注漿技術在擋墻地基加固中的應用

高海彬，孟美麗

(1.中鐵工程設計咨詢集團鄭州設計院，鄭州 450051；2.華北水利水電學院,鄭州 450011；3.鄭州大學，鄭州 450000)

擋土墻是指支承路基填土或山坡土體、防止填土或土體變形失穩的構造物，作為一種有效的支擋結構物在房屋建筑、水利工程、鐵路工程、公路工程以及橋梁中得到了廣泛應用[1～3]。在實際營運中，由于排水設施和或排水措施不當、過大沉降及不均勻沉降及施工質量欠佳等原因，擋土墻常常發生墻體開裂、下沉、失穩傾倒等病害[4～5]，嚴重威脅行車安全，引起了各方面的關注，出現病害后如何采取恰當措施及時維修加固，防止事態進一步惡化是一技術難點。

壓力注漿法是利用液壓、氣壓或電化學原理,通過注漿管將能凝固的漿液均勻地注入地基土中,漿液以充填、滲透和擠密等方式,驅走土顆粒間或巖石裂隙中的水分和氣體,并填充其位置,經過一定時間硬化后,漿液將原來松散的巖土顆粒膠結成一個整體,形成一個強度高,壓縮性低,抗滲性高和穩定性好的新土體[6],從而使地基得到加固,防止或減少滲透和工后沉降,主要應用在公路工程、水利堤壩、礦山巷道、豎井、隧道、地鐵等地下工程開挖時的防滲堵漏和加固,也可用于防止地面沉陷,對已有建筑物防護和進行地基加固等。

1 擋墻病害調查與分析

鄭州市河醫立交工程于1994年設計完成,同年竣工。河醫立交金水路段接近高陽橋部分為高填方路基,回填土的土質以雜填土為主,層厚約7 m,回填土的下面為10.9 m的粉土。河醫立交工程設計時因道路加寬的需要,同時為減少道路加寬引起的占地面積,原路基兩側均設置擋墻,擋墻處以橋梁加寬道路,其間設置伸縮縫,橋面分聯連續,聯間設伸縮縫。經過數年的營運,現場勘測發現橋梁擋墻處出現諸多病害。

1.1 沉降情況

西側擋墻均出現不同程度沉降,其中西側從高陽橋起一層第4孔和西側三層臺后引道位置沉降最為嚴重。

1.2 脫空情況

從現場看,墻底出現明顯脫空現場的有3處：從高陽橋起第2、4、7孔一層西側擋墻。每處脫空長度約16 m,脫空最深處約20 cm。

1.3 邊坡情況

西側邊坡破壞嚴重,橋墩位置形成沖溝,墻前填土損失嚴重,部分孔徑甚至沒有墻前填土,致使墻基裸露,現場只有從高陽橋起第12孔按原設計設置漿砌片石坡腳擋墻。

1.4 裂縫情況

從高陽橋起第4孔發現明顯豎向裂縫,縫寬約2 cm。從現場情況觀察,未發現橫向、斜向裂縫。

產生上述病害的原因是長期路(橋)面的雨水通過沉降縫和伸縮縫,沖刷擋墻外側墻基,另因施工時墻基和墻前土方未能擠壓密實,擋墻發生不均勻下沉,引起墻身開裂,存在較大的安全隱患。另外,由于伸縮縫漏水,橋下坡面為土質坡面,在長期的使用中經路面雨水的沖蝕,坡面形成了多條沖溝,導致路基不穩,危及該路段的行車安全,故需對擋墻基礎和橋下坡面進行加固處理。

2 擋墻加固方案和措施

2.1 擋墻本身豎向裂縫

擋墻每約9～10 m有豎向貫通裂縫,肉眼可見,縫寬0.3～2 cm不等,采用高壓灌漿法加固,具體加固方案見圖1。

圖1 擋墻墻身加固(單位：cm)

2.2 擋墻基礎沉降

里程K0+396.392～K0+588.392一、二層擋墻注漿范圍,即從高陽橋起第2孔～第13孔；K0+488.2～K0+565.2三層擋墻范圍內,沉降嚴重。需從邊坡和一層路面斜向注漿對擋墻墻基進行加固處理,具體加固方案見圖2。

圖2 擋墻基礎注漿加固(單位：cm)

2.3 擋墻基礎脫空

里程K0+588.392～K0+572.392、K0+556.392～K0+540.392、K0+508.392～K0+492.392,即從高陽橋起第2、4、7孔,一層西側擋墻出現基底脫空現象,本次設計采用噴灌碎石混凝土進行加固。

