摘要：为了进一步揭示托换加固对路基沉降病害的处治效果，本文选择了特殊断面，布设了路基沉降标和软基水平位移测斜管，评价各类托换后加固的效果，结果表明，高压旋喷桩加固后软土地基沉降历时演化特征相对加固前明显改善，托换加固后路基沉降控沉效果良好，且力学机制明确，侧向辐射注浆后加固软土地基，目前未得到有效路基沉降有效监测数据，但倾斜设置的施工和易性显著提高，但倾斜设置注浆结石增强体的减沉受力机制，有待进一步阐明，小导管注浆加固路基填土，用于路基浅层土工结构（路面承载层）性能改善机理明确，或可解决“夏凸冬凹”等浅层路基病害。
针对服役期路基持续沉降严重，路面病害多发路段，开展了既有高速公路软基托换加固先导试验段实践与研究。主要包括：选择沿海高速连云港段K853+990~K854+020连盐方向，开展了既有高速公路软土地基高压旋喷桩托换加固工程实践；同期，在K865+044~K865+104和K865+220~K865+280路段，采用侧向辐射注浆后加固软土地基工程实践。2017年，选择连云港段连通方向K871+835~K872+160路段，大丰段通连方向K1035+513~K1036+033长520m路段，进行了路基土工结构小导管注浆法加固。
本文选择了以下断面，布设了路基沉降标和软基水平位移测斜管，评价各类托换后加固的效果，详见表1。
一、高压旋喷桩加固路段效果分析
（一）加固前该路段的性状
沿海高速公路K853+990~K854+020路段连盐方向，路基填土高度约3.0m。施工图勘察资料揭示，该路段软土厚约11m，埋深2.8m。软土局部为淤泥，孔隙比达e=2.087，最大含水量w=82.1%，流塑状态。软土不排水剪切强度cu=2.2kPa，不排水内摩擦角ju=2.7°，强度极低；软土压缩系数a1-2=1.33MPa-1，超高压缩性。总体而言，该段落软土层埋藏浅、厚度大、工程性质极差。该路段2006年建成通车后，路基沉降监测数据揭示，每年新增沉降量达到5~6cm，沉降长期持续发展，且不收敛。基于车辆高速行驶安全，该路段2009年加铺约4.85cm，2010年加铺约5.5cm，2011年加铺7.0cm，2012年加铺6.0cm，连续四年累计加铺约23.37cm。路基高度相对较低、软土地基工程性状极差，导致罩面加铺小荷载作用时的路基附加沉陷响应十分敏感。
（二）高压旋喷桩加固方案
根据该路段的病害性状，尤其是前期加铺罩面常规维护工作效果并不理想， 2013年，采取高压旋喷桩对该路段进行了托换加固。高压旋喷桩直径600mm，桩间距1.8m，正方形布置，注浆深度16m。高压旋喷桩处理完毕后，立即用无砂水泥密封，封口深度为2.9m。加固方案布置的剖面图、平面图见图1和图2所示。
高压旋喷桩注浆材料采用强度为32.5的普通硅酸盐水泥、掺灰量250kg/m，水灰比为1：1；注浆采用高压旋喷桩双重管注浆工艺。采用76型旋转钻机，插管与钻孔两道工序合二为一，钻孔完毕，插管作业即完成。
（三）沉降观测数据的分析
沿海高速连云港段K853+990~K854+020路段方向，软土地基加固后的路面沉降标布置和近3期沉降数据，见表2。
可以看出，控沉目标路段高压旋喷桩托换加固后，2013年至今的累计沉降量小于15mm，路基沉降相对加固前得到有效的控制。其中，典型路面沉降标沉降历时演化特征，连通加固路段的路基沉降虽有波动，但相对加固前的年沉降量约50mm~60mm，历时发展演化特征明显改善，参见图3和图4。
2018年对加固路段路基二期沉降监测中，增设了路基沉降标。2020年3月到10月间，路基沉降累计沉降仅约2mm，沉降小，数据稳定。相对加固前沉降历时特征，软土地基托换加固效果明显，参见表3、图5和图6。
二、侧向辐射注浆加固路段效果分析
（一）加固前该路段的性状
沿海高速公路K865+044~K865+104路段和K865+220~K865+280路段（连通方向）路基填土高度约3.0m。该段分布有较厚的软土，主要为淤泥和淤泥质亚黏土层。该路段处淤泥层厚约9.1m，埋深1.9m。淤泥层软土最小天然重度g=14.8kN/m3，最大孔隙比e=2.028，最大含水量w=80%，流塑状态；不排水强度cu=3.6kPa，不排水内摩擦角ju=1.7°，强度极低；软土压缩系数a1-2=1.23MPa-1，超高压缩性。总体而言，该段落软土层埋藏浅、厚度大、工程性质极差。该路段2009年加铺约5.0cm，2010年加铺约6.5cm，2011年未处理，2012年再加铺约6cm，四年累计加铺厚度约17.5cm。同样，路基高度相对较低、软土地基工程性状极差，导致罩面加铺小荷载作用时的路基附加沉陷响应十分敏感。
（二）侧向辐射注浆加固方案
根据上述路段的填土高度、沉降状况和路面加铺情况，管理单位采用侧向辐射注浆加固方案对其进行了托换加固。该方法避免了集中结构性养护开窗期需要交通管制的交互影响，该托换加固技术施工的交通组织和易性相对更好。
