劉延敏

（邢臺華辰交通建設(shè)監(jiān)理咨詢有限公司，河北 邢臺 054000）

1 注漿技術(shù)機(jī)理

注漿加固技術(shù)即通過液壓將漿液材料注入土層中，漿液材料在土層中以填充、擴(kuò)散等方式滲透到土體孔隙中去，從而取代土體中的水分或者孔隙，經(jīng)過一段時間壓力的持續(xù)作用后，與土體膠結(jié)成強(qiáng)度更高的穩(wěn)定性整體。

漿液在土體中滲透擠密的過程中，沿著土體孔隙方向形成不規(guī)則漿脈。由于土體本身具有不均勻性，漿液在土體中滲透過程中，一方面注漿孔附近的土體形成了類似圓柱狀漿體，周圍土體的性質(zhì)由于漿液的填充擠壓被有效改善，形成一定范圍的塑性區(qū)，而離注漿孔較遠(yuǎn)位置的土層形成彈性區(qū)，使注漿孔附近土體的整體密度得以提高；另一方面，在漿液向土體滲透的過程中，土體內(nèi)部裂縫不斷擴(kuò)散，形成形狀各異、薄厚不一的塊狀漿體，漿液與土體的接觸面積不斷擴(kuò)大，隨著漿液的凝固，漿液與土體之間形成緊密而粗糙的接觸，兩者相互作用，起到控制沉降、提高承載力的作用。注漿加固根據(jù)加固原理的不同，可分為劈裂、滲透、壓密加固。

1.1 劈裂加固技術(shù)及機(jī)理

劈裂作用是指通過帶有一定壓力的漿液通過注漿孔對注漿孔附近的土體施加附加壓力，當(dāng)附加壓力大于土層的抗拉強(qiáng)度時，土層會沿著注漿方向發(fā)生剪切破壞，使土體中原有的額裂縫和孔隙進(jìn)一步擴(kuò)大，或者形成新的裂縫，從而增加漿液也土體中的擴(kuò)散距離，與土體形成整體的骨架。漿液在土體中并不會和土體發(fā)生混合，而是兩者仍然保持各自的形態(tài)，因此土體只是固結(jié)作用增加，本身的物理力學(xué)特性并不會發(fā)生過大的變化。

采用劈裂加固時，對注漿壓力的要求較高，注漿壓力越大，漿液在土體中的擴(kuò)散距離也就越大。但注漿壓力過大，則可能會對路基路面結(jié)構(gòu)層產(chǎn)生破壞，總結(jié)前人施工經(jīng)驗(yàn)，在公路路面基層加固中，注漿壓力應(yīng)控制在0.2MPa。

1.2 滲透加固技術(shù)及機(jī)理

滲透注漿和劈裂注漿不同，注漿壓力不足以破壞土體，通過較低的注漿壓力將漿液滲透到土體孔隙中，替代土體中的孔隙和水。漿液在土體中和土顆粒發(fā)生一定的化學(xué)反應(yīng)，增強(qiáng)土顆粒之間的膠結(jié)力，從而提高土體的強(qiáng)度和抗?jié)B性能，漿液在土體中的擴(kuò)散方式有球面擴(kuò)散和柱面擴(kuò)散兩種。

漿液滲透過程中，并不會對土顆粒之間的排列方式產(chǎn)生過大的改變，只是通過注漿壓力克服土體阻力，滲透到土體顆?？紫吨g，使土顆粒形成整體。由于注漿壓力較小，漿液在土體中的擴(kuò)散距離和加固效果主要和土體的滲透性和密實(shí)度相關(guān)，土體滲透性越好，則漿液的擴(kuò)散距離越大。

1.3 壓密加固技術(shù)及機(jī)理

與劈裂注漿及滲透注漿不同，壓密注漿將濃度很大的漿液通過注漿孔，強(qiáng)行擠向土體，由于漿液透不過土體的裂縫，因此不會土體發(fā)生混合，而是自下而上形成樁式柱體，在注漿點(diǎn)位置形成球狀漿液泡，通過漿液的擠壓使土體的密實(shí)度增加。在注漿泡范圍內(nèi)全部為漿液，在注漿泡相鄰范圍土體由于漿液的擠壓發(fā)生塑性變形，而離注漿泡較遠(yuǎn)范圍的土體發(fā)生彈性變形，提高土體的整體強(qiáng)度，如圖1所示。

圖1 壓密注漿擴(kuò)張?jiān)韴D

壓密注漿過程中，隨著漿柱體積的增加，漿液對土體的壓力由水平方向逐漸向豎直方向變化，對基礎(chǔ)的加固效果也逐漸增大。注漿泡形成后，注漿泡的半徑和注漿壓力成正比，但當(dāng)注漿產(chǎn)生的上抬力大于上層覆土的重量時，注漿壓力不再增加，應(yīng)停止注漿。