2.4 邊坡

由于長期雨水沖刷和人為取土,擋墻邊坡破壞嚴重,本次設計先將墻前土回填夯實,保證擋墻基底埋深不小于1 m,墻前坡率1∶1,采用25 cm漿砌片石鋪砌,其下采用30 cm三七灰土封閉(圖3)。現場擋墻埋深不足,甚至部分墻前沒有填土,墻基裸露,需補充土方重砌邊坡。對有漿砌片石坡腳擋墻的部分,保留既有擋墻。加固范圍：里程K0+284.662～K0+588.392,即從高陽橋起第2～20孔。

圖3 邊坡加固示意(單位：cm)

3 施工注意事項

3.1 壓力灌漿

對擋墻豎向貫通裂縫采用高壓灌漿(化學灌漿法)進行加固處理,主要注意事項如下。

(1)清縫：用鋼絲刷、壓縮空氣清除裂縫附近的灰塵，使裂縫清晰外露；

(2)粘貼漿嘴：沿裂縫長度方向按50 cm間距粘貼漿嘴；

(3)封縫：粘貼漿嘴后,沿裂縫長度方向,騎縫以縫為中心線的帶狀范圍用封縫專用膠封閉,封縫寬度為縫外不小于20 mm,厚度為3～5 mm可根據現場情況調整縫寬度和厚度；

(4)灌漿：搬動操縱桿加壓把漿液從漿嘴壓入縫中,在壓力達到0.2～0.5 MPa后,在此壓力下繼續灌漿壓注5 min,即可結束灌漿,并用塞子把漿嘴堵住,進行下一漿嘴的灌漿。

3.2 高壓注漿

擋墻基礎和路面分別采用斜向和豎向高壓注漿加固,靠高壓液流的沖擊力破壞土層并與土體混合成新的固體,注漿液配比為水泥∶粉煤灰∶水=2∶3∶5,根據注漿效果可做適當調整。施工注意事項如下。

(1)鉆機安放在設計的孔位上施工時允許偏斜不得大于1.5%；

(2)按設計圖布置位置采用機械成孔；

(3)將噴管插入地層預定深度；

(4)注入漿液：成孔后,開始注漿,注漿壓力0.5～1 MPa,持續時間不小于3 min；

(5)施工完成后,應把注漿管等機具沖洗干凈,管內、機內不得殘存水泥漿,通常把漿液換成水,在地面上噴射,以便把泥漿泵、注漿管和軟管內的漿液全部排除；

(6)將鉆機等機具設備移到新孔位上。

3.3 邊坡

由于長期雨水沖刷和人為取土,擋墻邊坡破壞嚴重,施工順序：將現狀沖溝回填；墻底脫空位置填充細石混凝土,搗鼓密實；墻底斜向注漿加固；墻趾土回填,保證墻趾基底埋深不小于1 m；鋪設30 cm三七灰土封墊層；25 cm漿砌片石鋪砌。

3.4 施工順序

根據加固措施,總體施工順序如下：

(1)三層路面豎向注漿加固；

(2)破除一、二層路面,對一、二、三層擋墻豎向裂縫采用高壓灌漿加固；

(3)二、三層擋墻斜向注漿加固,一、二層路面基層回筑；

(4)一層擋墻墻底脫空細石混凝土填實；

(5)二層路面豎向注漿加固,一層擋墻斜向注漿加固；

(6)二層路面面層鋪砌,一層擋墻漿砌片石護坡砌筑。

4 結論與展望

擋墻基礎經加固處理后,經觀察加固效果良好,沉降基本穩定,達到了加固的目的。但在以后運營過程中,還須注意以下幾個問題。

(1)施工過程中及施工完成以后應加強對該擋墻的沉降的長期觀測,以觀察加固的效果。

(2)鑒于該擋墻是由于地基發生不均勻沉降而至開裂,在橋梁運營過程中除加強沉降和裂縫觀測外,應做好其他路(橋)面水的治理工作,防止進一步對擋墻基礎造成危害。

[1]華南理工大學，東南大學.地基與基礎[M].北京；中國建筑工業出版社，1991.

[2]王松根，高永濤，馬 飛，等.公路路基支擋結構物加固技術研究[J].巖土力學，2004(25)：110-114.

[3]中國建筑標準設計研究院編制.擋土墻[M].北京：中國計劃出版社，2006.

[4]高小波.淺談公路擋土墻病害防治技術研究[J].今日科苑，2007(6)：38.

[5]劉成軍.鐵路路基擋土墻病害防治技術研究[J].鐵道工程學報，2003(4)：62-65.

[6]地基處理手冊編寫委員會.地基處理手冊[M].北京:中國建筑工業出版社,1988.