注浆技术在湿陷性黄土地区城镇道路路基加固中的应用分析

摘要：随着兰州新区社会经济迅速发展，城市人口和车辆的增加，城市道路的使用率在迅速提高，进而对市政道路的工程质量及交通服务功能提出了更高的要求。而注浆技术作为一种路基加固技术应用于路基加固愈趋广泛。但由于注浆工程存在自身隐蔽性、路基结构复杂性、浆液流动不确定性，导致注浆加固效果在湿陷性黄土地区难以预料。目前，注浆技术在湿陷性黄土地区路基加固工程中的应用缺乏较为系统的研究理论，施工过程中难以有效控制施工质量。基于此，本文结合兰州新区工程实例，首先对湿陷性黄土地区道路路基病害进行全面分析，然后针对湿陷性黄土地区的压密注浆法的工作原理进行探究，分述其施工工艺、施工设备与材料，最后介绍施工过程中压密注浆的质量控制及合理的质量检验方法。

关键词：注浆；路基；病害研究；质检方法

1 引言

由于兰州新区土质较为特殊，地表土多为Ⅲ～Ⅳ级自重湿陷性黄土，厚度达7～30m，孔隙率较大，从而造成路基不均匀沉降、人行道塌陷等病害的频发，属于湿陷性黄土地区，因此注浆技术在道路路基加固的作用也逐渐显现。因浆液与土层的相互作用机理极为复杂，且浆液的物理与化学性质具有时变性，都增加了对注浆理论研究的难度，导致其常滞后于工程应用。因此，在湿陷性黄土地区开展注浆加固技术扩散规律与加固效果的试验研究及理论分析工作，具有显著的紧迫性与必要性。

2 路基病害研究

路基是城镇道路的重要组成部分，是路面的基础。主要承担由路面车辆传来的动静荷载。由此，路基的强度、稳定性、耐久性及排水性能直接影响路面的平整度和稳定性，更是城镇道路安全、舒适、高效运营的基础条件。城镇道路作为人们活动的必要区域，在极其复杂的自然环境和人为因素的影响下，路基的安全性能、使用功能及服务功能都随着时间不断下降。近年来，兰州新区交通量和车辆载荷不断增大，城镇道路路基难免病害频发，其主要表现为沉陷、翻浆、开裂滑动等病害。对于兰州新区城市道路多为新建道路，但由于其特殊的土质影响，地基不均匀沉降、翻浆、路基变形等现象成为最常见的病害，面对此种情况，施工单位多采取以下措施对城市道路路基进行加固补强处理：（1）浅层软土地基采用换填法。即利用机械或人工彻底清除湿软路基土层，使用强度大、稳定性高、排水性能好的材料进行回填并高度压实来达到改良路基的目的，既最彻底、最治本的一种施工方法。（2）强夯加固法。指用重锤自一定高度下落夯击土层，使地基迅速固结的方法，此方法也是最常见的用于湿陷性黄土地基及某种松散填土地基的加固；（3）深层搅拌法。即在软土地基中，通过深层搅拌机械搅拌掺入各类固化剂，使软弱粘土硬结形成具有整体性和一定强度的加固土桩复合地基，从而提高软基承载力以减小沉降。此方法常用固化剂有水泥类、石灰类、沥青类及化学材料类等，多用于处理软弱的粘性土地基。