2 注漿加固施工質(zhì)量控制關(guān)鍵技術(shù)研究

路基路面注漿加固效果與注漿加固方案和施工質(zhì)量的控制密切相關(guān)，其中注漿加固方案內(nèi)容應(yīng)包括注漿材料的配合比、注漿孔平面布置、注漿深度及注漿壓力等，注漿施工質(zhì)量控制包括漿液的制造儲存、鉆孔與注漿質(zhì)量控制等。

2.1 注漿加固方案關(guān)鍵技術(shù)研究

針對公里路基以下地基土強(qiáng)度不滿足施工要求的情況，通過注漿壓力將配置好的漿液通過注漿孔注入被加固土體中，在劈裂、滲透、壓密作用下，使土體發(fā)生固結(jié)擠密，從而提高軟弱土體的密實(shí)度，達(dá)到路基加固的目的。注漿方案的確定應(yīng)從注漿材料配合比、注漿孔平面布置、注漿深度及注漿壓力等方面進(jìn)行確定。

2.1.1 注漿材料配合比

根據(jù)相關(guān)規(guī)范，對注漿材料進(jìn)行室內(nèi)及室外試驗(yàn)，試驗(yàn)表明：注漿后土體的強(qiáng)度和注漿材料中水泥含量成正相關(guān)，水泥含量越大則土體的強(qiáng)度越高，凝結(jié)時間越短；另外，水玻璃和氯化鈣也是影響土體強(qiáng)度和凝結(jié)時間的主要因素，影響強(qiáng)度由高到低依次為水泥含量、水玻璃、氯化鈣。因此，本次漿液的配合比設(shè)計(jì)為：水灰比為1∶1，水泥漿∶水玻璃∶氯化鈣溶液的質(zhì)量比為1000∶25∶2，注漿液的凝結(jié)時間、結(jié)石率及流動性均能較好地滿足施工要求。

2.1.2 注漿孔平面布置及深度

進(jìn)行注漿孔布置時，既要保證不存在漏注區(qū)域，也要防止注漿交叉區(qū)域過多，從而造成漿液浪費(fèi)?？紤]到路基坡面較大，可采用多排注漿布置，需要確定最佳排距Rm和灌漿孔距l(xiāng)，可通過公式（1）～（2）計(jì)算得出。

式（1）～（2）中：Rm為最佳排距；r為灌漿半徑；l為灌漿孔距；T為有效厚度。

圖2 注漿孔布置間距圖

采用等邊布置，根據(jù)式（1）～（2）可以得到孔間距表，如表1所示。

表1 孔間距表

注漿深度應(yīng)根據(jù)路基的結(jié)構(gòu)形式及荷載情況進(jìn)行確定，對于軟弱地基而言，注漿深度應(yīng)大于持力層深度或者壓縮層以下附加壓力為自重應(yīng)力三分之一處；挖方路段，注漿深度約為3m，填方路段注漿深度和路基高度成正比。

2.1.3 注漿壓力

注漿壓力的大小和土體性質(zhì)及埋深有關(guān)，根據(jù)地基處理基礎(chǔ)規(guī)范，不同土體性質(zhì)下注漿壓力的經(jīng)驗(yàn)取值如表2所示。

表2 注漿壓力選擇

注漿壓力不宜過大，過大則容易引起路面土體隆起，隆起值的大小和路面土體的重度、地面的荷載及注漿的深度等因素有關(guān)。因此，在進(jìn)行確定注漿壓力過程中，在表2的基礎(chǔ)之上，還需要針對工程的具體情況進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，以減少對現(xiàn)狀路基造成的影響，保證工程質(zhì)量。一般情況下以地面結(jié)構(gòu)不出現(xiàn)隆起或局部出現(xiàn)少量隆起為確定地基允許注漿壓力的基本原則。

2.2 注漿施工質(zhì)量控制關(guān)鍵技術(shù)研究

2.2.1 制漿和儲漿過程質(zhì)量控制

按照設(shè)計(jì)配合比，配置水灰比為1∶1 的水泥漿液，水泥漿液攪拌時間不小于3min，然后依次加入氯化鈣溶液、水玻璃溶液，攪拌時間均不低于30s。將攪拌好的注漿液進(jìn)行過濾，且其使用時間（從制備到使用完畢）不應(yīng)超過其初凝時間。攪拌完畢后利用比重計(jì)法對注漿液的密度進(jìn)行測定，如表3所示，本次制備注漿液密度為1.45～1.55g/cm3。制好的漿液由專門的儲漿罐儲存，儲存罐需具有二次攪拌能力，防止?jié){液沉淀析水。

