高速公路建設中的路基沉陷成因及注漿施工技術

曹威

（湖南建工交通建設有限公司，長沙 430000）

1 引言

隨著公路車流量的增加，加之材料老化、降雨侵蝕等多項因素的共同影響，部分高速公路路基顯現出不同程度的沉陷病害，嚴重影響了車輛的安全通行。注漿是處治路基沉陷病害的重要方法，因具有施工便捷、質量可靠、經濟高效等特點而取得廣泛的應用。

2 工程概況

某高速公路全線長29.36 km，路基寬度為18.5 m，路面寬度為16.5 m，雙向四車道。其中，K63+400～K66+700段為高填方路基，施工階段碾壓不充分，且隨著路基使用時間的延長，加之其他因素的誘發作用，產生沉陷病害，需加強處治。

鑒于該路段交通量較大，在保證路基沉陷病害處治效果的同時需最大限度地縮短工期，以免對現場交通秩序造成過多的干擾。經研究，決定采用注漿加固技術處理路基沉陷病害。

3 高速公路路基沉陷的影響因素

1）填筑土層的質量較差。根據工程資料可知，需填筑的土層厚度較大，但其自重固結效果差，在荷載作用下，易出現大幅度的工后沉降。此外，填筑土的密實度不足，土料間存在大量的空隙，這也是工后沉降現象的關鍵原因。

2）局部地基承載力有限。現場土質以炭質灰巖和灰黑色粉土為主，土層厚度為5～6 m，但現場地下水豐富，由于水的侵蝕作用，削弱了土體的承載性能，外荷載作用于上方的路基、路面結構時，導致結構出現沉陷。

3）沉降差異導致路基沉陷。工程施工中存在不同性質的填挖方工程，后續出現的沉降量不盡相同，有不均勻沉降現象，隨之導致路基出現沉陷[1-2]。例如，路段左側以較干燥的挖方路基為主，路段右側則以近似飽和軟土的填方路基居多，填、挖方路基性質差異較大，局部因承載力不足而沉降，隨之影響到路基、路面的平整性。

4）維護不到位。在路基路面病害初期未及時采取修補措施，產生的裂縫給地表水的流動提供了通道，隨著時間的延長，水對公路結構的侵蝕作用加劇，加之路床填筑結構自身本就缺乏足夠的穩定性，因此，更易出現沉陷及其他形式的病害，嚴重影響公路的正常使用。

4 路基沉陷處理方案的對比分析與選擇

路基沉陷病害的處理方法多樣，常見的有壓漿固結、挖除換填、高壓旋噴樁等方法，各自均有獨特的應用特點。其中，挖除換填法在路基沉陷病害處治中的應用效果較好，但易影響施工進度，需要在挖除、換填階段投入較多的時間；高壓旋噴樁的基本思路是向待處理的部位注入漿液，經過與現場土體的攪拌混合后發生固結，得到規格適宜、強度較高的樁體，起到加固的作用，但其具有成本較高、易污染環境等局限性。相比之下，注漿固結兼具作業便捷、加固效果好、經濟高效等多項特點，因此，可作為路基沉陷病害處治時的關鍵方法。

注漿施工技術的配套作業設備包含鉆機、攪拌機、壓漿機，各類設備的可選型號較多，可根據路基沉陷的實際程度靈活選擇，確保設備有效運行，為路基沉陷病害的處治提供了可靠的硬件條件。即便高速公路路基沉陷地段的施工條件復雜，在優質設備的配合下，也依然可以高效注漿。同時，注漿施工技術在實際應用中的操作難度較低，設備的成本投入較少，因此，在保證注漿效果的同時可減少成本投入，兼顧質量和經濟效益的雙項要求。

