淺議劈裂注漿法在軟土路基加固中的應(yīng)用

徐曉蓮

(鄂州職業(yè)大學(xué)建工學(xué)院，湖北鄂州436000)

近幾年來(lái)我國(guó)的道路工程建設(shè)發(fā)展迅猛，公路、鐵路、地鐵等工程項(xiàng)目不斷增多，軟土路基施工不可避免。由于軟土路基的承載力較低，如果不做任何處理或處理不當(dāng)，將會(huì)造成路基強(qiáng)度低、變形大，路基產(chǎn)生沉降或不均勻沉降等工程問(wèn)題;會(huì)使路基下陷、失穩(wěn)，路面出現(xiàn)開(kāi)裂、下沉等導(dǎo)致工程破壞，嚴(yán)重時(shí)會(huì)影響道路的正常通行。如在軟土路基上修筑鐵路或公路，勢(shì)必要進(jìn)行加固處理。

1 軟土路基的危害

軟土主要包括淤泥、淤泥質(zhì)土和部分沖填土、雜填土及其他高壓縮性土等。具有孔隙比大、含水量高、壓縮性強(qiáng)、固結(jié)系數(shù)小、固結(jié)時(shí)間長(zhǎng)、抗剪強(qiáng)度低、靈敏性強(qiáng)、透水性差、土層層狀分布復(fù)雜、各層之間物理力學(xué)性質(zhì)相差較大等主要工程特性［2］。所謂軟土地基，由軟土組成的路基稱為軟土路基。其工程特性主要表現(xiàn)在:天然含水量高于液限;孔隙比大于1;透水性極差;壓縮性較高;抗剪強(qiáng)度不高;地基承載力很低;沉降量過(guò)大大;流變性顯著等。

正是由于軟土路基特殊的工程特性。如果在其上直接施工而不采取任何處理措施，勢(shì)必會(huì)給工程帶來(lái)諸多隱患。當(dāng)路基土質(zhì)為軟基時(shí)，由于孔隙比e較大(大于1)意味著路基土空隙大，容易被壓縮。此時(shí)，如果路基上部受力，就會(huì)產(chǎn)生過(guò)大的沉降變形，特別是產(chǎn)生過(guò)大的不均勻沉降。帶來(lái)的后果:有可能路基下陷、路面開(kāi)裂等。當(dāng)土的抗剪強(qiáng)度較低(不足以承受路基及路面外荷載)，路基可能會(huì)發(fā)生整體或局部的剪切破壞，將造成路基沉陷、塌方、滑移、失穩(wěn)等;波及路面直到路面混凝土板破壞。嚴(yán)重時(shí)會(huì)影響道路的正常使用。軟土路基在工程中造成的危害可歸納為如下幾點(diǎn):

(1)由于道路等級(jí)高，路堤填土高，引起路基沉降，路堤失穩(wěn);

(2)處理方案或施工工藝不合理，如填土未按要求分層填筑，碾壓不到位，造成路基滑移、沉陷;路面開(kāi)裂;

(3)橋頭路堤與橋臺(tái)的沉降差，在高速行駛的情況下，引起跳車;

(4)各類路面結(jié)構(gòu)類型的設(shè)計(jì)和施工存在問(wèn)題，使路面起伏不平甚至沉陷;

(5)由于橋臺(tái)背填土使路基對(duì)結(jié)構(gòu)物產(chǎn)生負(fù)摩阻力和縱向推擠作用，引起橋臺(tái)發(fā)生變位以至損壞等［4］。

2 軟土路基的處理

2.1 軟土路基處理的意義

我國(guó)地域遼闊地質(zhì)條件復(fù)雜多變，道路工程建設(shè)中會(huì)遇到大量的軟土地基處理問(wèn)題。軟基處理的好壞，直接的關(guān)系到:工程進(jìn)度、工程質(zhì)量、工程造價(jià)等方面的問(wèn)題?？梢?jiàn)軟土路基處理的重要性尤為突出。

道路工程可能出現(xiàn)的地基問(wèn)題主要有:強(qiáng)度與穩(wěn)定性問(wèn)題、壓縮及不均勻沉降問(wèn)題、滲漏、振動(dòng)液化問(wèn)題等。軟基處理的目的就是針對(duì)上述問(wèn)題，采取相應(yīng)的處理措施，改善地基環(huán)境，主要體現(xiàn)在:

