軟土路基沉降病害治理的注漿加固技術(shù)及其試驗(yàn)研究

齊劍軍 張宇 邰志海

摘要：注漿加固技術(shù)在軟土路基中的廣泛應(yīng)用，有效解決了路堤填方沉降、開(kāi)裂和地基軟弱坍塌等病害，提高了軟土路基安全性和使用壽命，對(duì)新建或改建軟土路基具有重要意義。

關(guān)鍵詞：軟土路基;沉降病害;注漿加固技術(shù)

近年來(lái)，我國(guó)道路建設(shè)項(xiàng)目的數(shù)量和質(zhì)量都在不斷提高，施工技術(shù)也在不斷提高。注漿技術(shù)廣泛應(yīng)用于軟土路基施工中，提高了道路安全性與使用壽命，大幅降低了后期維護(hù)費(fèi)用，對(duì)軟土路基建設(shè)具有重要意義。

一、軟土路基沉降

軟土路基是指常見(jiàn)的一種特殊地區(qū)路基。沉降在建筑物荷載作用下，地基土因受壓縮引起的豎向變形或下沉。均勻沉降一般對(duì)建筑物危害小，但過(guò)大時(shí)會(huì)使建筑物高程降低而影響使用;不均勻沉降對(duì)建筑物危害大，會(huì)使建筑物產(chǎn)生附加應(yīng)力而引起裂縫，甚至局部構(gòu)件斷裂，危及其安全。沉降會(huì)造成建筑物下沉及破壞;造成路面高低不平，從而影響交通運(yùn)輸。

二、傳統(tǒng)注漿加固技術(shù)

1、強(qiáng)夯法處理路基沉降。強(qiáng)夯法能在短時(shí)間內(nèi)對(duì)路基土體施加一個(gè)巨大沖擊能量，強(qiáng)夯法對(duì)路基加荷作用能在短時(shí)間內(nèi)完成，所產(chǎn)生沖擊通過(guò)轉(zhuǎn)化為各種不同波型能量波傳遞到路基土體內(nèi)。按強(qiáng)夯產(chǎn)生沖擊波在路基土體中的傳播特性和對(duì)路基土的作用特性，可將夯擊產(chǎn)生的波分為體波和面波。強(qiáng)夯法加固路基，避免產(chǎn)生沉降的主要原因是通過(guò)夯擊對(duì)路基施加的沖擊荷載，使一定深度范圍內(nèi)的路基土產(chǎn)生動(dòng)力響應(yīng)，在一定深度范圍內(nèi)會(huì)發(fā)生工程特性改變，起到加固路基的目的。

2、土工格柵處理路基沉降。在路基施工中，為減小路基不均勻沉降，可在路基工作深度范圍內(nèi)設(shè)置土工格柵來(lái)提高路基整體強(qiáng)度，土工格柵能起到加筋作用，也能起到減小路基變形的能力，特別適用于填挖結(jié)合部位路基的處理和舊路加寬中的新老路基搭接，土工材料具有較好抗拉伸能力，在土基結(jié)構(gòu)中的加筋作用減小了路基變形能力，能防止土體發(fā)生側(cè)向變形，同時(shí)土工格柵的內(nèi)部格子空隙能起到固定路基中較大粒徑碎石的作用，能防止不同施工層位在施工中發(fā)生的剪切變形。

3、水泥攪拌樁法。水泥攪拌樁在加固軟土地基中有著廣泛的應(yīng)用，能有效減小路基不均勻沉降，其主要機(jī)理是通過(guò)水泥的水化熱作用和水泥水化熱作用產(chǎn)生的水化物同路基土發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，從而形成具有一定強(qiáng)度的復(fù)合地基，達(dá)到加固樁體和提高樁周?chē)馏w強(qiáng)度的作用，在很大程度上提高了路基的承載力，對(duì)保證路基的穩(wěn)定性和減少路基沉降發(fā)揮著積極作用。目前在施工中常用的水泥攪拌樁有噴漿法和噴粉法，兩種不同的施工方法都是通過(guò)向路基土中進(jìn)行打樁，在一定深度范圍內(nèi)將軟土和固化劑進(jìn)行強(qiáng)制性攪拌。水泥攪拌樁濕法和干法的主要區(qū)別是所采用的固化劑為水泥漿或水泥粉，結(jié)合工程情況，當(dāng)采用濕法施工時(shí)更高更好的控制好水泥攪拌樁中添加水泥的劑量。總體來(lái)說(shuō)，濕法施工質(zhì)量有保證，成樁長(zhǎng)度也比干法成樁長(zhǎng)度大，但干法采用粉體作固化劑，不再向地基中附加水分，反而能充分吸收軟土自由水，因此，加固后地基的初期強(qiáng)度較高，特別是對(duì)高含水量的軟土加固效果顯著。

三、軟土路基沉降病害治理的注漿加固技術(shù)

1、劈裂注漿加固技術(shù)

1）產(chǎn)生病害的原因。①剝蝕坍塌。該現(xiàn)象通常發(fā)生在高等級(jí)道路中，其原因是這種道路路基通常為高填路堤，易受風(fēng)力、流水沖擊作用，泥石流等自然災(zāi)害會(huì)產(chǎn)生剝蝕作用，從而破壞軟土路基，使其變形。若不采取切實(shí)有效的維護(hù)措施，將導(dǎo)致路面開(kāi)式變形，使道路無(wú)法正常通行。②浸水引起的沉陷。這通常發(fā)生在降雨頻繁區(qū)域，在這些地方，雨水積于地面，若排水系統(tǒng)不流暢，雨水將滲入軟土路基，加之路上行車(chē)載重、土體本身重量、水溫變化等因素，若不及時(shí)采取措施，將降低其承載力，造成沉陷，損壞路面，導(dǎo)致開(kāi)裂。③剪切拉裂。此現(xiàn)象因素為：在行車(chē)產(chǎn)生的振動(dòng)荷載重或土體自身產(chǎn)生重力作用下，高觸變性軟土?xí)从吵龊艽蟮牧髯兲匦裕瑢?dǎo)致軟土向外移動(dòng)，若不能及時(shí)采取相應(yīng)措施，路基將產(chǎn)生沉降，且沉降不均勻，致使發(fā)生開(kāi)裂等病害。

