注浆加固法在路基沉降处治中的应用
2015-07-09
引言
随着我国经济的快速发展，我国高速公路建设已进入了又一个新的发展时期。根据公路交通的阶段发展目标，到2010年全国公路总里程力争达到210万-230万公里，全面形成“五纵七横”国道主干线，基本形成高速公路网，高速公路总里程达到5万公里。目前高速公路已经达到15000km，在已通车或正在建设中的高等级公路中，由于建设时间紧，在基础处理以及施工工艺等方面存在不足，因而导致路基下沉或开裂等现象，它直接影响了高等级公路的质量或正常运营。注浆作为一种新型有效的方法得到广泛应用，注浆理论和注浆技术的研究也得到了迅速发展，新型注浆方法、注浆材料、注浆法的施工工艺及注浆设备层出不穷。因此，寻求先进合理的注浆方法以及注浆施工工艺，以期达到良好的注浆效果，成为注浆工程领域丞待解决的重要问题。
一、注浆加固法的施工原理
注浆加固法对路基沉降可以起到很好的处理，它主要的施工原理就是让水泥或者是其他的浆液在高压的作用下，在土体周围进行渗透，进而进行充填，达到压实的效果。地下的土体一般都是不均匀的，因此，通过钻孔向图层中注入一定的水灰比的浆液对土体的结构是有很大的影响的。向土层中注入浆液可以使土体周围的空隙都被充填，使得土层的密度得到提高。在浆液注入土层以后，会使得土体的裂缝在形状上发生改变，使得土层的整体承载能力得到提高。
二、注浆原则
注浆设计一般应遵循以下几个程序：①路况调查：根据路况调查中的弯沉测试结果确定需要进行路基加强的路段；②方案选择：根据工程地质、注浆目的初步选定注浆方案；③注浆试验：除进行室内注浆试验外，还应选择有代表性的地段进行现场注浆试验，为确定注浆技术参数及注浆施工方法提供依据；④补充和修改设计，在施工期间和竣工后的运用过程中，根据观测所得的异常情况，对原设计进行必要的调整。注浆设计主要包括以下几个方面：①注浆标准：通过注浆确定要达到的效果和质量标准；②施工范围：包括注浆深度、长度和宽度；③注浆材料：包括浆材种类和浆液配比；④浆液影响半径：指浆液在设计压力作用下所能达到的有效扩散距离；⑤钻孔布置：根据浆液影响半径和注浆体设计厚度，确定合理的孔距、排距、孔数和排数；⑥注浆压力：规定不同地区和不同深度的允许最大注浆压力；⑦注浆效果评估：用各种方法和手段检测注浆效果。
三、路基质量病害原因分析
3.1路基中的软土地基处理不完善
通过对大量工程的调查发现，软土地基路段因为地基沉降而引起的跳车现象主要是因为在施工图设计过程中，地质钻探布孔过少，钻探深度不够，未能及时发现软土地基存在，或者未能准确探明软土地基的范围和深度及其物理力学性质等等，导致该路段的软土地基没有进行应有的加固处理，或者是选择的处理方法不完善。此外，雨水侵蚀造成路基填料的流失与强度降低，也是造成铁路工程路基沉降的一个最主要的原因。
3.2路基中的填料压实度不达标
铁路工程中的桥台台背大都要求对其台背的填料进行处理。然而，由于桥台台背的填料压实度受到工程施工工艺、施工材料、施工机具、施工环境以及施工操作等多方面的影响，从而导致桥台台背的填料土压实度往往难以满足规范的标准以及设计的要求，这可以说是铁路工程路基出现不均匀沉降的一个最基本的原因。另外，在铁路工程的运营阶段，由于列车荷载与天气、环境等因素长期不断的作用影响，会导致其路基的土基塑性变形逐渐累积，最终导致铁路工程路基产生差异沉降，并以此来破坏铁路工程路基的平顺度。
四、注浆施工的操作步骤
4.1施工的工艺流程
在进行施工以前，要按照施工的图纸来进行施工孔的放样，然后进行注浆孔的钻孔，在注浆孔检验合格以后，可以直接进行浆液的灌注，在达到设计的要求以后终止灌浆。施工的工艺主要包括场地平整清理、定桩孔位和编号放样、钻机就位、钻孔成孔至设计标高、安装注浆管、封孔、压力注浆、密封孔口、综合检验。在进行灌浆的时候，要特别说明，注浆管底部距注浆孔底约2.5～3 米为宜，在注浆孔封孔时，其封孔深度要低于路床顶2～3 米，防止浆液回流至路面层与路床结合部，从而引起路面鼓包。
