆技术在公路路基病害处治中的应用

2022-09-23吴铭东

运输经理世界 2022年1期

吴铭东

（中誉设计有限公司，福建泉州 362100）

0 引言

随着我国公路通车里程逐年增长，部分公路由于超过设计使用年限，并且在长时间的风吹雨打之下，其路基会出现一定的问题。常见的问题主要有路基松弛、坍塌等，严重影响了公路的使用以及行车的安全稳定。压力灌浆技术广泛应用于处理公路路基病害。以某公路工程为研究对象，发现该公路主要为半填半挖路基，在车辆的反复碾压下，路基出现了不均匀下沉的情况，部分路段出现了裂缝，最长的纵向裂缝长度超过了170m。虽然该路段路面的下沉情况相对较好，但在公路边缘处仍然出现了严重的侧移情况。因此，使用压力灌浆技术处理路基的裂缝以及沉降，保证路基的稳定性、可靠性，防止在后期的使用过程中，路基出现不均匀下沉或者更加严重的裂缝。通过压力灌浆技术处理后，可延长公路的使用寿命，提高公路的整体质量。

1 压力灌浆技术概述

路基下沉是公路路基的常见病害，严重时会导致公路路面结构大面积断裂，从处理公路路基沉降病害的经验来看，压力灌浆技术的重要性日益凸显。由于该工程大部分为高填方路堤，填料以附近挖方为主，地势不佳，存在较多外界因素的影响，导致公路路基两侧压实作业遇到较大难题，与预期设计标准不符，直接对公路路基的安全性造成影响。对于这种情况，科学选用压力灌浆技术能从根本上处理公路路基病害，有利于水泥浆在公路路基内部全面扩散，快速实现凝固效果，确保路基每个缝隙都能被灌浆注满，形成完整结合体，不仅提高公路地基的稳固性，还对增强公路路面结构的强度起到重要作用。

压力灌浆技术的实施主要通过钻孔作业，借助内部压力对岩石孔隙、建筑物缝隙注入凝固性较强的浆液，有效调整固体的物理学强度。同时在加固地基注入浆液，运用填充、挤压等手段，快速挤出土体内部颗粒，将岩石缝隙内的多余水分排出，重点凸显浆液的主导性。等到浆体完全凝固后，松散的土体胶结成独立整体，其强度、稳定性都能达到良好状态。

2 压力灌浆技术的类型

2.1 压密灌浆

当公路路基完成加固处理作业之后，针对因路基下沉出现的路面断裂、托空等现象，科学采用压密灌浆技术提高路面面板的高度，与原有路基保持同一高度，可达到预期规定的标准。

2.2 劈裂灌浆

这种灌浆方法通常应用在公路路基的脆弱位置，如路基软弱变形地段，引发地层表面出现水力劈裂现象，从而导致大面积裂缝。处理这一问题，不能从原有位置开展地层灌浆工作，这样会额外增加灌浆面积。科学借助高效灌浆压力的优势，利用填充灌浆、分层劈裂等形式，当地层表层的灌浆压力消失后，地层回弹促使浆液逐渐实现压缩，保证灌浆材料更加稳固、密实。与此同时，公路路基也会处于预应力状态。比如，当施工团队遇到黄土土层路基时，由于黄土结构不具备较强的抗压强度，出现不规律性水力劈裂缝隙，不利于浆液顺利进入土层，只有借助灌浆压力促使内部水泥浆结构出现明显切割现象，以骨架形式嵌入土体，大幅度降低黄土沉陷次数，有效起到加固渗透作用。

2.3 渗透灌浆

渗透灌浆方法经常应用在桥涵位置。通常以间隙灌浆形式为主，开展加固处理作业，保障浆液渗透到土体，快速达到凝固效果。在灌浆过程中，浆液进入土层各个缝隙，帮助这些缝隙依次排出内部气体和水分，不仅能保护土体的整体结构，还能防止灌浆渗透到墙体外部，有效在土层内起到挡墙作用，实现加固公路路基，避免路基表层渗漏问题。