以上三種措施均可有效预防或缓解城镇道路病害，但受施工难度和施工预算等主客观因素的影响，这三种措施仅仅适合既定条件的道路路基处理。目前，在道路路基加固工程中，尤其是最繁忙的城镇道路施工中，往往具有工期紧、成本低、文明施工的高要求，常应用于路基病害的处置措施主要有以下几种：（1）路面补强。当路面结构、交通功能无法满足正常的使用要求，各项指标均在正常值以下的城镇道路，通过对路面微处治的措施来提高其使用性能，这种方法适用于路床强度不足、路基沉降变形较小、路基与路面未出现大的破损的情况。但其加固效果在一定程度上取决于路面以下的路基状况。采用此种方法无法从根本上解决道路的病害，反而造成施工资源二次浪费和增加养护成本的问题。（2）开挖处理。采用此种措施处置路基病害时，需先将道路上部结构挖除，采取新建工程的相关技术处置病害处置，再重建上部结构，从而较为彻底、有效的措施，但占路施工时间较长，对城市交通畅行影响较大。（3）静压注浆处置。在道路路面沉陷区域上部根据设计要求，布置梅花形的孔位，使用钻机钻出相同深度的孔位，注浆管给予压力作用，使水泥等浆体克服各种阻力，进而渗入土体的孔隙和裂隙中，浆液通过渗透、挤密、填充等方式使得孔隙及松散的土粒胶结，形成相互穿插的脉状结石体。注浆加固技术在道路建设及养护工程中的应用，有效解决道路运营中的桥头跳车、路基不均匀沉降等问题。采用该项技术对运营期道路沉陷、沉降病害维修处置，避免大填大挖，具有施工工艺简单、较小干扰交通运营、施工速度快、维修加固成本较低等特点，确保了道路的安全与畅通。

3 静压注浆在湿陷性黄土地区应用分析

由于路面自重、行车荷载和水、温度等各种自然因素的作用下，路基的各部分会产生不均匀的沉降或者变形，这些病害不仅不会自动恢复，而且还大大降低了道路行车的安全系数以及交通服务功能的指数，为了降低道路养护成本、减少道路路面开挖、缩减施工工期以及施工资源二次浪费，寻找一种综合性能好、节约成本的新技术成为必要的选择。而兰州新区属于湿陷性黄土地区，注浆技术在道路路基加固的作用也逐渐显现，并且渐渐推广应用。在新区道路提升改造工程中对于路基的不均匀沉降导致跳车严重的局部地区处理的方法通常为静压注浆法。

3.1 注浆原理

即通过气压原理，将具有良好的稳定性、流动性、粘结强度高及耐久性的浆液材料注入路基土体中，使浆液充填渗入土体的孔隙或裂隙后，待浆液固化后使松散的土粒或破裂的岩体粘结为整体，以达到提高强度、稳定性，以及降低渗透性的效果。静压注浆初始压力较低，在注浆过程中，压力随浆液受阻力的增大而升高。根据地质条件、注浆压力、浆液与土体作用机理、浆液运动形式和替代方式，可将静压注浆分为充填或裂隙注浆、渗透注浆、压密注浆及劈裂注浆。

3.1.1充填或裂隙注浆。在具有大洞穴、溶洞、采空区、井巷工程壁后孔洞等地质条件下的注浆以及在具有裂隙的砂岩、裂隙性石灰岩、井巷工程的裂缝、裂隙等中的注浆，一般属于充填或裂隙注浆。该注浆技术的加固机理是通过将一定的浆液注入岩土体的空穴或裂隙内，待浆液固化后起到填充加固或止水隔水的目的。

3.1.2渗透注浆。渗透注浆时指在不会破坏土体构造的压力作用下，使浆液渗入到粒状土的孔隙或岩石的裂隙中，排挤出其中的水和空气，这种注浆形式一般不会改变土体或岩体的结构，注浆压力相对较小。浆液在介质颗粒间一般是均匀扩散，通过将颗粒胶结在一起而增强介质的强度并起到防渗的作用渗透注浆一般只适用于颗粒较大的土或有裂隙的岩体，浆液在介质中呈球面或柱面扩散。

3.1.3压密注浆。压密注浆指在土体中钻孔后，通过较高压力使浆液钻孔挤入土体，从而达到加固土体的目的。该注浆加固形式适用于中细砂，以及满足充分排水条件的勃土地层，可注入水泥浆液或化学浆液。注浆时，浆液填充较大空隙后，在压力的作用下，挤入较小土体孔隙。随着浆液的持续注入，土体的孔隙随压力的不断升高开始互相聚集、挤压土体，达到一定程度后，土体内产生剪切破坏，出现劈裂裂缝，浆液沿裂缝充填扩散形成浆脉，从而在被加固土体中，形成具有一定强度的网状骨架结构。从而使软土地基的承载力得到有效提高。

