柔性管注漿加固技術(shù)在路基修復(fù)中的應(yīng)用

■張新萍

（新疆新紀(jì)元公路設(shè)計(jì)有限責(zé)任公司，烏魯木齊 830000）

1 前言

在公路損毀實(shí)例中，很多是由于路基受損導(dǎo)致道路中斷（見圖1）。而路基快速修復(fù)和加固技術(shù)也始終受到工程專家的重視，到目前為止，研究成果也很豐富，多種技術(shù)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用，例如：澆筑整體混凝土板法、抗滑樁加固法、預(yù)應(yīng)力錨索加固法和柔性管注漿加固技術(shù)等。下面詳細(xì)介紹一下柔性管注漿加固技術(shù)在路基修復(fù)中的應(yīng)用。

圖1 公路路基損毀事例

2 工程實(shí)例

位于新疆自治區(qū)的連霍高速烏魯木齊至石河子段全長約150km。2013 年，由于大雨影響導(dǎo)致大豐鎮(zhèn)境內(nèi)的一段高速公路路基發(fā)生垮塌，垮塌長度達(dá)到36m。經(jīng)過分析，此段公路路基壓實(shí)度不足是造成這次事故的主要原因，后經(jīng)多方商討，結(jié)合本地段路基土質(zhì)松軟、填筑土主要是碎石和礫石、裂隙發(fā)育較多等特點(diǎn)，決定采用柔性管注漿加固技術(shù)對此段路基進(jìn)行修復(fù)處理。

3 注漿加固技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀

注漿加固技術(shù)歷史久遠(yuǎn)，早在100 多年前，歐洲部分國家就采用這種技術(shù)對建筑物地基進(jìn)行加固處理，此外，很多學(xué)者對與注漿技術(shù)相關(guān)的理論和工藝也給予了很多研究，取得了豐碩的成果，為注漿加固技術(shù)的深入發(fā)展提供了技術(shù)支持。我國對注漿加固技術(shù)的應(yīng)用起步較晚，但發(fā)展很快，目前我國已經(jīng)在注漿理論方面，特別是在相關(guān)配套設(shè)施制造方面，已經(jīng)達(dá)到國際先進(jìn)水平[1]。

目前，注漿加固技術(shù)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于水利設(shè)施、礦山巷道、建筑物地基、交通隧道等工程中，取得了巨大成功。本文介紹的柔性管注漿加固技術(shù)的主要施工流程為：場地定位→布置柔性注漿管→封孔→制漿→注漿→終孔。

4 柔性管加筋注漿技術(shù)在路基修復(fù)中的具體應(yīng)用

4.1 注漿壓力和速度的確定

注漿壓力測定的準(zhǔn)確與否將直接影響著最終的加固效果。提高注漿壓力，會使更多的漿液被注入到路基的空隙當(dāng)中，其加固效果會更好。但是如果無限度地提高注漿壓力，會導(dǎo)致相關(guān)材料性能要求大幅提高，從而增加材料成本；其次，如果注漿壓力過大，會導(dǎo)致路基墊層結(jié)構(gòu)的破壞，得不償失。所以應(yīng)合理地將注漿壓力控制在最大允許值內(nèi)[2]。

注漿壓力一般采用兩種方法共同論證，在本項(xiàng)目中是采取試驗(yàn)注漿曲線法和經(jīng)驗(yàn)公式法來確定的。

（1）試驗(yàn)注漿曲線法

首先選取本路段進(jìn)行現(xiàn)場注漿試驗(yàn)。在試驗(yàn)中，逐漸提高注漿壓力，時(shí)刻記錄注漿量，最后得出注漿壓力和注漿量的關(guān)系曲線（見圖2）。如果當(dāng)壓力達(dá)到某一數(shù)值時(shí)，注漿量突然增大，但是壓力卻不再升高（或者出現(xiàn)降低現(xiàn)象），這就說明路基已經(jīng)被破壞，注漿壓力極限值就會確定。

圖2 注漿壓力與注漿量的關(guān)系曲線

在本工程項(xiàng)目中，通過現(xiàn)場試驗(yàn)確定出注漿壓力極限值為40kPa。下面再通過經(jīng)驗(yàn)公式法對此結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證。

（2）經(jīng)驗(yàn)公式法

根據(jù)公式（1）在實(shí)驗(yàn)室測定出相關(guān)的注漿參數(shù)，最終確定注漿壓力。

式中，Pu——注漿壓力，kPa；

σc——注漿土層抗壓強(qiáng)度；

K0——靜止測壓系數(shù)；

γ——土體重度；

H——注漿孔深度；

v——泊松比。

本工程項(xiàng)目通過實(shí)驗(yàn)室測定和計(jì)算后，得出注漿壓力最適值為35kPa。

綜合以上兩種方法的結(jié)果，最終確定出本工程的最后注漿壓力為35kPa。

在注漿過程中，注漿速度直接影響著注漿壓力和流量，所以對速度的控制也需要謹(jǐn)行慎之。注漿速度的確定一般是通過現(xiàn)場試驗(yàn)，此外還可以結(jié)合參考其他相似工程的經(jīng)驗(yàn)。在本項(xiàng)目中，最終確定注漿速度為15～20L/min[3]。

