路基沉陷注漿施工技術應用探討

文/熊光俊

1 注漿施工技術概述

路基注漿施工主要借助注漿設備鉆孔，并在液壓、氣壓等原理下，采用注漿管將漿均勻分層注入軟弱地層，通過漿液的滲透、填充及擠密作用徹底排出軟弱地層內的水分與空氣后充滿間隙，以減少間隙、提升強度。待漿液凝結后便會與原軟弱地層膠結為強度大、防水性能強、物化穩定性良好的整體性結構，達到軟弱病害路基加固的目的。

2 工程概況及施工方案設計

2.1 工程概況

某公路南段設計樁號K045+340～K109+690，全長64.35km，2018年年底建成并交付使用。在試運行過程中，局部段路基存在路面下沉、邊坡滑移等現象，個別路段邊坡滑移甚至將混凝土路面拉裂，導致裂隙持續延伸擴大，嚴重危害到安全行車。為徹底消除路基路面安全隱患，2019年對病害路段進行了加固處理，但并未從根本上解決問題，病害隱患仍然存在且愈演愈烈。K067+511.2～K068+146 段混凝土拉裂寬度達21.2mm，沉降高差1.43cm，其余路段也存在不同程度拉裂與裂隙，公路路用性能嚴重下降，為此，必須對病害路段進行二次加固。

本公路所在地區主要為低山丘陵地貌，圓形丘陵頂部較為渾圓，且丘陵互不相連，自然坡度在10～30°范圍，山坡和坡頂之間覆蓋厚度不等的殘坡積層，沖溝內為坡洪基層，路基沿線所覆蓋的砂巖、粉砂巖等抗風化能力不強，在高填方及沖垮溝等區域普遍存在混凝土面板拉裂、路基沉降、路肩下沉，裂縫寬度較大等問題。究其原因主要是由于填方地段填土碾壓欠密實，填土結構松散，地下水排泄不暢導致路基土體濕陷、擠壓變形，未將路基基礎面淤泥質粉土和軟基徹底清除，在行車等荷載作用下導致路基土局部液化流變，出現豎向和側向變形及沉降破壞。具體見下表。

表1 各路段病害及原因

2.2 施工方案設計

通過提升病害路段強度土體強度，將路基和構筑物之間的孔隙回填至設計強度，使填方路基力學強度與密實性顯著增強，阻止地下水對路基的滲透性破壞，保證路床與混凝土路面恢復至設計標高。

根據對本公路地質條件及沉陷病害原因的分析，擬定以下加固方案：對于路基沉降已基本趨于穩定且路面與路床間存在孔隙的病害部位，應回填注漿、擠密注漿；對于K102+440～K102+875等高填方、跨沖溝路基和邊坡變形路段，應注漿后將鋼筋插入注漿孔內，形成支擋樁群，阻止路基沿邊坡向臨空面滑動，對高填方、混凝土路面裂縫較寬部位還應進行擠密注漿；對于K087+296～K99+433 段因地下水排水不暢、邊坡填土體被破壞的路肩下沉、路面裂縫施工段，應在注漿施工的基礎上增設邊坡滲溝加速排水。

3 注漿施工工藝

3.1 選擇注漿機具

路基沉陷注漿技術分為純壓力式注漿和循環式注漿兩種。前者主要適用于吸漿量較大的一般土體，后者則適用于吸漿量小的裂隙巖體。根據本工程地質條件，鉆孔設備選用XY-100 型回旋式鉆機或沖擊鉆機。按照漿液濃度決定采用配備拌料筒和高壓注漿管路系統的BW-150 型注漿泵。為保證注漿管路暢通，注漿泵設計工作壓力應為注漿壓力最大值的1.5 倍。拌和機械應確保漿液連續均勻拌制，在注漿泵和注漿孔口增設壓力表[1]。

3.2 選定注漿材料

公路路基沉陷注漿是在設計注漿壓力下，使漿液克服阻力不斷入滲孔隙及裂隙，注漿壓力越大，則裂隙吸漿量越多，漿液擴散距離也越大。在保證地層結構不被破壞情況下完成注漿，漿液尺寸必須比土體裂隙尺寸小，才能保證漿液符合可灌性[2]。所以，必須根據土體條件、注漿目的等加強注漿材料選擇，保證注漿施工效果。注漿材料通常由主劑、溶劑、外加劑等按設計比混合而成。

3.2.1 主要材料

本工程選用強度等級42.5 的普通硅酸鹽水泥，水灰比根據吸漿量確定為0.8 和0.5，單孔水泥注入量在1.0t 以上時，摻加設計比例的粉煤灰混合漿液為注漿材料，水：水泥：粉煤灰配合比為0.5∶1∶0.35，注漿材料的抗壓強度應至少為5MPa。

3.2.2 速凝劑與緩凝劑

純水泥漿液凝結時間較長，很容易受到水的稀釋與沖刷。為此，在純水泥漿液中摻加一定比例的速凝劑，縮短水泥漿液凝固時間，本工程摻加水泥重量3%的水玻璃或5～25%的石灰。