从实际情况来看，在处理公路路基病害时，施工人员会提前到现场，分析公路路基的结构和特点，针对病害引起的原因，采取相应的处理病害方法。但是在通常情况下，在公路路基处理病害过程中，不能单纯只使用压力灌浆技术，还需与其他技术相互配合，从根本上加固公路路基，大幅度提高车辆行驶的安全性。

3 公路路基病害的原因分析

公路路基出现沉降或者裂缝是常见的现象，导致公路出现路基沉降或者裂缝的原因是多方面的，如混凝土的质量问题、施工的方法、工序问题以及工人的操作等。将公路路基病害的原因归结为以下几个方面：

第一，一般来说，公路路基可能位于填方和挖方的结合处，由于原土和填土之间存在一定的空隙，在含水量以及密度等方面也存在不同。在长时间的使用过程中，由于路基接受外部载荷的作用不同，使路基出现不同程度的沉降。

第二，在路基建设过程中，常选择填土，相比之下路基填土的压实度较低，使路基出现不均匀沉降。如果这种沉降发生在路基中，将会导致混凝土出现开裂现象。同时，力学性质较差的填土材料也是路基沉降的原因。通过对公路岩芯的研究能够看出，在公路基底分布高压缩性的淤泥质土，也是公路路基不稳定的原因。

4 路基病害处治中压力灌浆技术分析

4.1 确定合理的灌浆方案

在使用压力灌浆技术的过程中，需要确定合理的灌浆方案，根据公路路基的不同以及发生病害的程度等方面内容，制定科学有效的灌浆方法。针对道路两边出现的路基病害问题，可采取静压灌浆的方法，首先将钢筋插入孔中形成微型桩群，对钢筋和路基的空隙处进行灌浆操作，以此来增加路基的密实度。这个过程也有利于在泥浆与填土的相互作用下形成水泥土，进一步提高路基主体的力学性能，减少地下水渗透对路基的破坏。如果路基出现了下沉，需要对其进行灌浆，提高路基的稳定性。

一般来说，需要不断改善路基土体的力学性质，如可以对一侧路基进行加固处理，改变新旧土壤密度不同而带来的路基沉降问题，有效提升路基和边坡的稳定性。

4.2 灌浆孔布置

使用压力灌浆技术对公路的路基进行处理，还需要注意灌浆孔的位置。一般来说为了提高灌浆的效果，减少灌孔的挖掘给公路带来的不利影响，需要根据公路路基的强度、灌浆的要求以及公路的整体形态，综合布置灌浆孔的位置。根据现场灌浆的试验结果，确定科学合理的灌浆范围。在该次研究中，根据公路路基的性质，采取勘探孔和灌浆孔两种布置方式。对于勘探孔灌浆方式来说，其灌浆孔的孔径需要保持在110mm 左右，在加固位置处安排5～7 个勘探孔。确定灌浆孔深度时，需要首先确定施工路段填筑层的厚度和密度，分析公路中可能存在的不良地质问题。在一些特殊部位，如紧急停车带，其钻孔深度必须穿透原来的基岩面。在钻孔的位置排列上，需要将行车道和超车道形成一个梅花形，钻孔的深度也需要达到并超过原生黏土层1m。

4.3 钻孔和清孔

在使用压力灌浆技术的过程中，需要对钻孔进行选择，根据公路路基的不同情况，需要选择合适的钻孔方法。一般在钻孔的过程中，为了避免对公路造成破坏，需要尽可能钻小孔。在施工方式上，最好选择干钻的方式，不能在钻孔的过程中加水。这样做的好处是可以有效降低对公路路基的不利影响，对路基结构进行有效的保护。在钻孔的过程中，还需要严格控制钻孔的进尺，对不同的地层采取不同的要求，并进行详细的记录。钻孔人员需要整齐地摆放从灌浆孔中取出的岩芯，对这些岩芯进行科学的保管并做好相应的记录。对于钻孔的深度，需要在科学分析公路路基高度以及填充石料的前提下，进行有效的钻孔，钻孔过深或者过浅都不利于后期的灌浆操作。