4.2 柔性注漿管的布置

在本工程中，損毀路基經(jīng)過擴(kuò)展，最終需要修復(fù)長度約為50m，布置注漿管長度為45m，注漿有效長度可達(dá)40m。注漿管分為上下兩排，同一排管的間距為80cm（通過現(xiàn)場試驗(yàn)測定，其注漿擴(kuò)散半徑約為30～40cm），上一排距路面200cm，下一排距路面400cm，其具體布置示意圖如圖3 所示。每根柔性管上注漿孔間距為40cm，孔徑為8mm。

在鋪設(shè)柔性注漿管時(shí)，應(yīng)保證其放線位置準(zhǔn)確、平坦，在鋪設(shè)完成后要進(jìn)行復(fù)合審查，發(fā)現(xiàn)偏差和錯位應(yīng)及時(shí)糾正，之后進(jìn)行填埋和壓實(shí)。

圖3 柔性管布置剖面圖

4.3 制作漿液

水泥漿質(zhì)量將直接決定最后的加固效果。在柔性管注漿加固技術(shù)中，對水泥漿的具體要求有以下幾點(diǎn)：

（1）漿液具有較好的穩(wěn)定性。在常溫下，要求漿液的基本性質(zhì)不發(fā)生較大變化，不能發(fā)生強(qiáng)烈的化學(xué)反應(yīng)；

（2）要求漿液黏度低，流動性好，保證具有較強(qiáng)的可注性，且固化后無收縮現(xiàn)象；

（3）漿液的凝結(jié)時(shí)間在一定范圍內(nèi)可進(jìn)行調(diào)控；

（4）保證漿液無毒無害，對環(huán)境和工作人員身體沒有不良影響。而且沒有腐蝕性和較易清洗，以保護(hù)注漿設(shè)備；

（5）保證漿液凝固之后能夠和巖土體牢固粘結(jié)，不龜裂，且具有較好的耐腐蝕性，對溫度、濕度等因素不敏感；

（6）制漿工藝簡單，操作方便，且要求成本較低。

目前，常見的柔性管注漿材料的組成及作用和性能如表1 所示。

表1 柔性管加固注漿的相關(guān)材料要求

在本工程項(xiàng)目中，主料選用的是普通水泥，水灰比為1∶1；速凝劑三乙醇胺氯化鈉比重為1%；膨脹劑鋁粉的比重為0.01%。

4.4 注漿作業(yè)

在注漿參數(shù)確定之后，就要進(jìn)行注漿作業(yè)。本項(xiàng)目選擇的注漿泵型號為BW-160H，為單缸雙作用往復(fù)活塞式泵。其注漿順序一般按照從下到上進(jìn)行，注意：每排管路要采用間隔注漿形式，這樣是為了使?jié){液能夠更好地?cái)U(kuò)散，提高加固效果。在注漿作業(yè)期間應(yīng)時(shí)刻記錄壓力和流量變化，出現(xiàn)異常情況應(yīng)立即停止作業(yè)，并查明原因，在找到問題之前不得施工。

注漿作業(yè)完成后20d 對路基支撐強(qiáng)度進(jìn)行檢測，達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)后再進(jìn)行路面鋪筑。下表2 記錄了本工程中注漿前后現(xiàn)場密實(shí)度的測試結(jié)果[4]。

表2 現(xiàn)場密實(shí)度測試結(jié)果

5 結(jié)束語

本工程的應(yīng)用表明，柔性管注漿加固技術(shù)對提高路基密實(shí)度有著明顯作用，平均提高量超過了11%。此外，柔性管注漿加固技術(shù)成本較低，不需要大型機(jī)械作業(yè)，但其施工工序較多，對施工人員素質(zhì)要求較高，這就需要相關(guān)工作人員認(rèn)真負(fù)責(zé)，保證工程達(dá)到預(yù)期效果。

[1]沈錫英，朱芬華.滲透灌漿中漿液滲流分析[J].同濟(jì)大學(xué)學(xué)報(bào)，2009，10（2）：16-18.

[2]林松梅，朱巖，韓金峰.硅化法加固粘性土地基的應(yīng)用研究[J].黑龍江水利科技，2005，8（6）：40-41.

[3]張良輝，熊厚金，張清.漿液的非穩(wěn)定滲流過程分析[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2007，16（6）：56-60.

[4]黃敏，張可緒，張爾齊.樁底灌漿分析[J].哈爾濱建筑大學(xué)學(xué)報(bào)，2005，34（6）：39-45.