1.要降低地基土顆粒相對(duì)空間，減小空隙率，把壓縮性降到最低，這樣就可以減少豎向的位移(沉降)和不均勻沉降。

2.改善地基土的性質(zhì)，降低地基土的含水量，地基長(zhǎng)期處于高含水量環(huán)境中就會(huì)出現(xiàn)“水毀”--塌方、滑移、失穩(wěn)等。

只要上述各項(xiàng)得到了改善，就會(huì)增加地基土抵抗剪切破壞的能力，從而提高其承載力，達(dá)到正常和安全使用的目的。

2.2 軟土路基處理的方法--劈裂注漿法

劈裂注漿是一種軟弱土層加固方法，目前在我國(guó)應(yīng)用較廣，其原理是指在較高的注漿壓力作用下，將水泥或化學(xué)等較稀的漿液，克服地層的初始應(yīng)力和抗拉強(qiáng)度，注入到軟弱透水性的土夾石土體中，在注漿過(guò)程中，注漿管出口的漿液對(duì)四周地層施加了附加壓應(yīng)力，使土體發(fā)生剪切裂縫，而漿液則沿著裂縫從土體強(qiáng)度低的地方向強(qiáng)度高的地方劈裂，劈入土體中的漿體將原來(lái)松散的土?；蛄严赌z結(jié)成一個(gè)整體，形成一個(gè)結(jié)構(gòu)新、強(qiáng)度大、防水性能好和化學(xué)穩(wěn)定性良好的“結(jié)石體”［5］。充填置換原有的軟弱帶土體，有利于土體結(jié)構(gòu)，提高路基整體強(qiáng)度。

劈裂注漿法的常用領(lǐng)域:一般為建筑、水利、道橋等各種工程領(lǐng)域的地基處理;適用范圍:常用于滲透性較好的砂層和滲透性差的粘性土層處理等。用得比較多的是軟弱路基的加固。

劈裂注漿施工大體工序?yàn)?放線測(cè)量→試驗(yàn)注漿→鉆孔→配備及灌入封殼料→制作及插入袖閥管→配備注漿液及注漿→碾壓→記錄→質(zhì)量檢查等。

3 劈裂注漿法的工程應(yīng)用

3.1 工程概況

迎賓大道是鄂州市的一條城市主干道，也是鄂州市的一條景觀大道。它北起江邊，南至葛山大道，并已建成通車。根據(jù)鄂州市城市規(guī)劃，迎賓大道將向南延伸，新建一座互通連接武黃高速公路。迎賓大道南段路線總長(zhǎng)4.24029km;全路段位于沖湖積平原區(qū)域，區(qū)內(nèi)地層出露較為齊全，主要為沉積巖類和侵入巖類，地質(zhì)狀況尚好，但在靠近程潮鐵路立交處(K3+000-K3+336段)地表面有雜填土石，且靠近鐵路，屬軟基路段。

3.2 施工方案

針對(duì)上述工程地質(zhì)條件，通過(guò)試驗(yàn)，經(jīng)專家論證及方案比選，最后確定采用劈裂注漿方法進(jìn)行加固處理。提出了劈裂注漿法的施工方案如下。

(1)放線測(cè)量

場(chǎng)地平整完以后，由測(cè)量人員根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量控制網(wǎng)使用全站儀進(jìn)行樁位放樣。為了方便檢查孔位以及防止樁位破壞，現(xiàn)場(chǎng)一般宜采用十字樁固定位置，精確測(cè)量原地面高程，以確定孔深。為保證場(chǎng)地的整潔干燥，在鉆孔位置應(yīng)開(kāi)挖明溝和集水坑，確保及時(shí)排漿排水。

(2)試驗(yàn)注漿

在正式施工前，應(yīng)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)注漿試驗(yàn)，根據(jù)設(shè)計(jì)的要求進(jìn)行試配，從而確定現(xiàn)場(chǎng)施工中水泥的配合比、用量、注漿次數(shù)和控制壓力等參數(shù)。

