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        復(fù)合注漿處理黃土地基塌陷方案應(yīng)用技術(shù)

        2017-11-30 07:19:25孫平
        科技與創(chuàng)新 2017年13期
        關(guān)鍵詞:陷性黃土孔隙

        孫平

        (河南省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院股份有限公司,河南 鄭州 450000)

        復(fù)合注漿處理黃土地基塌陷方案應(yīng)用技術(shù)

        孫平

        (河南省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院股份有限公司,河南 鄭州 450000)

        隨著我國公路建設(shè)的快速發(fā)展,在黃土地區(qū),常常會(huì)遇到很多公路工程地質(zhì)災(zāi)害。在這些地質(zhì)災(zāi)害中,路基地基塌陷對行車最不利,而且會(huì)嚴(yán)重影響公路營運(yùn)。復(fù)合注漿技術(shù)是處理黃土地區(qū)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(shè)備簡單、施工方便、技術(shù)先進(jìn)、效果顯著、費(fèi)用合理經(jīng)濟(jì)且不影響正常交通等優(yōu)點(diǎn)。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(fù)合注漿技術(shù);暗穴;地基塌陷

        地基塌陷是黃土地區(qū)公路建設(shè)中經(jīng)常遇到的地質(zhì)病害,它的存在很容易導(dǎo)致路基沉陷,影響車輛的正常運(yùn)行。尤其是濕陷性黃土,受到工程結(jié)構(gòu)、自重等壓力的影響,再加上水浸后結(jié)構(gòu)的變化,強(qiáng)度下降,附加沉降過大,會(huì)出現(xiàn)較大的危害。鑒于此,筆者深入分析了濕陷性黃土的化學(xué)性質(zhì)和物理性質(zhì),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(jié)合洛三高速公路處理黃土地基塌陷的方案,根據(jù)工期、環(huán)境特性、土層結(jié)構(gòu)特點(diǎn),分析、研究了濕陷性黃土的物理性質(zhì)、化學(xué)性質(zhì)和自然地理因素等,分析了引發(fā)路基塌陷的原因,詳細(xì)論述了路基塌陷的處置方案,描述了具體的施工工藝和質(zhì)量控制方案,確保工期合理、經(jīng)濟(jì),為黃土地區(qū)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(jì)堆積灰黃色、均質(zhì)黃土,疏松多孔,富含碳酸鈣的粉沙質(zhì)沉積物,濕陷性高,天然低濕度下高強(qiáng)度,壓縮性低,一旦浸水強(qiáng)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(jìn)度按照施工組織設(shè)計(jì)進(jìn)行,橋梁中間墩柱鉆至約30 m深度,鉆機(jī)出現(xiàn)異常,進(jìn)度明顯放緩,局部漏水繼而塌陷出現(xiàn)暗穴,孔口出現(xiàn)長數(shù)米的裂縫且裂縫有繼續(xù)發(fā)展的趨勢;相鄰2#樁基部位也出現(xiàn)裂縫,局部塌陷。經(jīng)物探檢測,西方向異常區(qū)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(jī)理和影響因素分析

        黃土灰黃、均質(zhì)、疏松多孔,化學(xué)、物理過程比較復(fù)雜,分析黃土濕陷結(jié)構(gòu),即分析其礦化成分、顆粒組成、微結(jié)構(gòu)等,并結(jié)合土的物理特征,比如含水量、孔隙比等。

        2.1 微結(jié)構(gòu)

        黃土微結(jié)構(gòu)呈蜂窩狀,以粉土粒為主,粉土粒占60%,膠結(jié)物膠結(jié)蜂窩狀結(jié)構(gòu),黏土粒膠結(jié)團(tuán)粒,孔隙大。黃土微結(jié)構(gòu)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(huì)提高。初始含水量提高后,濕陷系數(shù)降低,失陷曲線趨向平穩(wěn),在一定階段出現(xiàn)了預(yù)濕飽和的情況。當(dāng)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(dāng)程度上影響濕陷性,孔隙的結(jié)構(gòu)形態(tài)對濕陷性有一定的制約??紫侗扰c濕陷系數(shù)呈正相關(guān),黃土孔隙比大,濕陷性比較強(qiáng),黏粒量少,膠結(jié)比較弱。

        2.4 化學(xué)成分

        黃土化學(xué)性質(zhì)對濕陷性的影響也比較大,由地質(zhì)情況調(diào)查統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn),黃土含有黏土礦物、長石、石英等,二氧化硅的比例最大,同時(shí),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(huì)發(fā)生變化。

        3 復(fù)合注漿工程設(shè)計(jì)

        3.1 方案設(shè)計(jì)原則

        雖然處理路段進(jìn)行過專項(xiàng)處治,但是,由于治理區(qū)路段處于農(nóng)田灌溉區(qū)域,季節(jié)性灌溉導(dǎo)致路基塌陷病害經(jīng)常出現(xiàn)。因此,在確定項(xiàng)目處置方案時(shí),要考慮以下設(shè)計(jì)原則:①以“防排結(jié)合、綜合治理、控制濕陷”為原則,完善排水設(shè)施,防止地表水通過邊坡和排水設(shè)施下滲基底;②以“擠密夯實(shí)、排水固結(jié)、保障強(qiáng)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(fù)設(shè)計(jì)、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(fù)合注漿工程設(shè)計(jì)