4.4 封孔施工

在压力灌浆技术的使用过程中，需要采取封孔施工的方式。在我国当前公路路基病害的处理过程中，采取的灌浆技术主要包括分段灌浆和全段灌浆两种，需要根据公路地层的情况以及钻孔的深度进行选择。假设选择的是分段灌浆方式，首先需要确定2 根注浆管的长度以及封孔的位置，在封孔的位置上使用铁丝等固定住水泥袋，慢慢放至孔内。同时为了提高灌浆的硬度，需要将碎石等放入岩浆中。

4.5 灌浆施工

当上述准备工作完成之后，可以继续进行灌浆施工操作。首先使用高压水枪清理掉钻孔内的岩粉以及泥浆，保证钻孔干净。目前使用的灌浆材料主要是普通硅酸盐水泥以及相应的水泥浆液等。在水泥浆的搅拌过程中，最好使用饮用水，搅拌的时间需要保持在3min 以上，随后使用双层过滤网将搅拌好的水泥浆注入泵中。在使用压力灌浆的过程中，需要注意灌浆的压力、操作的方法以及浆液的浓度等。如果灌浆压力过大可能对边坡造成冲击，使得路基的结构出现破坏，造成公路路基薄弱，涌入较多的浆液。如果灌浆的压力过小，则无法将浆液运输到一定的位置。一般来说，灌浆的压力需要遵循从低到高的顺序，凝胶时间从长逐步变短，在全面掌握路基沉降的情况下，从沉降最大的地方开始进行灌浆操作。在灌浆的过程中，合理把握灌浆的压力，如果发现其他灌浆孔或者接缝处有浆液时，就说明灌浆工作完成。

4.6 终止灌浆

当出现上述描述时，停止灌浆，一是防止过多灌浆对公路路基造成损害，二是降低灌浆中出现的浪费。一般来说，在公路灌浆过程中，如果出现了以下现象，就需要停止灌浆：第一，如果平均每米的灌浆量已经超过了设计值的2 倍，而此时灌浆的压力却小于4MPa。第二，灌浆的压力与设计值相符，并且旁边的孔出现了浆液。第三，在灌浆过程中，旁边的路基出现了移动或者坍塌。要求施工人员准确把握施工的具体情况，及时对施工中的状况进行判断，一旦发现达到了停止灌浆的要求就需要立刻停止。

4.7 灌浆结束

当上述工作完成之后，需要将灌浆孔进行封闭，并且做好相应的标记用于以后查看。同时还需要将施工现场进行及时的清理，尤其需要将溢出的水泥浆进行清除。灌浆结束之后，除了需要对施工现场进行及时的清除之外，还需要对施工情况进行有效的检查，防止在施工过程中出现问题，还要对所做的标记进行记录。灌浆结束环节也是压力灌浆技术的关键关节，需要从公路路基以及灌浆操作的情况出发，既保证公路不受灌浆操作的影响，同时也需要满足裂缝以及沉降的修复要求。

5 公路路基病害处治中压力灌浆效果的检验及评价

5.1 灌浆材料分析

在此次施工中总共完成1430 个灌浆孔，整体为7621.45m，水泥灌入量为1742.3t。经过实际调查了解得知，被灌路段土体缝隙下降幅度大，说明该公路施工路段具有可灌入性。

5.2 静荷载试验

在完成施工一定时间后，需要及时对该施工路段的选定位置开展静荷载检验。比如，在填充土层中单点进行140kN 加载施工，一旦达到规定的施工要求，必须立即停止加载。在这种情况下，沉降范围通常在9.31～11.35mm 之间。所以，这一位置的公路路基没有达到真正的损坏标准，充分表明这个路段符合路基和填充土层承载标准在130kPa 以上。

5.3 效果评价

根据以上内容了解到，填充灌浆施工范围中的杂填土层缝隙，需要采用填充、密实、更换等方式从根本上处理内部淤泥，合理应用压密粉形成细砂层，从而在一定灌浆作业下，将松散砂层逐渐转变成密实高效细砂层。当灌浆处理完成之后，有效加固土层内各种复杂土体，大幅度提高公路路基的承受力，从而避免路基不均衡沉降现象的发生。