按照設計比在水泥漿液中摻加水玻璃或石灰后如果漿液凝結時間過短，無法符合設計要求的情況下，則可摻加水泥重量2～3.5%的磷酸二氫銨等緩凝劑，適當延長漿液凝結時間并提升漿液在土體和裂隙中的滲透力[3]。

3.3 漿液配置

對全部制漿材料應進行稱量，并將稱量誤差控制在5%以內，漿液攪拌均勻后進行密度測量。純水泥漿液使用普通拌合機攪拌時時間應至少為90s，使用拌合機攪拌時間至少30s。使用前進行漿液過篩處理，漿液制備后4h 內必須用完。細水泥漿液及穩定漿液應摻加減水劑后通過攪拌機拌合均勻，按照試驗結果控制拌合時間，細水泥漿液制備好后應在2h 內用完。漿液輸送速度應控制在1.5～2.0m/s，漿液溫度應不超出10～40℃。

3.4 布設注漿孔

在各加固處理段布設2～3 個勘探孔，用于檢查該處理段填筑土實際厚度、分層結構及密實度等情況。由技術人員根據檢查結果進行填筑土質量、不良地質等問題的判斷，探明造成路肩沉降、混凝土路面開裂等的具體原因，進一步確定注漿孔深度。本工程勘探孔孔深為穿過路基并深入原狀粉質土1～2m。

注漿孔孔深為深入填方路基0.3～0.5m，對于軟基應深入0.5～0.8m。注漿孔布設型式包括梅花形、方格形和六角形等，方格形注漿孔方便注漿孔的補加，對于地形復雜區域較為適用；梅花形和六角形注漿孔補加難度大。本工程預計注漿后無需再進行注漿孔補加，按梅花狀進行注漿孔布設，第Ⅰ序孔距控制在5.0m，第Ⅱ序孔距應控制在2.5m，回填注漿和擠密注漿行距分別控制在3.0m 和2.5m。鉆孔布設位置誤差保持在5cm 以內，孔垂直度誤差不超過1.5%，孔底沉渣厚度最大為20cm。

3.5 注漿壓力及注漿方法

根據上覆土層厚度和試驗所確定的本公路工程路基沉陷注漿壓力為0.2～0.4MPa。注漿施工分二序孔進行，每孔應自下而上分段注漿，每段注漿深度0.75m，每孔注漿2～3 遍，直至達設計注漿量[4]。

注漿開始前必須全面檢查施工機械、儀器儀表、注漿管路、注漿材料等到場情況及性能。注漿一旦開始必須連續進行，不得中斷。注漿量應控制在8～10L/s。在壓注拌合均勻漿液的過程中不斷攪拌，注漿過程中隨著壓力由小變大，注漿量也隨之逐漸增加，待注漿壓力達1.0MPa 時穩壓3min 后結束一孔注漿。如果注漿過程中注漿量沒有原因地超常增加，表明注漿孔內可能存在裂隙，必須停止注漿，待孔內漿液凝固后再恢復注漿。

3.6 注漿結束標準

待注漿達到設計終壓壓力要求且穩壓15min 即可結束注漿。若出現地面冒漿現象，應暫停注漿并封堵冒漿口或繼續間歇注漿，待注漿量達設計值時結束。注漿結束后，通過混凝土按至少30cm 的設計封填深度封孔處理，并待封孔層混凝土達設計終凝強度后移位至下一注漿孔。

4 注漿效果檢查

4.1 鉆孔取芯試驗

根據對不同序孔路基土樣的分析發現，混凝土路面以下1.0m 處的土體注漿難度較大，1.0m 以下的土體分層厚度大且界面已經充填有0.2～1.0m 厚的水平狀漿脈，連續性符合設計要求。注漿孔沿填土呈網脈狀、薄層狀分布，且漿脈厚度在0.6～1.0cm 范圍內，僅局部呈2.5～15cm 厚的塊狀。所以，漿液充填分布廣泛，形態多樣，路基土體內各類孔隙充填效果良好[5]。

4.2 標貫試驗

本公路路基沉降病害注漿加固施工結束后，標貫試驗結果表明，注漿施工前擊數最小值Nmin=3 擊，最大值Nmax=6 擊，標準值N=4 擊，承載力標準值為126kp；注漿施工后標貫試驗N 值顯著提高，Nmin=8 擊，最大值Nmax=14 擊，標準值N=11 擊，承載力標準值升至280kp。壓密注漿施工路基加固效果顯著，路基承載力提高。

5 結語

本公路路基沉陷段注漿施工結果表明，注漿施工技術因免去了開挖換填施工環節，避免了開挖廢棄物對環境的污染，使加固施工時間大大縮短，注漿施工對天氣及施工環境要求較低，施工設備材料要求簡單。注漿加固施工過程中可以半幅施工，對交通通行影響較小，加固效果良好，經濟效益、社會效益和環境效益十分顯著。