高速公路路基沉陷注浆施工技术

2022-10-14刘鹏远

交通世界 2022年26期

刘鹏远

（山西省交通开发投资集团有限公司，山西太原 030000）

0 引言

高速公路在长时间运营后，受行车荷载、自然条件等因素的影响，会发生路基沉陷问题，直接威胁到高速公路的行车安全。路基施工是高速公路工程项目施工中的一项重要组成部分，其施工效果直接关系到高速公路行车安全，也是影响高速公路使用寿命的关键因素。若路基结构承载力不足，可能会造成路基不均匀沉陷，而随着路基沉陷问题的不断加剧，还会引发其他病害。所以必须结合路基实际情况制定合理、有效的处治措施，恢复路基结构承载力与稳定性。在高速公路路基沉陷处治实践中，注浆技术的处治效果尤为突出，因此本文以某高速公路工程项目为实例，重点研究了路基沉陷注浆施工技术的应用，以为类似工程施工提供参考。

1 高速公路路基沉陷的形成原因

1.1 路基裂缝

高速公路工程项目建设与运营过程中，受自然气候、人为因素等影响，路基结构难免会出现裂缝，而随着高速公路运营时间的增长，裂缝会慢慢扩展、延伸，从而导致路基出现沉陷。

1.2 回填与碾压不当

在高速公路工程施工中，若路基回填作业速度过快，碾压施工不到位、不彻底，会造成路基结构密实度不达标，从而影响路基结构的承载力与稳定性[1]。随着高速公路运营时间的增长，路基在自身重力与行车荷载的作用下，就会形成沉陷等质量病害。

1.3 项目前期调研不到位

项目前期调研工作不到位可能导致在路基施工阶段破坏了原有地下水系统，受地下水的影响，地基结构承载力与稳定性降低。此外，路基施工过程中需要使用的填料比较多，而且不同工程项目对填料性能的要求有所区别，若项目前期调研不到位，未严格按照项目要求选用填料，就可能导致路基填筑不够密实，经车辆荷载长期作用后，路基易发生不均匀沉陷[2]。

1.4 养护不及时

高速公路长时间运营后，会形成裂缝、坑槽等质量病害，若不及时采取有效措施进行养护处治，雨水就会沿着裂缝渗入路基结构，在车辆荷载的作用下，形成动力水压反复冲击填土层，长此以往将导致路基沉陷。

2 工程概况

该高速公路工程项目全长28.561km，起讫桩号为K103+500—K132+061，双向六车道，限定行车速度为120km/h。该项目于2017年11月通车，经过长时间运营，路基结构的承载力下降、稳定性变差。经过调查发现，多处路基出现了沉陷，其中部分路段的路基沉陷深度达到11.8cm，主要集中在填挖交界区域。路基的左侧为挖方路基，而右侧为填方路基（沉陷较为严重），很容易引发路面跳车，影响行车的舒适性。结合路基沉陷的实际情况，经综合分析、研讨后确定采用注浆技术进行路基沉陷处治，以提升路基结构的承载力和稳定性。

3 注浆施工技术

3.1 施工流程

该工程项目的路基沉陷注浆施工流程如图1所示。

图1 注浆施工流程

3.2 前期准备

（1）材料准备。此项目中注浆材料为普通硅酸盐水泥P·O42.5，初凝时间不少于3h，终凝时间需要适当延长。考虑到路基沉陷注浆施工过程中水泥用量相对偏大，所以提前配置50t水泥，以保障注浆施工的有序进行。当水泥运输至项目现场后，应安排专人检查水泥的性能及质量，保证符合工程施工要求，同时按照规定保管水泥，避免因保存不当影响施工效果。此外，该项目选择的水玻璃密度应控制在1.45～1.48g/cm2，波美度控制在43～45°，模数控制在2.3～3.0。施工过程中的用水选择饮用自来水，必须保证水质符合注浆要求[3]。

（2）技术准备。结合高速公路路基注浆施工实际情况，编制科学可行的施工技术方案，同时做好技术交底工作，确保项目施工人员全面了解技术方案内容与要求，精准把握注浆技术流程。组织全员参与技能培训，熟知技术规范、技术方案以及质量验收要求等，加强安全教育，切实提升安全意识与质量意识。

3.3 注浆参数设计

（1）注浆压力。此项目中，路基沉陷注浆施工过程中的压力控制在1.5～2.5MPa。如果注浆压力较大，会导致路基结构薄弱部位在注浆冲击力下出现破坏；如果注浆压力较小，则难以将浆液灌注到路基沉陷部位，从而形成注浆空白区。在注浆施工阶段，需要结合实际情况对注浆压力进行合理微调，实现慢速、均匀注浆，防止浆液灌注量过多导致路面凸起。

（2）浆液配合比。此项目中注浆液的配比是：普通硅酸盐水泥∶水∶水玻璃=1∶1∶0.025。

（3）注浆参数。在进行钻孔施工时需要按照项目布孔设计图精准确定孔的位置，选择钻杆实施注浆孔钻孔处理，孔径控制为50mm，孔深控制为5.5m。浆液灌注阶段，浆液的流速控制在1.3～2.0m/s，同时注浆液体的胶凝时间小于60s[4]。

