注浆技术在挡墙地基加固中的应用

高海彬，孟美丽

(1.中铁工程设计咨询集团郑州设计院，郑州 450051；2.华北水利水电学院,郑州 450011；3.郑州大学，郑州 450000)

挡土墙是指支承路基填土或山坡土体、防止填土或土体变形失稳的构造物，作为一种有效的支挡结构物在房屋建筑、水利工程、铁路工程、公路工程以及桥梁中得到了广泛应用[1～3]。在实际营运中，由于排水设施和或排水措施不当、过大沉降及不均匀沉降及施工质量欠佳等原因，挡土墙常常发生墙体开裂、下沉、失稳倾倒等病害[4～5]，严重威胁行车安全，引起了各方面的关注，出现病害后如何采取恰当措施及时维修加固，防止事态进一步恶化是一技术难点。

压力注浆法是利用液压、气压或电化学原理,通过注浆管将能凝固的浆液均匀地注入地基土中,浆液以充填、渗透和挤密等方式,驱走土颗粒间或岩石裂隙中的水分和气体,并填充其位置,经过一定时间硬化后,浆液将原来松散的岩土颗粒胶结成一个整体,形成一个强度高,压缩性低,抗渗性高和稳定性好的新土体[6],从而使地基得到加固,防止或减少渗透和工后沉降,主要应用在公路工程、水利堤坝、矿山巷道、竖井、隧道、地铁等地下工程开挖时的防渗堵漏和加固,也可用于防止地面沉陷,对已有建筑物防护和进行地基加固等。

1 挡墙病害调查与分析

郑州市河医立交工程于1994年设计完成,同年竣工。河医立交金水路段接近高阳桥部分为高填方路基,回填土的土质以杂填土为主,层厚约7 m,回填土的下面为10.9 m的粉土。河医立交工程设计时因道路加宽的需要,同时为减少道路加宽引起的占地面积,原路基两侧均设置挡墙,挡墙处以桥梁加宽道路,其间设置伸缩缝,桥面分联连续,联间设伸缩缝。经过数年的营运,现场勘测发现桥梁挡墙处出现诸多病害。

1.1 沉降情况

西侧挡墙均出现不同程度沉降,其中西侧从高阳桥起一层第4孔和西侧三层台后引道位置沉降最为严重。

1.2 脱空情况

从现场看,墙底出现明显脱空现场的有3处：从高阳桥起第2、4、7孔一层西侧挡墙。每处脱空长度约16 m,脱空最深处约20 cm。

1.3 边坡情况

西侧边坡破坏严重,桥墩位置形成冲沟,墙前填土损失严重,部分孔径甚至没有墙前填土,致使墙基裸露,现场只有从高阳桥起第12孔按原设计设置浆砌片石坡脚挡墙。

1.4 裂缝情况

从高阳桥起第4孔发现明显竖向裂缝,缝宽约2 cm。从现场情况观察,未发现横向、斜向裂缝。

产生上述病害的原因是长期路(桥)面的雨水通过沉降缝和伸缩缝,冲刷挡墙外侧墙基,另因施工时墙基和墙前土方未能挤压密实,挡墙发生不均匀下沉,引起墙身开裂,存在较大的安全隐患。另外,由于伸缩缝漏水,桥下坡面为土质坡面,在长期的使用中经路面雨水的冲蚀,坡面形成了多条冲沟,导致路基不稳,危及该路段的行车安全,故需对挡墙基础和桥下坡面进行加固处理。

2 挡墙加固方案和措施

2.1 挡墙本身竖向裂缝

挡墙每约9～10 m有竖向贯通裂缝,肉眼可见,缝宽0.3～2 cm不等,采用高压灌浆法加固,具体加固方案见图1。

图1 挡墙墙身加固(单位：cm)

2.2 挡墙基础沉降

里程K0+396.392～K0+588.392一、二层挡墙注浆范围,即从高阳桥起第2孔～第13孔；K0+488.2～K0+565.2三层挡墙范围内,沉降严重。需从边坡和一层路面斜向注浆对挡墙墙基进行加固处理,具体加固方案见图2。

图2 挡墙基础注浆加固(单位：cm)

2.3 挡墙基础脱空

里程K0+588.392～K0+572.392、K0+556.392～K0+540.392、K0+508.392～K0+492.392,即从高阳桥起第2、4、7孔,一层西侧挡墙出现基底脱空现象,本次设计采用喷灌碎石混凝土进行加固。