總體來看，從技術可行性、施工便捷性、經濟效益性等方面來看，注漿施工技術在路基沉陷病害的處治中均有較好的表現，具有突出的應用價值。

5 注漿施工技術在高速公路路基沉陷處治中的應用

5.1 施工準備

全面的準備工作能夠為正式注漿施工打好基礎，需加強對路基沉陷段的勘察，明確現場地質、水文的特征；經檢測，確定沉降土體的液限、塑限、含水量等各項關鍵的性能指標。在獲得勘察資料后，組織室內試驗，目的在于探尋最佳的配比，確保拌制的水泥漿液能夠滿足工程施工要求。然后，于現場選取具有代表性的路段組織試驗，確定布孔間距、注漿用量、注漿速度等關鍵參數，以便正式施工。此外，以設計圖為準進行測量放樣，得到各水準點和控制點的具體位置。

5.2 注漿機具的配套

在路基沉陷病害的注漿施工中，根據現場條件選擇適宜的注漿方法，若為吸漿量較小的裂隙巖體，可采用循環式注漿的方法；若為吸漿量較大的一般土體，可采用純壓力式注漿的方法。在明確注漿方法后，結合現場作業條件合理選擇施工機具。鉆孔環節，本次路基沉陷病害注漿施工選用的是XY-100型回旋式鉆機，適配拌料筒和BW-150型注漿泵（要求此裝置的設計工作壓力達到注漿壓力最大值的1.5倍）；配套的拌和設備應具有穩定可靠的特點；考慮到注漿壓力的觀測和控制要求，在注漿泵和注漿孔口處設壓力表。

5.3 注漿材料的選擇

注漿材料的性能直接影響著注漿效果，因此，需合理選擇。

1）主要材料。強度等級42.5的普通硅酸鹽水泥，水∶水泥∶粉煤灰為0.5∶1∶0.35；精準稱量原材料，充分拌和，要求漿料28 d抗壓強度不低于5 MPa。

2）外加劑。合理選擇并適度應用外加劑后，有利于改善漿液的性能。純水泥漿的凝結時間較長，可能由于水的稀釋和沖刷而導致其出現異常，因此，可在拌制時摻入適量的速凝劑，適當縮短漿液的凝固時間，在本工程中，采用的是水玻璃，用量取水泥質量的3%。通過水玻璃的應用，漿液的凝結時間縮短，但由于用量控制不當而導致漿液凝結時間過短時，可摻入磷酸二氫銨或是其他具有可行性的緩凝劑，用量取水泥質量的2%～3.5%。外加劑的應用需以漿液的實際特性和注漿施工對漿液的性能要求為準。

5.4 漿液的制備方法

制漿材料的用量應準確，稱量誤差在5%以內。漿液攪拌必須充分，以便原材料均勻混合。根據攪拌設備的特性控制純水泥漿的攪拌時間，普通拌和機至少為90 s，應用高速拌和機時可適當縮短攪拌時間，但至少達到30 s。漿液拌制后，過篩處理，并隨拌隨用，制漿后的4 h內使用完畢。在漿液拌制時摻入減水劑后，可用高速攪拌機充分拌和。漿液拌制后加強檢驗，溫度10～40℃，輸送速度1.5～2.0 m/s。

5.5 勘探孔和注漿孔的設置

在各加固段布設2～3個勘探孔，經由該處檢查處理段的實際情況，包含填筑土厚度、結構組成等，進而根據掌握的信息判斷導致路基沉陷及各類病害的關鍵成因，在全面掌握病害的基本狀況后，確定注漿孔深度。具體至本工程中，要求鉆孔穿過路基，且深入原狀粉質土1～2 m。

注漿孔的布設方式多樣，其中，梅花形布置方式存在注漿孔補加難度大的局限性，方格形布孔的特點在于方便注漿孔的補加，在地形復雜的地區具有較高的可行性。結合本工程實際施工條件來看，雨季注漿后無須補加，因此，采取的是梅花狀布孔的方式，第Ⅰ序孔距、第Ⅱ序孔距分別為5.0 m、2.5 m，孔位偏差需在5 cm以內且盡可能減小，孔垂直度偏差≤1.5%。鉆孔期間產生的鉆渣將堆積在孔內，為便于壓力注漿，要求孔底沉渣厚度≤20 cm，否則需予以處理。

