復合注漿處理黃土地基塌陷方案應用技術

孫平

（河南省交通規劃設計研究院股份有限公司，河南 鄭州 450000）

復合注漿處理黃土地基塌陷方案應用技術

孫平

（河南省交通規劃設計研究院股份有限公司，河南 鄭州 450000）

隨著我國公路建設的快速發展，在黃土地區，常常會遇到很多公路工程地質災害。在這些地質災害中，路基地基塌陷對行車最不利，而且會嚴重影響公路營運。復合注漿技術是處理黃土地區公路地基塌陷的一種有效方法，它比較適用于處理公路塌陷、路面沉降、路面裂縫等病害。該方法具有設備簡單、施工方便、技術先進、效果顯著、費用合理經濟且不影響正常交通等優點。洛三高速公路路基地基塌陷采用注漿法治理，取得了良好的效果，它的成功為日后處理類似工程提供了一定的參考和借鑒。

黃土地基；復合注漿技術；暗穴；地基塌陷

地基塌陷是黃土地區公路建設中經常遇到的地質病害，它的存在很容易導致路基沉陷，影響車輛的正常運行。尤其是濕陷性黃土，受到工程結構、自重等壓力的影響，再加上水浸后結構的變化，強度下降，附加沉降過大，會出現較大的危害。鑒于此，筆者深入分析了濕陷性黃土的化學性質和物理性質，而研究造成黃土地基塌陷的成因和影響因素是處理病害的前提條件。

本文結合洛三高速公路處理黃土地基塌陷的方案，根據工期、環境特性、土層結構特點，分析、研究了濕陷性黃土的物理性質、化學性質和自然地理因素等，分析了引發路基塌陷的原因，詳細論述了路基塌陷的處置方案，描述了具體的施工工藝和質量控制方案，確保工期合理、經濟，為黃土地區公路路基塌陷處置提供一定的參考和借鑒。

1 工程概況

洛三高速常閆分離式立交，地基屬第四紀堆積灰黃色、均質黃土，疏松多孔，富含碳酸鈣的粉沙質沉積物，濕陷性高，天然低濕度下高強度，壓縮性低，一旦浸水強度大幅度驟降，變形劇烈。常閆分離式立交橋，上跨310國道，橋梁施工進度按照施工組織設計進行，橋梁中間墩柱鉆至約30 m深度，鉆機出現異常，進度明顯放緩，局部漏水繼而塌陷出現暗穴，孔口出現長數米的裂縫且裂縫有繼續發展的趨勢；相鄰2#樁基部位也出現裂縫，局部塌陷。經物探檢測，西方向異常區在地下深度20～35 m，南北長約45 m，東西寬約35 m，總面積約1 300 m2；北東方向在地下深度5～15 m，南北長約40 m，東西寬約20 m，總面積約800 m2。橋位所在地址局部巖層為半濕陷性黃土，塌陷橋位墩柱距離正常通行的G310僅4 m，交通量大且大型貨車占有一定的比例，在一定程度上影響了車輛的通行安全。

2 失陷黃土機理和影響因素分析

黃土灰黃、均質、疏松多孔，化學、物理過程比較復雜，分析黃土濕陷結構，即分析其礦化成分、顆粒組成、微結構等，并結合土的物理特征，比如含水量、孔隙比等。

2.1 微結構

黃土微結構呈蜂窩狀，以粉土粒為主，粉土粒占60%，膠結物膠結蜂窩狀結構，黏土粒膠結團粒，孔隙大。黃土微結構是由碳酸鈣凝集微瑣碎礦物和黏膠微粒組成的，濕陷變形敏感。

2.2 含水量

濕陷變相隨著含水量的增加而增大，在外部荷載的作用下，黃土濕陷性會提高。初始含水量提高后，濕陷系數降低，失陷曲線趨向平穩，在一定階段出現了預濕飽和的情況。當含水量不變，壓力作用增加到一定程度后，濕陷敏感性降低。

2.3 孔隙比

一般情況下，黃土濕陷性隨著天然孔隙比的增大而增加，孔隙體積在相當程度上影響濕陷性，孔隙的結構形態對濕陷性有一定的制約。孔隙比與濕陷系數呈正相關，黃土孔隙比大，濕陷性比較強，黏粒量少，膠結比較弱。

2.4 化學成分

黃土化學性質對濕陷性的影響也比較大，由地質情況調查統計發現，黃土含有黏土礦物、長石、石英等，二氧化硅的比例最大，同時，碳酸鹽、鎂、堿金屬鈣等也占有一定的含量。易容鹽包括鉀、芒硝、蘇打等，黃土的濕陷性受水溶鹽成分的影響會發生變化。