3.2 技术要求

3.2.1材料的选择。水泥品种应按设计要求选用，宜采用32.5级和42 5级普通硅酸盐水泥，受潮结块的水泥，水泥进厂需对产品名称强度等级、出厂日期等进行外观检查，同时验收合格证并进行复检。适用饮用的自来水或清洁而未被污染的河水，湖水和地下水都可用于灌浆，不得采用P值小干4的酸性水和工业废水.

3.2.2浆液的配合比。常用水泥浆的水灰比为1：0.5，封闭泥浆7d立方体试块（边长为7.07cm）的抗压强度应为0.3～0.5Mpa，浆液粘度应为80～90s。每桶浆液的拌制时间应控制在150s左右，拌制是看保证桶内水混浆液搅拌均匀，无结块、无颗粒、无沉淀现象，在原材料加料时富注意匀速、分散加入。

3.2.3注浆原则。单管静压注浆的压力宜采用低压渗透，注浆速度与注浆压力取值应以地表面冒浆为控制原则。注浆过程中有地下水冒出地面时，需在周围设置排水沟，安排人员用潜水泵排出施工场地；待浆液冒出后，须停止一小段时间后在注浆。压密注浆将全部展开施工，注漿先施工四周一圈，待水泥浆达到一定强度后再施工内排，内排施工压浆时采用跳压法施工。

3.2.4注浆记录。施工过程中应做好详细施工记录，并进行地面变形测量监控；施工结束后，请提供有关施工报告给设计单位。压密注浆施工需加强施工质量管理。若遇特殊情况，须及时与设计单位联系研究处理。

3.3 质检方法

由于静压注浆本身是一种隐蔽性工程，注浆浆液在路基土层中流动时具有时变性。因此，如何做到有效控制注浆质量以及选择行而有效的质量检验方法，是控制施工质量和推广应用该项技术的基础。对注浆效果的检验可以从以下两方面来进行：沉降观测。为全面检验注浆效果，观测需要在开工前进行一次，完成第一阶段注浆工程后再进行一次，以及全部工程完工后一个月再进行一次；注浆质量检验是按照前述规范及设计要求，在注浆结束28d后进行，注浆孔检验点按注浆孔数的5%进行，检验点合格率大于80%，否则对不合格的注浆区域应重新注浆。质量检验的具体方法有开挖法、钻芯法、载荷试验法、变形观测法等。新区道路路基注浆质量检验方法多采用了开挖法，并采用了钻芯法和载荷试验法来验证地基注浆加固质量。

4 结语

路基建设是城镇道路施工过程中的重要环节，也是道路加固及修复的重点。注浆技术可加固不同深度的地基，消除路基安全隐患，且具有简单、经济、安全与可靠等优点，既保障道路的质量，也保障了道路交通安全。同时，通过兰州新区道路提升改造工程实例来看，静压路基注浆技术在很大程度上解决了在湿陷性黄土地区道路路基沉陷的病害。由此，静压注浆技术在新区道路路基加固工程中可推广应用，但静压注浆施工方法的应用与推广还需要同行不断探索实践。

参考文献：

[l]曹强凤.注浆技术在城镇道路路面基层加固中的研究与应用[J]：浙江大学，2016.

[2]李慎刚.砂性地层渗透注浆试验及工程应用研究[D]：东北大学，2015.

[3]刘人太.水泥基速凝浆液地下工程动水注浆扩散封堵机理及应用研究[J]山东大学，2017.

（作者单位：兰州新区市政投资管理集团有限公司）

作者简介：刘永生（1985- ）男，汉族，甘肃金昌人，总工程师，从事市政工程建设管理工作。