表3 注漿液密度控制標(biāo)準(zhǔn)

2.2.2 孔位放樣質(zhì)量控制

在鉆孔前對孔位進(jìn)行準(zhǔn)確放樣，有利于降低因跳孔施工造成的漏孔問題，從而保證注漿施工整體質(zhì)量，具體做法如下：

（1）根據(jù)設(shè)計(jì)的孔位間距利用紅色油漆進(jìn)行防線，孔位為梅花形布置；

（2）對孔口進(jìn)行編號，編號方式清晰明了；

（3）繪制孔位平面示意圖，并在圖中標(biāo)明孔位編號及施工順序，以便指導(dǎo)后續(xù)鉆孔、注漿施工。

（4）孔口放樣完畢后，進(jìn)行檢查驗(yàn)收后方可施工，檢查內(nèi)容如表4所示。

表4 孔位放樣質(zhì)量檢查

2.2.3 注漿質(zhì)量控制

（1）鉆孔后需要及時埋設(shè)注漿管，為防止注漿液滲入路面結(jié)構(gòu)層，止?jié){塞的位置應(yīng)設(shè)置在路面結(jié)構(gòu)層以下。

（2）注漿時，注漿量和注漿壓力應(yīng)根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行控制，同時觀察注漿口附近土體是否出現(xiàn)隆起，及時調(diào)整注漿量及注漿壓力。若施工過程中必須中斷注漿，則需要嚴(yán)格控制注漿量，且注漿間斷時間不大于漿液的初凝時間。

3 注漿加固效果評價標(biāo)準(zhǔn)

對于路基加固效果的評價標(biāo)準(zhǔn)有很多種，常見的路基加固效果檢測方法有落錘式彎沉儀法、動力錐貫入儀法等。為快速、簡潔、無損地對路基注漿加固效果進(jìn)行檢查，本文采取落錘式彎沉儀法對路基注漿質(zhì)量進(jìn)行檢測。

3.1 落錘式彎沉儀法

落錘式彎沉儀是由加載系統(tǒng)、位移采集系統(tǒng)及數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)等組成，在工作過程中，通過采集落錘對路基的沖擊而產(chǎn)生的變形，并利用計(jì)算機(jī)對采集到的信號進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，從而對公路路面的承載力進(jìn)行評價。

在進(jìn)行數(shù)據(jù)采集過程中，布置9個位移傳感器，沖擊荷載為50kN，采集點(diǎn)分別位于注漿孔兩側(cè)，根據(jù)路面結(jié)構(gòu)形式的不同，采用不同的采集間距，對于柔性基層瀝青路面，傳感器距離荷載中心為2.5m，半剛性基層瀝青路面結(jié)構(gòu)傳感器距離荷載中心為3.5m。

3.2 落錘式彎沉儀法檢測結(jié)果

選取4個試驗(yàn)段為研究對象，對注漿完成后的路基強(qiáng)度采用落錘式彎沉儀法進(jìn)行檢測，試驗(yàn)結(jié)果如表5所示。

表5 試驗(yàn)結(jié)果

由表5可知：

（1）不同試驗(yàn)段處路基注漿后，路基的回彈模量均出現(xiàn)不同程度的增加，回彈模量提高率在15.2%～32.8%，表明注漿加固效果好，滿足規(guī)范要求。

（2）對注漿效果進(jìn)行評價時，當(dāng)驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)中的所有指標(biāo)均滿足時，評定為合格，對于不合格檢測結(jié)果進(jìn)行復(fù)測，若仍達(dá)不到規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)則視為不合格。

（3）選取評價單元時，應(yīng)保證評價單元長度為1km左右，且評價單元中評價數(shù)據(jù)不少于10個。

4 結(jié)語

本文以河北省既有公路改建項(xiàng)目為工程背景，首先對既有公路路面改建過程中注漿加固施工技術(shù)的分類及加固機(jī)理進(jìn)行了研究，然后對路基路面注漿加固過程中的注漿加固方案及施工質(zhì)量控制的關(guān)鍵點(diǎn)進(jìn)行了分析，最后利用落錘式彎沉儀法對路基注漿加固效果評價。結(jié)果表明：注漿技術(shù)能夠節(jié)約施工成本，操作比較簡單，能夠?qū)仿坊M(jìn)行有效加固，在實(shí)際施工過程中應(yīng)從注漿加固方案及施工質(zhì)量兩個方面對注漿質(zhì)量進(jìn)行控制。