4.2浆液配合比
根据高速公路路基填料情况，普通路基加固段浆液配合比为，水泥和粉煤灰和水的比例为一比一比二。对于特殊路段注浆加固如，台背和路基衔接段，在注浆施工时可以对浆液的稠度进行调整。
4.3浆液变换
在进行灌浆的时候，如果出现钻孔漏失严重或者是吸浆量十分大的情况，就一定要采取措施对这种情况进行处理，可以采用间歇式灌浆的方法来进行灌注。在灌浆的时候，也会出现吸浆的不足的情况，这种情况下就要对浆液中的粉煤灰含量进行调整，或者是使用纯水泥浆进行灌注。当遇到暗窑或者洞穴时，应采用双孔灌注法，即水泥浆液与碎石或石屑同时灌注。通过浆液渗透于碎石或石屑间隙之间，使地基之间成为一个复合地基的情况，这样对控制路基的沉降非常有利，同时也可以提高路基的承载能力。
五、注浆法在路基沉降处理中的应用
5.1原材料的选择。浆体应具有良好的可泵性、和易性、保水性，同时还要求对机械的磨损性较小，一般选用的材料为水泥、粉煤灰、早强剂、膨胀剂。灌浆用水泥应为早强快凝水泥，应按要求对水泥进行抽样检验，所有检验指标应符合普通硅酸盐水泥的技术要求。粉煤灰选择最重要，掺入粉煤灰的起主骨料作用，其质量优劣关系到压浆的强度、压浆效果、难易，一般选择发电厂排放大的静电、除尘细高粉煤灰。由于粉煤灰本身的火山灰活性作用生成硅酸钙凝胶，在用水量不变的条件下，可以显著改善浆液的和易性、减少用水量、提高强度。沥青路面压浆是为了填充或者挤密路基和面板的空隙部位，因此要防止浆液在硬化后产生收缩，一般采用U型高效膨胀剂，使水泥混合料初凝时膨胀，达到饱浆效果。压浆需要封闭单车道施工。大修公路的车流量较大，为避免发生交通事故，使水泥混合浆液硬化提前达到设计强度，同时又能缩短工期，需要添加早强剂。
5.2路面压浆处治施工工序。压浆施工主要机械设备有：路面灌浆机、空压钻机、水车、农用车、拖拉机等。压浆工艺的施工工序为：定位→布孔放样→制浆→压浆→灌浆孔封堵→交通控制→弯沉检测。
5.3压浆工艺施工质量控制要点。在压浆补强过程中，必须严格控制压浆材料的质量、配合比及拌和时间，不应出现过拌或欠拌。钻孔时若发现后排钻孔沉降缝仍较大，则需增加一排钻孔。目的是更好地填充板体与基层的空隙，一般采用梅花型布孔方式。对于桥涵，应从靠近桥涵一端开始逐排逐渐进行，孔深一般为80～100cm，必须穿过混凝土路面结构垫层进入填筑路基。对于路面沉降或唧泥路段，孔深一般为30～40cm左右，以穿过路面板体为宜。钻孔位置距裂缝不得大于50～100cm，钻孔定位很重要，力求孔位在脱空区深度最大处。不同部位的压浆压力是不同的，在路面结构允许的条件下，应尽量提高压浆压力以增加浆液的扩散范围；还要严格控制配合比，尤其是拌和用水应严格计量，不能凭经验随便变更水灰比；压浆时若发现灰浆已从压过或未压过的孔溢出时，应及时用木塞塞紧，10min后拔出木塞，且此孔无须再进行灌浆；压浆规定压力控制在1.0Mpa以内，为避免造成事故和破坏结构，压浆过程中，必须仔细观察路面及路基两侧有无变形现象，一旦发现马上减压，在不损坏路基和路面的压力下（一般为0.5Mpa）持续10min；搅拌机、储浆筒内的存料数量不宜过多，应相互协调好。储料筒内的灰浆一旦出现离析应停止灌浆并查找原因，解决后才能继续灌浆；灌浆完成后的路段，应禁止车辆通行，待灰浆强度满足要求（一般为3Mpa左右）时方可开放交通。
5.4灌浆质量检测方法。强度检测：每工作日随机制作灰浆试块3块，试块7d（正常养护6d饱水1d）抗压强度不得低于3Mpa，否则为不合格。弯沉差检测：压浆补强完成3d后，检测沥青面层板接缝处的弯沉差。质量检验宜在注浆施工完成后7d进行，检验点的数量为施工注浆孔的2%～5%，注浆效果采用检测同一点注浆前后路面弯沉变化情况进行检验，注浆以后如果路面弯沉值小于0.5mm，表示注浆已达到预期效果和目的。