3.4 钻孔

根据项目施工要求提前配置型号适宜的钻机，然后将钻头和孔的位置对准，保证偏差不大于50mm，钻杆的垂直度偏差必须小于1.0%，正式钻孔阶段钻杆应始终处于垂直状态。采取有效措施适当缩小成孔直径。为了最大程度减小钻孔作业对高速公路原路基结构的破坏，经研究后确定选择干钻法，即钻孔过程中无需加水，防止水由孔内渗透到路基结构内部，从而影响路基的稳定性[5]。此外，钻孔作业主要通过潜孔锤实施引孔，待孔深达到路基结构的下方，需要置入镀锌管（直径控制在40mm），以便于进行注浆操作。

3.5 注浆

（1）按照设计配合比制作注浆浆液，保证各项材料用量偏差小于5.0%。如果浆液拌制阶段需要使用添加剂，必须确保其用量偏差小于1.0%。

（2）按照要求制作水泥浆液与水玻璃浆液，然后选择专用桶储存浆液，以便于连续施工。在正式注浆之前，需要将注浆泵调整到最佳运行状态。此项目配置了2台注浆泵，以Y形接头连接。2台注浆泵注入的浆液分别是水泥浆液与水玻璃浆液，2种浆液在Y形接头部位汇合，然后一同灌注到孔的底部。

（3）进行注浆施工时，需要用护栏将注浆施工区域围住。首先注浆的部位是路肩后行车道。针对同一区域的注浆施工，必须严格遵循从外孔至内孔的作业顺序，选择间隔注浆方法，实现交替式注浆，避免注浆孔渗漏。待注浆完成后，用水泥混凝土封堵注浆孔，保证封口位置与路面保持齐平。用清水清洗注浆管，确保注浆管内部整洁、无浆液，以便于后续使用。

（4）在注浆施工过程中还需要注意下述几项内容：

①若注浆阶段发生了跑浆、冒浆、浆液流量突增、注浆压力突增等现象，则必须停止注浆操作，然后组织专人调查问题的成因，然后制定合理、有效的应对措施，比如对注浆表面进行封堵、嵌缝等。若是注浆过程中发生了串浆，则需要对串浆孔进行仔细检查，确认其是否满足灌浆施工条件。若满足，则选择“1泵+1孔”的灌注方式[6]；若不满足，则需要安排专人清洗串浆孔，然后实施封堵，更换其他孔位进行注浆。

②注浆操作应均匀、连续，尽可能防止出现中断。如果受特殊条件影响必须中断注浆，则应尽快恢复注浆，而且中断时间不能超过浆液的初凝时间。不同的地质条件下，要求的注浆量也有所区别，若单孔注浆量大于规定数值，则必须第一时间上报相关部门，然后由项目工程师实地勘查后判断是否包含特殊地质条件，并制定合理、可行的补救措施。

③钻孔施工结束后立即铺设注浆管，为了防止浆液由注浆孔渗透到路基结构中，需要在路面结构层的下部安装止浆塞（埋设深度按项目设计方案确定）。

④路基沉陷注浆阶段，应精准、详细地记录相关技术指标，包含孔的位置、孔的深度以及土层厚度等，从而为后期注浆施工质量验收提供参考依据[7]。与此同时，灌浆后需要对注浆孔进行封堵处理，保证封口位置与路表面平齐，无凸起或凹陷。

4 质量检测

4.1 标准贯入法

在注浆施工之前、之后分别对路基沉陷区域进行取芯，然后实施标准贯入试验，试验检测结果见表1。

表1 路基沉陷注浆标准贯入试验检测结果

根据表1中的结果可知，该高速公路工程项目路基沉陷区域经注浆加固处理之后，路基结构的密实度与承载力得到了提升，注浆处治效果良好。注浆处治之前，锤击次数最小值是2，最大值是8，均值是5；而注浆处治后，锤击次数最小是13，最大是25，均值是19，通过注浆处治后锤击次数均值增长了近4倍，路基密实度显著提升。注浆施工之前，路基结构承载力最小是133kPa，最大是141kPa，均值是136kPa；而注浆处治之后，路基承载力最小是305kPa，最大是318kPa，均值是310kPa，通过注浆处治之后路基结构承载力均值提升了2倍多，路基结构承载力显著增强，表明路基结构加固效果较好。

4.2 钻芯观察

在高速公路路基沉陷注浆施工完成之后，通过钻孔取芯方式观察路基注浆处治效果，发现芯样中包含大量水泥块，同时水泥块分布状态与设计的处治位置大体一致，表明路基沉陷注浆加固处治效果较好。

4.3 沉降观测

路基沉陷注浆处治施工完成后28d，经观测未发现路基出现明显沉降。高速公路运营1年后进行调研，也未发现路基沉陷问题。由此表明，该高速公路工程路基沉陷区域采用注浆施工技术进行处治后效果较好，彻底解决了路基沉陷问题，尤其是填方路段，有效恢复了路基结构的承载力与稳定性，避免了路面跳车等现象，提升了高速公路行车的安全性及舒适度。

5 质量控制

5.1 重视人、才、机管理

组建专业能力强、综合素质高且具有实践经验的施工队伍，要求施工人员精准把握注浆施工技术流程，严格按照技术规范、质量标准进行注浆作业。与此同时，高度重视注浆材料的性能质量检测，保证水泥、水玻璃及注浆管等符合路基沉陷注浆施工设计要求。此外，正式施工之前需要对注浆泵、测量仪器等进行检查，保证其能够正常使用，保障连续、有序注浆。