路基沉陷注浆技术在高速公路施工中的应用

1 引言

高速公路建设项目主要由路基工程、桥梁工程、隧道工程以及附属工程等构成，其中，路基工程通常占比较大，且路基直接决定着高速公路的整体稳定性和强度。 但是，高速公路路基常出现沉陷问题，表现为路基不均匀沉降变形，进而导致面层裂缝、车辙等病害。 路基沉陷病害产生的主要原因可归纳为回填料不均匀、施工不到位以及纵向开裂三大类。 目前，常用的路基沉陷处理技术为注浆加固技术，可有效改善沉陷问题，防止路基进一步的沉降变形，且具备一定的经济性。

2 公路路基沉陷病害工程特性

2.1 路基沉陷原因分析

2.1.1 回填过快、碾压不足

公路路基在施工阶段内， 当路基回填进度过快或压实度不足时，会一定程度上引发公路路基沉陷病害。 该病害通常存在于公路运营期间。 公路路基施工时，随着外界环境的不断影响， 路基通道台背两侧管道开挖埋设后会出现压实度不足的问题，在回填速度过快的前提下，台背内部回填土稳定性和强度随之降低，长时间影响下路基会出现不均匀沉降问题。

2.1.2 纵向开裂

公路路基在施工或运营时期均容易产生纵向裂缝， 引发路基通道台背两侧不均匀沉降变形产生， 在外界荷载的长期影响下， 会导致路面裂缝， 并且在积水的不断渗透侵蚀作用下，最终导致路基沉陷病害产生。

2.1.3 台背回填料不均匀

公路路基产生沉陷病害的重要原因之一为台背回填料不均匀，会直接影响公路后期的正常运营，并伴随有交通事故的发生。一般来说，高速公路台背填料为5%水泥土，而当水泥掺量偏大、拌和施工不均匀或级配设计不合理时，均会影响台背水泥混凝土的强度等级， 在外界水侵蚀和荷载长期作用影响下则会导致路基沉陷病害产生。

2.2 注浆机理及工程特性

解决路基沉陷的有效措施之一是注浆加固， 可防止路基产生进一步沉陷问题。 注浆加固技术的作用原理为通过注入注浆材料使既有路基形成复合式路基结构， 以此增强路基的结构强度和承载能力，减少路基回填土体压缩变形。 施工过程中，首先需要对路基特定区域进行钻孔处理，再将一定比例的浆液在设定压力的作用下均匀灌注于路基土体中。 使路基土体的孔隙比降低的同时提高结构强度。 目前，公路路基施工中常用的路基注浆加固技术包括压密注浆、 劈裂注浆以及渗入性注浆三大类。

注浆加固措施的优势：（1）注浆加固技术所涉及的设备简单， 成本不高；（2） 注浆加固针对路基沉陷问题其效果显著；（3）施工工期较短，可实现快速处治，且具备环保性。

3 工程概况

某高速公路建设项目全线长约为74.154 km，设计行车速度为80 km/h， 按照双向四车道标准进行设计， 路基宽度为26.5 m，路面材料为SBS 改性沥青混凝土，公路全线桥隧占比为64.5%。 该高速公路所处区域地貌以山地为主，多为低丘陵，岩性主要以石灰岩和千枚岩为主， 其中，K35+332～K36+532段存在路基病害问题，通过现场勘测后得到，路基病害主要集中于填挖交界处， 沉陷问题较为严重和突出， 最大沉降为20.8 cm，直接影响了车辆的安全通行。 为改善路基沉陷问题，同时防止沉陷的进一步发展， 本项目拟决定采用注浆加固技术进行病害处治， 注浆主要原材料选定为42.5 普通硅酸盐水泥，并添加粉煤灰外加剂，其主要技术指标分别见表1、表2，并选取试验路段进行注浆加固质量检测。

表1 水泥物理性能试验检测结果

表2 粉煤灰物理性能试验检测结果

4 公路路基注浆加固施工工艺研究

4.1 注浆钻孔设计

注浆加固施工之前， 施工技术人员应针对实际路基进行踏勘并绘制地形图，确定注浆加固施工中的参数和尺寸，其对应的长度为19 m，宽度为7.5 m，深度为9.2 m，同时注浆的各孔位间距为2 m，按照正三角形进行孔位布设，布设顺序应由外侧孔向内侧孔进行展开。

4.2 施工准备工作

提前准备各项注浆施工原材料， 并对各原材料的性能进行检测，具体见表3。 注浆材料以P·O42.5 的普通硅酸盐水泥为主，投入施工前应保证无任何结块或变质现象存在，妥善储存水泥灰，并将水灰比控制在0.75 左右为宜，同时注浆压力不得低于0.5 MPa，也不得超过0.7 MPa。

表3 注浆加固施工准备

4.3 浆液配置

将水泥灰和施工用水按照提前设定的配合比进行拌和施工，提前将各项原材料均匀、缓慢倒至搅拌机内部，确保拌和充分、均匀，且搅拌时间应在3 min 以上，施工技术人员应及时对搅拌情况进行现场观测， 当无明显沉淀现象时即可停止搅拌作业，得出的注浆液应放置在专门的容器内进行储存，同时需定期进行人工搅拌，防止出现沉淀或结块问题。

4.4 注浆施工

将注浆机参数调设至指定要求，压力需达到施工要求，按照指定的注浆长度、宽度以及深度进行注浆施工，同时在注浆施工过程中需充分考虑周边环境、温度等因素，注浆压力时刻控制在0.5～0.7 MPa。

4.5 终孔标准及封孔

观察钻孔注浆速度，当在标准压力作用下其值小于1 L/min时，控制压力为3 min 并保持持续稳定，停止注浆作业后，现场施工人员及时拔出注浆套管， 再选用细砂混凝土将钻孔予以封闭处理。

4.6 施工注意事项

路基注浆加固施工之前， 需对具体的沉降位置进行详细勘测，钻孔期间需严格遵循“一孔一注”的原则，严禁先钻完所有孔再统一注浆， 以免产生串浆现象， 影响注浆的整体密实度。 注浆完毕后，及时采用细石混凝土进行钻孔封闭。 整个钻孔注浆环节要求连续，若需要长时间中断，应及时对注浆设备及套管进行清洗。

5 公路路基注浆加固质量评价

5.1 弯沉检测

注浆加固施作完成后，需要对加固区的面层、垫层、基层的弯沉值进行检测，检测结果见表4。

表4 公路结构层弯沉检测结果

检测结果表明，加固施工完毕后，垫层、基层和面层的弯沉值均低于设计要求， 表明采用注浆加固技术能有效起到沉陷病害改善作用。

5.2 平整度检测

注浆加固后，施工技术人员采用3 m 直尺检测平整度，并进行肉眼直接观察路面处理效果， 以便得出路基工作区具体深度，平整度检测结果如表5 所示。

表5 平整度检测结果

根据检测结果可得出， 采用注浆加固技术处理的6 个月后平整度检测数据趋于稳定，且检测结果满足规范要求，表明注浆加固技术能对路基沉陷问题进行改善。

5.3 注浆质量检测

注浆施工完毕后，在200 m 试验路段上采用钻芯取样、标准贯入法、沉降观察等方法检测注浆质量，对比注浆前后路基土体的承载能力和密实度，其标准贯入试验结果见表6。

表6 标准贯入试验结果

根据表4 数据可得，路基土体的密实度得到提升，且提高路基的承载能力，注浆完毕28 d 后检测到无沉降发生，达到加固路基的目的。

6 结语