(3)鉆孔

鉆機(jī)就位對(duì)中十字樁，為避免鉆進(jìn)過(guò)程偏孔，應(yīng)盡量保持鉆機(jī)水平，如有斜披過(guò)大或不平整的位置應(yīng)墊砂石進(jìn)行調(diào)整，達(dá)到鉆孔要求后方可進(jìn)行開(kāi)鉆。此次項(xiàng)目鉆機(jī)采用螺旋推進(jìn)和液壓推進(jìn)兩種形式，按照設(shè)計(jì)要求，全段施工要下套管鉆進(jìn)，以防止塌孔。注漿孔直徑為110mm，因此鉆進(jìn)過(guò)程要及時(shí)檢查孔徑和孔深、鉆孔垂直度(垂直度偏差小于1%)。

為保證施工進(jìn)度，往往現(xiàn)場(chǎng)施工會(huì)采用交叉施工，這就需要在鉆機(jī)鉆進(jìn)的同時(shí)開(kāi)始制備封殼料。而根據(jù)設(shè)計(jì)要求，此次項(xiàng)目采用低強(qiáng)度水泥粘土漿。其技術(shù)指標(biāo)應(yīng)滿足下列要求:

①水泥:粘土=1.2～1.3;

②干料:水=1:1～1:1.5(重量比);

③塑性指數(shù)15～30。

鉆進(jìn)到達(dá)設(shè)計(jì)深度后符合設(shè)計(jì)要求后，應(yīng)及時(shí)往鉆桿內(nèi)灌入封殼料，灌注完成以后迅速拔出鉆桿和套管，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)灌注情況，需要補(bǔ)漿的應(yīng)及時(shí)補(bǔ)滿，確?？讟秲?nèi)布滿封殼料。

(5)制作及插入袖閥管

在灌注封殼料后應(yīng)準(zhǔn)備袖閥管以備注漿需要，一般常見(jiàn)硬質(zhì)塑料管，管徑不宜過(guò)大，能承受大于3.0Mpa壓力以上即可。注漿孔間距不宜小于33cm，拔出套管后迅速將袖閥管插入孔樁，直至設(shè)計(jì)深度，袖閥管底端頭用東西包裹好，以防止封殼料流入袖閥管，袖閥管在開(kāi)孔處宜用橡膠套塞緊，以覆蓋孔口。

EOLDs過(guò)程中如醫(yī)生、患者、家屬無(wú)法達(dá)成一致意見(jiàn)時(shí)，經(jīng)患者及家屬知情同意，需請(qǐng)倫理委員會(huì)輔助EDLDs。倫理顧問(wèn)審查患者醫(yī)療記錄，采訪治療患者的相關(guān)人員，綜合評(píng)估和推斷患者的生命質(zhì)量以及根據(jù)相關(guān)政策，幫助醫(yī)患雙方解決分歧，達(dá)成意見(jiàn)一致，并保存此次倫理記錄。實(shí)踐證明，倫理委員會(huì)的介入沒(méi)有影響患者的死亡率，但明顯地減少了ICU的無(wú)效治療。

(6)制備注漿液

根據(jù)設(shè)計(jì)要求注漿液采用純水泥漿，所用水泥為P.O42.5普通硅酸鹽水泥。制備水泥漿過(guò)程宜用葉式機(jī)械攪拌機(jī)不間斷攪拌，從而保證漿體均勻和灌注過(guò)程的不間斷泵壓，為保證漿體質(zhì)量攪拌時(shí)間不低于2分鐘。水灰比宜控制范圍在1.00～0.45，水灰比在注漿過(guò)程中也會(huì)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)灌注情況而有序調(diào)整，并逐次減少?，F(xiàn)場(chǎng)還可以根據(jù)需要適當(dāng)在水泥漿中增加水泥用量的0.3%～0.5%復(fù)合型減水早強(qiáng)劑，以增加其灌注的可灌性。

(7)注漿前準(zhǔn)備及注漿

除了制備注漿液，注漿前還要準(zhǔn)備注漿泵，注漿泵可以采用柱塞泵或者雙葉柱塞泵，不論采用何種泵壓漿，必須保證在注漿時(shí)，柱塞和缸體不直接接觸，目的是減少磨損。而選用的注漿泵注漿芯管必須有雙向密封裝置，確保不漏氣，以達(dá)到注漿目的。