2.4 边坡

由于长期雨水冲刷和人为取土,挡墙边坡破坏严重,本次设计先将墙前土回填夯实,保证挡墙基底埋深不小于1 m,墙前坡率1∶1,采用25 cm浆砌片石铺砌,其下采用30 cm三七灰土封闭(图3)。现场挡墙埋深不足,甚至部分墙前没有填土,墙基裸露,需补充土方重砌边坡。对有浆砌片石坡脚挡墙的部分,保留既有挡墙。加固范围：里程K0+284.662～K0+588.392,即从高阳桥起第2～20孔。

图3 边坡加固示意(单位：cm)

3 施工注意事项

3.1 压力灌浆

对挡墙竖向贯通裂缝采用高压灌浆(化学灌浆法)进行加固处理,主要注意事项如下。

(1)清缝：用钢丝刷、压缩空气清除裂缝附近的灰尘，使裂缝清晰外露；

(2)粘贴浆嘴：沿裂缝长度方向按50 cm间距粘贴浆嘴；

(3)封缝：粘贴浆嘴后,沿裂缝长度方向,骑缝以缝为中心线的带状范围用封缝专用胶封闭,封缝宽度为缝外不小于20 mm,厚度为3～5 mm可根据现场情况调整缝宽度和厚度；

(4)灌浆：搬动操纵杆加压把浆液从浆嘴压入缝中,在压力达到0.2～0.5 MPa后,在此压力下继续灌浆压注5 min,即可结束灌浆,并用塞子把浆嘴堵住,进行下一浆嘴的灌浆。

3.2 高压注浆

挡墙基础和路面分别采用斜向和竖向高压注浆加固,靠高压液流的冲击力破坏土层并与土体混合成新的固体,注浆液配比为水泥∶粉煤灰∶水=2∶3∶5,根据注浆效果可做适当调整。施工注意事项如下。

(1)钻机安放在设计的孔位上施工时允许偏斜不得大于1.5%；

(2)按设计图布置位置采用机械成孔；

(3)将喷管插入地层预定深度；

(4)注入浆液：成孔后,开始注浆,注浆压力0.5～1 MPa,持续时间不小于3 min；

(5)施工完成后,应把注浆管等机具冲洗干净,管内、机内不得残存水泥浆,通常把浆液换成水,在地面上喷射,以便把泥浆泵、注浆管和软管内的浆液全部排除；

(6)将钻机等机具设备移到新孔位上。

3.3 边坡

由于长期雨水冲刷和人为取土,挡墙边坡破坏严重,施工顺序：将现状冲沟回填；墙底脱空位置填充细石混凝土,捣鼓密实；墙底斜向注浆加固；墙趾土回填,保证墙趾基底埋深不小于1 m；铺设30 cm三七灰土封垫层；25 cm浆砌片石铺砌。

3.4 施工顺序

根据加固措施,总体施工顺序如下：

(1)三层路面竖向注浆加固；

(2)破除一、二层路面,对一、二、三层挡墙竖向裂缝采用高压灌浆加固；

(3)二、三层挡墙斜向注浆加固,一、二层路面基层回筑；

(4)一层挡墙墙底脱空细石混凝土填实；

(5)二层路面竖向注浆加固,一层挡墙斜向注浆加固；

(6)二层路面面层铺砌,一层挡墙浆砌片石护坡砌筑。

4 结论与展望

挡墙基础经加固处理后,经观察加固效果良好,沉降基本稳定,达到了加固的目的。但在以后运营过程中,还须注意以下几个问题。

(1)施工过程中及施工完成以后应加强对该挡墙的沉降的长期观测,以观察加固的效果。

(2)鉴于该挡墙是由于地基发生不均匀沉降而至开裂,在桥梁运营过程中除加强沉降和裂缝观测外,应做好其他路(桥)面水的治理工作,防止进一步对挡墙基础造成危害。

[1]华南理工大学，东南大学.地基与基础[M].北京；中国建筑工业出版社，1991.

[2]王松根，高永涛，马 飞，等.公路路基支挡结构物加固技术研究[J].岩土力学，2004(25)：110-114.

[3]中国建筑标准设计研究院编制.挡土墙[M].北京：中国计划出版社，2006.

[4]高小波.浅谈公路挡土墙病害防治技术研究[J].今日科苑，2007(6)：38.

[5]刘成军.铁路路基挡土墙病害防治技术研究[J].铁道工程学报，2003(4)：62-65.

[6]地基处理手册编写委员会.地基处理手册[M].北京:中国建筑工业出版社,1988.