3 復合注漿工程設計

3.1 方案設計原則

雖然處理路段進行過專項處治，但是，由于治理區路段處于農田灌溉區域，季節性灌溉導致路基塌陷病害經常出現。因此，在確定項目處置方案時，要考慮以下設計原則：①以“防排結合、綜合治理、控制濕陷”為原則，完善排水設施，防止地表水通過邊坡和排水設施下滲基底；②以“擠密夯實、排水固結、保障強度”為原則，旋噴樁處置沉陷路基和臺背，提高路基承載力，減輕基底濕陷；③以“恢復設計、保障功能、確保安全”為原則，改善路基平整度和橋頭跳車，提高行車舒適性和安全性。

3.2 復合注漿工程設計

對于工程塌陷，擬采用膠結注漿技術處理，通過注漿孔將水泥漿（水灰比1∶0.7～1∶1）注入暗穴中，將暗穴中空隙體積全部充填，并將松散物膠結在一起，以阻止上覆土層塌陷冒落。地表鉆孔注漿可以膠結固化塌陷和裂隙，恢復地基強度和承載力，有效防止塌陷繼續和沉陷變形，保障路基的穩定性，保證公路的正常運行。

4 復合注漿施工工藝

4.1 材料和配比設計

4．1．1 注漿材料組成

采用普通水泥灌漿，外加劑采用速凝劑，水使用普通飲用水即可，pH值應大于4，水泥為42.5號水泥，并符合灌漿工程的要求。

4．1．2 注漿配比設計

參照本工程其他路段塌陷暗穴處治，因地制宜，試驗水泥漿配比水灰比為1∶0.7～1∶1，壓力注漿，穩定壓力不小于1.5 Mpa，注漿量小于70 L/min即可，持續穩定15 s后停止注漿。實驗路段檢驗配比設計、漿液濃度、凝結時間等。

4.2 灌漿孔和檢查孔

在暗穴周圍設計帷幕孔，孔間距8～10 m，注漿孔孔間距8～10 m。注漿孔設計長度應穿透塌陷至穴底，平面布置梅花形布設，面積應覆蓋整個塌陷區域，設置2%的檢查孔且不少于2個，隨時觀察注漿情況。

4.3 灌漿工藝

4．3．1 定點

由于鉆孔難以準確確定塌陷變形區域的復雜程度，鉆孔原則上應鉆透空穴頂板。如果在設計注漿孔深度范圍內未遇到空穴，則鉆孔深度應不小于40 m。

灌漿孔設置采用鋼尺實地測量定位，如果個別位置受到地面的影響，可以適當調整。

4．3．2 施工工藝和要點控制

成孔：采用ф127 mm孔徑鉆頭，成孔鉆至約5 m進行套管ф130 mm護壁，然后繼續采用ф89 mm孔徑鉆至設計深度。塌陷邊緣設置帷幕孔：采用孔徑ф146 mm的鉆孔，跟管鉆進，地面以下約5 m設置套管ф150 mm護壁，跟管成孔變徑為ф127 mm，用ф127 mm鉆至設計深度。

控制要點：注漿孔終孔孔斜控制2°；檢查孔取芯進行注漿飽滿程度和強度檢查；嚴格注漿鉆探記錄數據檢查，及時處理鉆孔中掉鉆、埋鉆的情況，及時檢查鉆孔深度、層位。孔口澆筑：采用ф50 mm注漿管鉆至變徑處，添加入少量礫石和黏土，采用52.5號快凝水泥或添加2%速凝劑的1∶0.6～1∶0.8的注漿液澆鑄至空口，加快凝結和孔壁固結。

4.4 灌漿實驗檢測

4．4．1 檢測方法

鉆探：塌陷處理結束180 d鉆孔檢驗。鉆樣取芯檢驗漿液充填飽滿度，無側限抗壓強度不小于0.3 Mpa，結合施工記錄進行注漿質量分析、評價。

超聲波檢測：超聲波檢查孔檢測。

4．4．2 注漿檢測位置和控制標準

注漿檢測位置是：預先設置的檢測空位置和施工中的特殊部位。

控制標準是：按照不小于注漿孔布設總數的2%的標準檢測。

5 結束語

該工程暗穴加固施工完成后，經過2年通車檢驗，監測數據表明，路基沉陷趨于穩定，橋梁樁基穩定，路面不再產生新的裂縫，加固效果達到了預期的設計要求。

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〔編輯：白潔〕

U457+.2

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2017.13.160

2095-6835（2017）13-0160-02

孫平（1988—），女，河南正陽人，2009年畢業于河南工業大學（專科），主要研究方向是路橋設計。