當(dāng)封殼料初凝后，及時(shí)插入雙向密封芯管進(jìn)行注漿，注漿需分次灌注，一般分為5次左右，每次間隔不小于12小時(shí)，注漿過(guò)程中應(yīng)注意每米注漿深度和時(shí)間，暫定每米注漿深度水泥用量為150kg，而注漿的流量一般為7～15L/分鐘。

注漿的完成標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工情況綜合決定，一般有以下幾點(diǎn):① 注漿方量達(dá)到設(shè)計(jì)要求;②注漿壓力值超過(guò)設(shè)計(jì)值;③地面冒濃漿。

每次壓漿完成一孔后應(yīng)及時(shí)清洗袖閥管，以免堵塞影響下次使用。注漿過(guò)程中還需注意，地面冒漿和壓力值變化等情況，應(yīng)及時(shí)查清原因，并采取措施應(yīng)對(duì)。

(8)碾壓

在注漿完成后，應(yīng)及時(shí)清理地表注漿管，清理完后用14t振動(dòng)碾碾壓，碾壓次數(shù)需滿足6遍以上。

(9)記錄

鉆進(jìn)過(guò)程中需準(zhǔn)確及時(shí)做好鉆進(jìn)記錄表，對(duì)孔號(hào)、孔深、圖紙類型、分層深度還有鉆進(jìn)時(shí)間等有個(gè)清楚記載;在注漿施工時(shí)也應(yīng)詳細(xì)記錄每一孔的注漿量、注漿配合比、注漿每次壓力值和復(fù)灌次數(shù)等基本參數(shù)，以便查詢。

(10)質(zhì)量檢驗(yàn)

注漿效果檢驗(yàn)一般采用標(biāo)準(zhǔn)貫入或者靜載試驗(yàn)進(jìn)行檢驗(yàn)。檢驗(yàn)點(diǎn)可根據(jù)需要和現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)地條件等來(lái)確定，檢驗(yàn)的數(shù)量為樁數(shù)的0.5%，且每一施工單元不少于3個(gè)。

3.3 工程應(yīng)用效果

本工程軟土路基需處理路段土石層厚度較大，土質(zhì)松散，承載力較低，采用劈裂注漿法進(jìn)行了路基加固處理，竣工后路段驗(yàn)收已完全達(dá)標(biāo)，到目前未出現(xiàn)不良沉降變形、結(jié)構(gòu)完整，取得了較好的效果。

本工程是鄂州市的一條景觀大道，采用劈裂注漿法施工不僅縮短了工期，同時(shí)降低了工程費(fèi)用，具有一定的經(jīng)濟(jì)效應(yīng)和社會(huì)效應(yīng)。

劈裂注漿法加固軟土路基地基具有施工方便、施工質(zhì)量容易掌控、無(wú)環(huán)境污染、價(jià)格低廉等特點(diǎn)。

4 結(jié)語(yǔ)

本文以鄂州市迎賓大道道路工程應(yīng)用劈裂注漿法為例，分析了淺議劈裂注漿法作為軟土路基處理加固的方法，在施工中體現(xiàn)了實(shí)際效果。研究結(jié)果體現(xiàn)出劈裂注漿法進(jìn)行軟土路基加固處理，不僅提高了路基的質(zhì)量，增加承載力和穩(wěn)定性，還加快了施工工期，降低工程成本，取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效應(yīng)。希冀本文研究結(jié)果能為其他類似工程應(yīng)用劈裂注漿法提供參考。

［1］舒利平.公路工程中軟土地基的勘察與處理［J］.科技與生活，2010，24(11):55 ～56.

［2］李波，仇益梅，王萬(wàn)德.土力學(xué)與地基［M］.北京:人民交通出版社，2011-06.

［3］徐曉蓮.軟弱土地基處理方法簡(jiǎn)析［J］.鄂州大學(xué)學(xué)報(bào)，2013，19(05):37～38.

［4］劉志.路基施工技術(shù)［M］.北京:人民交通出版社，2011-02.

［5］常輝.利用劈裂注漿法對(duì)松軟卵石土層的地基處理［J］.四川建材，2009，35(05):43 ～44.