公路路基施工中压力灌浆技术的应用

(中交国通公路工程技术有限公司，河南 南阳 473000)

1 压力灌浆技术原理

压力灌浆是指在压力作用下，通过钻孔将固结的浆液向土体孔隙内注入，以此改善加固体的物理力学性能。当加固体内注入浆液后，经过填充、渗透、挤密等一系列过程，将土体颗粒、岩石裂隙内的水分或空气充分挤出，并由浆液占据其原有位置。浆体凝结硬化之后，便可将原有松散、密实度差的土体有效粘结在一起，并形成一个高强度的整体结构。

广义上讲，压力灌浆可看着是静压灌浆，从压力灌浆的加固效果分析，静压灌浆不仅能够达到良好的路基加固效果，还能有效处理路基填土体防渗问题，相比高压喷射注浆，在公路治理中压力灌浆的适用范围更广。

2 工程概况

某公路工程全长12.3 km，其中K1+229.782～K1+427.647段工程地质条件相对较差，上部底层为主要受力层，主要由杂填土、淤泥或淤泥质土组成，具体情况如表1所示。基于土质情况，上部荷载难以达到路基施工规定，在通车运营后，本路段路基沉降问题明显。为稳固路基，增强路基强度，提高路基土变形模量，满足路基承载力需求，提出采用压力灌浆法进行路基加固。

表1 路基土层情况

3 压力灌浆技术要点

3.1 灌浆标准

施工前，需确定灌浆标准，根据现行规范要求，灌浆后，各类土质的承载力标准值必须满足表2要求。

杂填土是本工程灌浆施工的主要土质，其缺点为均一性差、理论耗浆量不稳定等，若仅采用理论耗浆量进行处理，则会影响准确率。因此，可选择耗浆量降低率进行控制，也就是随灌浆次序的增加，而减少孔段耗浆量。

表2 强度控制标准

3.2 灌浆段选择

根据施工要求，此次灌浆可分为2个灌浆段，杂填土范围为第一灌浆段，淤泥或淤泥质土及粉、细砂范围则为第二灌浆段。

3.3 浆材及配方设计

结合施工灌浆段需求，可采用2种配方的纯水泥浆作为浆材，0.5为第一灌浆段水灰比，0.75为第二灌浆段水灰比。当杂填土部分存在较大孔隙时，极易出现灌浆量太多的情况，因此，水泥砂浆灌浆配比为水：水泥：细砂=0.75:1:1。

3.4 浆液扩散半径的确定

基于杂填土均一性差，且具有较大孔隙率及渗透系数变化的特点，浆液扩散半径仅采用理论公式计算是不全面、不合理的，因此，结合大量经验数据，可将r值暂定为1.5 m，经灌浆试验后，最终确定r值为1.7 m。

3.5 灌浆孔位布设

采用梅花形布设灌浆孔，若1.66 m为灌浆体厚度，那么，灌浆孔距则为2.5 m，最优排距为2.33 m。

3.6 灌浆孔孔深

根据现场勘查报告显示，以孔底到黏性土层为准，孔深范围为3.5～6.0 m。

4 压力灌浆施工流程

4.1 钻孔布设

钻孔按梅花形布设，保证土体经加固后可形成一个整体。根据工程实际情况，合理控制灌浆孔距和最优排距，并在原设定基础上，结合施工现状适当进行调整。

4.2 注浆管埋设

采用直径20 mm胶管作为注浆管，确保能够承受高压。在胶管下部按照0.5 m等间距钻取小孔，随后通过透明胶带将胶管下部开口、孔口位置密封，防止对灌浆造成不利影响。待注浆管下放至孔底位置后，需外露一定长度，为0.5 m左右，并和输浆管连接。

4.3 水泥浆灌注

按照上述要求，采用不同水灰比进行水泥浆制备，可将适量速凝剂掺加到水泥浆内，起到快速早强的作用。待制备完水泥浆后，可通过高压灌浆泵进行灌浆施工。要求严格按照“外—内”的顺序间隔灌浆，灌浆前期，多以填充、渗透方式为准，同时要做好灌浆压力控制。随后以挤密、压密方式为准，并适当增加灌浆压力。在高压持续作用下，土体孔隙将逐渐被浆液填满，并将松散的土层压密，从而起到加固路基的效果。

5 压力灌浆效果检验与评价

5.1 灌浆资料分析

该工程共完成1 209个灌浆孔，合计5 579.72 m，水泥共灌入1 855.4 t，1.535 t为每孔平均灌入水泥量，水泥灌入量为0.333 t/m2，相比第二序孔，第一序孔单位耗浆量较大，同时出现地面上抬情况。经总灌入量、单位灌入量数据分析发现，受灌段土体空隙有所下降，表明施工段地层具有可灌入性。

5.2 静荷载试验

工后15 d，在施工段范围内进行测点选定进行静荷载试验分析。选择5个具有代表性的地点，其中灌浆点处有2点，相邻灌浆点位中间有2点，相邻对角灌浆点中间有1点。待杂填土顶面单点加载至130～140 kN时，便可达到规范规定，暂停加载。此时，9.31～11.72 mm为最大沉降量范围，平均可达到10.30 mm。说明此点地基土并没有达到极限破坏状态，由此可得施工段复合路基承载力标准值在130 MPa以上，也进一步证明杂填土承载力标准值在130 kPa以上。

5.3 钻孔取芯标贯试验和深槽开挖检查

同样，工后15 d在施工段内进行钻孔取芯，共选择12个具有代表性的点位，其中钻孔和灌浆点相距0.5 m处选择6个，钻孔和灌浆点相距1 m处6个。通过钻孔取芯可见，杂填土内具有大量水泥结石，结石和土体紧密胶结，淤泥及淤泥质土体内同样存在水泥结石情况，且多呈团块状。粉、细砂内也存有此现象。通过试验可见，各土质体密度均有所增加，状态也从原有的松散状向密实状转变。通过标贯试验可知，杂填土密实性较好，11.2击为平均击数。粉、细砂的平均击数也大幅增加，为11击。经相关规定表明，承载力标准值已从原有的100 kPa增加了48%，为148 kPa。通过探槽开挖剖面可知，片状、条带状为杂填土内水泥结石的主要形式，特别是杂填土顶面和石屑垫层底部、石屑垫层顶面和水稳层底面等部位，均存有1～5 cm厚的普通填充条带状水泥浆石，可形成路基硬壳表层。

5.4 弯沉试验

在水稳层施工7 d后，在施工段内选择点位进行弯沉试验，共30个，经试验结果表明，0.6～0.80 mm为弯沉值范围，平均值为0.41 mm，相比设计值的0.9 mm，均在该值以下，说明完全可达到设计要求。

综上所述，公路路基经压力灌浆施工后，可有效填充其施工范围内的杂填土层孔隙，此外，其他土质层，如淤泥或淤泥质土及粉、细砂层均能得到填充、挤密。从原有松散的土质结构转变为密实性良好的土体。上述3种不同土体在压力灌浆作用下，可得到有效加固，且大幅提升承载力，最终起到控制路基沉降的效果。

6 结语

随着重载交通量的迅速增长，道路通行能力和服务能力大幅下降，路面出现了不同程度的早期病害，甚至损坏路基。因此，开展安全、高效、经济的路基病害处治方法研究，已成为当前公路建设管理养护的重中之重，也是亟待解决的难题。压力灌浆的应用，不仅能够加固路基，还能有效解决路基土体防渗问题，相比其他施工技术，技术操作难度小，因此，在公路路基治理中得到了广泛应用。