本路段注浆加固，采用一孔多角度袖阀管辐射注浆加固路基土体，选择两个路段处理长度共120m，倾斜引孔直径110mm，注浆土层加固厚度约10m，设计浆液扩散半径在0.5m。注浆孔沿着路的方向间距 1.0 m，横向间距 0.9 m，布置 9 个注浆孔，总计路基共布置注浆孔 2160 个，参见图7。
工程实践中，袖阀管用Φ50PVC管，花管规格为间隔35mm穿8-10个5 mm注浆孔。引孔设置袖阀管后，将注浆器沿袖阀管下移至需要注浆孔段深度，将注浆压力管与袖阀管内注浆器进行连接；启动注浆泵，高水灰比稀浆开环（孔），注浆压力逐步提高，直到冲开橡胶袖阀及所对应位置套壳；开环成功压力回落后，泵送水泥浆液，一直注浆到设计所规定压力，并注浆量基本稳定为止。注浆过程中，可视加固需要或设计规定，进行间歇分级多次注浆，直到符合设计要求为止。注浆结束后，管口附近洞口四周空隙，采用干硬性水泥浆速硬水泥封口（封口深度为1m）。
必须指出，侧向辐射注浆加固方案尽管和易性良好，袖阀管注浆无需围封构造，但需要倾斜成孔，不同角度辐射袖阀管设置施工相对复杂，且多次高压注浆对该段软土（黏性土）的施工和易性、设置效应及其影响控制，有待完善，参见图8。同时，倾斜注浆增强体的软土地基稳定机制尚明确，但软土层控沉机制有待辨识。侧向辐射注浆加固路段，本次新增K865+083~K866+745二期监测段，二期监测设置路面沉降标和路基沉降标。目前，仅采集了基准数据，需结合年度12月份的观测数据，做进一步分析。
（三）侧向辐射注浆沉降观测
三、小导管注浆法加固路段效果分析
（一）加固前该路段的性状
根据2016年的观测数据，K871+835~K872+160路段连通方向、K1036+033~K1035+513路段通连方向，连续四年的年沉降速率超过6.0mm。选择上述路段采用小导管注浆法进行路基加固，参见图9。
（二）小导管注浆加固方案
综合考虑加固处理过程中对交通流的影响，应选择养生时间较短的材料；小导管注浆主要加固路基填土，浆液可灌性十分重要。为了确保有效的注浆范围及注浆后的土基整体性，采用地聚合物化学注浆材料。设计采用多排注浆孔，平面布置为等腰三角形，排距与孔距相等。其中，20m试验段孔距2.0m，两侧各设置了40m过渡段（20m+20m），分别采用2.5m和3.0m的孔距，参见图10。
施工小导管选用无缝钢管，管径φ50mm，壁厚2mm，管长3米。钢管前端做成200mm长圆锥状，尾端1m范围不开孔，剩余部分每隔100mm梅花状布设φ8的溢浆孔。同时尾端50cm长度焊接60mm孔径套管，参见图11和图12。
（三）沉降观测数据的分析
项目组统计了小导管注浆加固路段K1036+033~K1035+513通连方向路基沉降监测数据，并与该里程未加固路段连通方向进行了对比。
2019年10月、2020年12月两期观测数据揭示，K1036+033~K1035+513路段通连方向加固段和连通方向为加固段路基沉降监测数据，参见表5。截止2020年12月，路基沉降历时演化特征，参见图13。同里程段，不同方向小导管注浆加固与未加固段，对应路段路基沉降特征无明显变化。
K1036+033~K1035+513路段新增路基沉降标后的数据统计，参见6。小导管加固后路基（通连方向）沉降与未加固路基（通连方向）沉降归一化比值，约0.74~1.22，验证了上述路面沉降标监测成果。此外，该段新增水平位移数据揭示，最大水平位移增量与路基中点基底沉降 比值约1/4~1/5，软土地基被动区剪切稳定状况良好。
综上所述，小导管注浆加固路基填土，或可解决“夏凸冬凹”等浅层路基病害，但路基沉降关联的软土地基荷载水平与自身变形特征并无改变，无法用于软土地基沉降与稳定控沉，毋庸置疑。
结论
沿海高速服役十余年来，部分路段出现了不同程度的长周期沉降且不收敛，严重路段随经多次常规加铺罩面养护，养护工作效果不佳，增加了常规管养工作压力。针对上述问题，管理公司开展了既有高速公路软基和路基填土加固的研究和实践。分析上述路段的观测数据可以得出如下结论：
(1) 高压旋喷桩加固后软土地基沉降历时演化特征相对加固前明显改善，托换加固后路基沉降控沉效果良好，且力学机制明确；
(2) 竖向高压旋喷桩设置交互影响和环境效应，例如桥头段高压注浆排土效应对软土地基路基稳定、桥梁基桩稳定的影响及其控制措施，有待进一步阐明；
(3) 侧向辐射注浆后加固软土地基，目前未得到有效路基沉降有效监测数据，但倾斜设置的施工和易性显著提高，但倾斜设置注浆结石增强体的减沉受力机制，有待进一步阐明；
小导管注浆加固路基填土，用于路基浅层土工结构（路面承载层）性能改善机理明确，或可解决“夏凸冬凹”等浅层路基病害。
作者：王坤，江苏现代路桥有限责任公司