2）劈裂注漿加固技術(shù)特點(diǎn)。①該技術(shù)在施工中不需開(kāi)挖路基土體，不會(huì)破壞道路結(jié)構(gòu)，對(duì)正常交通影響小，具有無(wú)阻礙、創(chuàng)傷小、施工范圍窄等特點(diǎn);②施工時(shí)間短，效率高，交通恢復(fù)快;③施工工藝相對(duì)簡(jiǎn)單，易于控制，在施工人員管理上實(shí)現(xiàn)精細(xì)化管理模式，為提高施工質(zhì)量提供了有力保障;

3）作用機(jī)理。該加固技術(shù)以非開(kāi)挖形式進(jìn)行，主要機(jī)理是利用外力將漿液注入路基土體中，使?jié){液對(duì)其產(chǎn)生附加壓力，隨著該壓力的增加，土體最小主應(yīng)力面將形成剪切式裂縫，此時(shí)注入的漿液將沿新產(chǎn)生的裂縫迅速擴(kuò)散;當(dāng)漿液連續(xù)注入土體時(shí)，土體最小主應(yīng)力將繼續(xù)增加，注入的漿液將產(chǎn)生更大壓力，從而變換最大和最小主應(yīng)力作用方向，然后產(chǎn)生二次劈裂。二次劈裂后，向土體中注入漿液，形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)式漿液脈絡(luò)，改善土體結(jié)構(gòu)，達(dá)到提高軟土路基穩(wěn)定性和強(qiáng)度的目的。

4）作用效果。當(dāng)漿液通過(guò)劈裂方式注入土體時(shí)，漿液將排出土體空隙中的空氣和水。同時(shí)，漿液中的離子能與土體中的離子交換，通過(guò)物理填充和化學(xué)結(jié)晶等形成網(wǎng)絡(luò)狀結(jié)石，強(qiáng)化土體骨架和脈絡(luò)，形成新的路基結(jié)構(gòu)，具有高密度、高強(qiáng)度和高水穩(wěn)定性等特點(diǎn)，最終達(dá)到提高軟土路基穩(wěn)定性的目的。

2、花管注漿加固技術(shù)

1）概述。花管注漿是指將注漿用的花管通過(guò)鉆孔深入土體的加固層面，經(jīng)分段注漿法讓漿液在外界壓力作用下通過(guò)花管注入加固地層，這種方式注入的漿液更加均勻，以控制每段漿液含量，并能確保漿液擴(kuò)散的均勻性。

2）優(yōu)點(diǎn)。①最大限度地防止軟土路基注漿不均勻現(xiàn)象，避免路基不平造成交通事故的發(fā)生;②該技術(shù)的應(yīng)用能最大限度地降低投入成本和竣工后的維護(hù)成本，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益的最大化;③縮短了軟土路基施工時(shí)間，在一定程度上起到了保護(hù)環(huán)境資源的作用;④該技術(shù)施工工藝相對(duì)簡(jiǎn)單，對(duì)施工人員要求不高，保證了注漿施工的優(yōu)越性。

3）加固原理。①改變了土體性質(zhì)。漿液注入土體后，會(huì)發(fā)生許多物理化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生強(qiáng)度較高的膠凝體類(lèi)混合物質(zhì);②起到防滲堵漏作用。漿液注入軟土路基后，將填充土體中的孔縫，堵塞水體流動(dòng)通道，避免水體縱橫向流動(dòng)，減少水體沖擊對(duì)路基的不利影響;③具有骨架支撐作用，漿液注入軟土路基后，其以魚(yú)骨形狀凝固在土體中，不僅增強(qiáng)了土體完整性，而且提高了土體密度及強(qiáng)度，起到骨架支撐作用;

4）技術(shù)要點(diǎn)。在注漿加固施工中，首次采用靜態(tài)法。根據(jù)分段原則，將注漿花管固定在注漿地層中，然后經(jīng)劈裂將水泥砂漿注入相應(yīng)位置，當(dāng)其深度達(dá)到設(shè)計(jì)要求時(shí)，將注漿花管拖延至下一段，重復(fù)上述步驟，直至所有待注漿路基均注入漿液。

四、工程實(shí)例

1、工程概況。某公路工程技術(shù)等級(jí)為二級(jí)，全長(zhǎng)109.57565km。K63+360段為老路改造段，運(yùn)營(yíng)至今，該路段左半幅路基已發(fā)生下滑與沉降現(xiàn)象，造成路基路面破壞。

2、路基加固方案。由于滑體所在斜坡存在明顯的蠕滑錯(cuò)動(dòng)，所以要根據(jù)滑坡治理原則選擇治理方案。滑坡治理原則是：技術(shù)可行、經(jīng)濟(jì)合理、無(wú)后患。對(duì)于支擋工程位置，應(yīng)盡可能使用滑體抗滑段抗滑力，以減少支擋結(jié)構(gòu)的荷載。同時(shí)，可根據(jù)滑坡的具體特征、滑動(dòng)面埋深和滑坡體特點(diǎn)，分段采取不同整治措施。

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