5.6 注漿方法

經試驗后確定注漿壓力，在本次路基沉陷病害的注漿加固施工中，注漿壓力控制在0.2～0.4 MPa。每孔注漿均按照自下而上的順序分段完成，單段深度0.75 m，在該方式下，每孔注漿2～3遍。

注漿前，全面檢查儀器儀表、注漿管路、漿液等，要求各自的性能均滿足要求，確保正式注漿作業能夠連續進行。注漿量以8～10 L/s較為合適，盡可能均勻注漿。壓注漿液時仍需攪拌，以保證漿液具有均勻性。注漿初期壓力較低，后續逐步增加，直至達到合適的注漿壓力區間為止，待注漿壓力達到1.0 MPa時，穩壓3 min，使漿液有效注入，保證孔內漿液的飽滿性。若注漿量異常增加，揭示現場注漿狀況出現異常，需考慮注漿孔內是否存在裂隙或是其他原因，針對具體情況妥善處理。

5.7 注漿結束標準

注漿壓力達到終壓并且穩壓15 min后，結束注漿，安排封孔處理，填封深度至少達到30 cm，隨著封層混凝土強度的提高，待其達到設計終凝強度后，完成一孔的注漿作業，按照計劃移動至下一孔位，繼續注漿。若注漿時地面有冒漿現象，暫停注漿，尋找冒漿口，做封堵處理，或采取間歇式注漿的方法，直至實際測定的注漿量達到設計要求為止。

5.8 施工注意事項

1）合理設置注漿孔。以干鉆成孔的方法施工合適規格的注漿孔，若由于現場地層結構復雜而無法正常注漿，視實際情況采取針對性的處理措施。例如，地層偏干燥時，以加水的方法潤濕，在此前提下繼續鉆進；若地層含水量較高，安排一段時間用于晾曬，降低降水量，待實測值穩定在合理范圍內后繼續鉆進。鉆進成孔后，采取防護措施，如封孔，以免由于雨水、雜物進入孔內而影響后續的注漿施工。

2）冒漿。注漿期間，注入的漿液沿土體縫隙向上涌出，稱為冒漿現象。若有冒漿，先確定具體發生部位，判斷冒漿處的孔隙發展程度，用速凝水泥、麻絮或其他可行的材料封堵孔隙，阻止漿液冒出。若封堵效果較差，采取孔隙灌濃水泥漿的方法，或調節漿液的水灰比，直至冒漿問題得到解決。

6 注漿施工質量的檢驗與分析

注漿后，在現場選取長度為200 mm的路段，對其進行檢驗，判斷路基沉陷部位的注漿施工效果。質量檢驗的方法較多，包含標準貫入法、鉆芯取樣法等，分析指標包含承載力、密實度等，綜合多項實測結果判斷注漿效果。以標準貫入試驗為例，試驗結果見表1。

表1 標準貫入試驗結果

根據表1展開分析：注漿前的錘擊次數平均值為6，在注漿作業后，該值增加至16；路基承載力平均值也在注漿后有著顯著的提升，注漿前承載力平均值為126 kPa，注漿后承載力平均值達到281 kPa。總體來看，無論是路基的密實度還是承載力均有較大幅度的提升。

從鉆芯取樣結果來看，試樣中含豐富的水泥塊，表明注漿效果較佳。經過后期觀察發現，注漿完畢28 d后未見沉降，表明路基具有足夠的穩定性。

綜合各項檢驗情況，可以判斷路基沉陷病害在注漿施工后得到有效的處理，路基的密實性、承載性能等方面均得到改善，注漿施工技術的應用效果較好。

7 結語

高速公路路基易在施工方法不合理、材料老化、車輛荷載、降雨等多項因素的共同作用下出現沉陷病害，用注漿施工技術對該類病害進行處治后，可有效提高路基的密實性和承載性能，路基病害處治效果較好。在實際施工中，工程人員需注重規范鉆孔、漿液制備、注漿參數控制等工作，保證注漿的有效性，有效處治路基沉陷病害。