        對于工程塌陷,擬采用膠結(jié)注漿技術(shù)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(jié)在一起,以阻止上覆土層塌陷冒落。地表鉆孔注漿可以膠結(jié)固化塌陷和裂隙,恢復(fù)地基強(qiáng)度和承載力,有效防止塌陷繼續(xù)和沉陷變形,保障路基的穩(wěn)定性,保證公路的正常運(yùn)行。

        4 復(fù)合注漿施工工藝

        4.1 材料和配比設(shè)計(jì)

        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(yīng)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(shè)計(jì)

        參照本工程其他路段塌陷暗穴處治,因地制宜,試驗(yàn)水泥漿配比水灰比為1∶0.7~1∶1,壓力注漿,穩(wěn)定壓力不小于1.5 Mpa,注漿量小于70 L/min即可,持續(xù)穩(wěn)定15 s后停止注漿。實(shí)驗(yàn)路段檢驗(yàn)配比設(shè)計(jì)、漿液濃度、凝結(jié)時(shí)間等。

        4.2 灌漿孔和檢查孔

        在暗穴周圍設(shè)計(jì)帷幕孔,孔間距8~10 m,注漿孔孔間距8~10 m。注漿孔設(shè)計(jì)長度應(yīng)穿透塌陷至穴底,平面布置梅花形布設(shè),面積應(yīng)覆蓋整個(gè)塌陷區(qū)域,設(shè)置2%的檢查孔且不少于2個(gè),隨時(shí)觀察注漿情況。

        4.3 灌漿工藝

        4.3.1 定點(diǎn)

        由于鉆孔難以準(zhǔn)確確定塌陷變形區(qū)域的復(fù)雜程度,鉆孔原則上應(yīng)鉆透空穴頂板。如果在設(shè)計(jì)注漿孔深度范圍內(nèi)未遇到空穴,則鉆孔深度應(yīng)不小于40 m。

        灌漿孔設(shè)置采用鋼尺實(shí)地測量定位,如果個(gè)別位置受到地面的影響,可以適當(dāng)調(diào)整。

        4.3.2 施工工藝和要點(diǎn)控制

        成孔:采用ф127 mm孔徑鉆頭,成孔鉆至約5 m進(jìn)行套管ф130 mm護(hù)壁,然后繼續(xù)采用ф89 mm孔徑鉆至設(shè)計(jì)深度。塌陷邊緣設(shè)置帷幕孔:采用孔徑ф146 mm的鉆孔,跟管鉆進(jìn),地面以下約5 m設(shè)置套管ф150 mm護(hù)壁,跟管成孔變徑為ф127 mm,用ф127 mm鉆至設(shè)計(jì)深度。

        控制要點(diǎn):注漿孔終孔孔斜控制2°;檢查孔取芯進(jìn)行注漿飽滿程度和強(qiáng)度檢查;嚴(yán)格注漿鉆探記錄數(shù)據(jù)檢查,及時(shí)處理鉆孔中掉鉆、埋鉆的情況,及時(shí)檢查鉆孔深度、層位??卓跐仓翰捎莽?0 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(jié)和孔壁固結(jié)。

        4.4 灌漿實(shí)驗(yàn)檢測

        4.4.1 檢測方法

        鉆探:塌陷處理結(jié)束180 d鉆孔檢驗(yàn)。鉆樣取芯檢驗(yàn)漿液充填飽滿度,無側(cè)限抗壓強(qiáng)度不小于0.3 Mpa,結(jié)合施工記錄進(jìn)行注漿質(zhì)量分析、評價(jià)。

        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(biāo)準(zhǔn)

        注漿檢測位置是:預(yù)先設(shè)置的檢測空位置和施工中的特殊部位。

        控制標(biāo)準(zhǔn)是:按照不小于注漿孔布設(shè)總數(shù)的2%的標(biāo)準(zhǔn)檢測。

        5 結(jié)束語

        該工程暗穴加固施工完成后,經(jīng)過2年通車檢驗(yàn),監(jiān)測數(shù)據(jù)表明,路基沉陷趨于穩(wěn)定,橋梁樁基穩(wěn)定,路面不再產(chǎn)生新的裂縫,加固效果達(dá)到了預(yù)期的設(shè)計(jì)要求。

        [1]鄭亞強(qiáng).濕陷性黃土地基處理技術(shù)在桃同高速公路病害治理中的應(yīng)用研究[D].西安:長安大學(xué),2015.

        [2]王菊蕊,王軒.塑料排水板處理高速路橋過渡段應(yīng)用分析[J].中國水運(yùn),2013,13(8):245-246.

        [3]交通運(yùn)輸部公路科學(xué)研究院.JTG E40—2007公路土工試驗(yàn)規(guī)程[S].北京:人民交通出版社,2007.

        [4]郭朋朋,王軒.采用壓漿技術(shù)處治水泥混凝土路面脫空應(yīng)用[J].科學(xué)之友,2007,20(7):54-56.

        [5]中交第二公路勘察設(shè)計(jì)研究院.JTG D30—2004公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京:人民交通出版社,2004.

        [6]交通運(yùn)輸部公路科學(xué)研究院.JTG/T H21—2011公路橋梁技術(shù)狀況評定標(biāo)準(zhǔn)[S].北京:人民交通出版社,2011.

        〔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(yè)于河南工業(yè)大學(xué)(??疲?,主要研究方向是路橋設(shè)計(jì)。

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