公路大修工程路基沉陷的加固处理

杨 茜

(汕头公路桥梁工程总公司,广东汕头 515000)

1 基本情况

省道120线东莞段是东莞市重要干线公路之一,本次大修工程是从中堂镇至麻涌镇东江大桥,与广州市高新技术开发区相连,担负东莞市西部几个镇的交通,车流量大,原道路随着交通量和重载交通的增加以及道路使用年限的增加而不断形成横缝、纵缝、网裂、车辙、积浆、沉陷等病害,严重影响了道路的使用性能。为防止病害进一步发展,保证公路通行安全,必须对该路段进行大修。本次大修全长15.37 km。

2 病害成因分析

路基钻孔勘探表明:本段位于珠江口冲积平原地带,软土地基为主,软土层厚,主要为素填土及第四系沉积覆盖层,其中第四系主要是粉质粘土及淤泥层,淤泥层厚度大于8m。钻探具体结果为:0～1.50m为填土层,1.5～8.5m为淤泥层,8.5～10.5m为粉质粘土层,10.5～15.3m为淤泥层,15.3m以下为泥质粉砂岩层。综合上述情况,本段地质普遍为淤泥和淤泥质土,其具有天然含水量高(大于液限)、孔隙比大、压缩性高、强度低、渗透系数小的特点。该软土具有如下工程性质:震陷性、流变性、高压缩性、低透水性、低强度和不均匀性。以上软土的工程性质是造成路基开裂、下沉、积浆的主要原因。

3 治理方案与加固机理

鉴于该段公路是东莞市重要干线公路之一,制定大修加固处理方案应遵循以下原则:①根据实际地质情况及病害成因,采用针对性加固处理方案,标本兼治;②考虑通行及社会影响等因素,方案应有施工干扰小、快捷有效、工期短的优点,同时在保证消除病害的前提下,降低工程造价;③加固治理要保护周边生态环境、优化施工。

本段原设计方案为全部破除原混凝土路面结构层(包含基层底基层),重新恢复基层底基层,再在基层上铺沥青层;桥头过渡段再增设水泥搅拌桩。后经各方研究讨论,认为全部破除旧路面重新施工干拢大,施工工期长,造价较高等;而且部分路面完好无损,全部破除较为浪费,稍为加固即可继续使用;未根据实际地质情况及病害成因采用有针对性的加固处理方案。经仔细研究和方案比选,确定原混凝土路面不破除,采用袖阀管劈裂灌浆、水泥搅拌桩和钢管桩结合注浆的加固方案,加固后直接在原混凝土路面上摊铺沥青层。具体是对路基下沉路开裂段(混凝土路面不开裂不需处理,直接在混凝土路面上摊铺沥青)采用袖阀管劈裂灌浆法治理,以提高路基的整体稳定性;桥头过渡段采用水泥搅拌桩;对槎窑大桥台后填土较高且位移下陷严重路段采用钢管桩结合注浆处理,阻止路基失稳及发生较大的沉降和滑移。

袖阀管劈裂灌浆是通过钻孔中的袖阀式注浆管,施加液体压力于弱透水性地基中,当液体压力超过劈裂压力时土体产生水力劈裂,劈裂面沿阻力最小的小主应力面产生并且迅速扩展,土体劈裂后继续灌注大量浆液,灌浆压力会缓慢提高,会使该劈裂面的小主应力有所增加,如此沿小主应力面不断产生新的劈裂,形成浆脉。通过浆脉来挤压邻近士体,提高土体的密实度和压缩模量,同时,水泥浆液将原来松散的土料或裂隙胶结成整体与土体形成复合地基,从而达到提高地基稳定性和承载力的作用。

钢管桩是一种侧向受荷桩,置于滑面上的受力段可承受滑移体推力作用,传递到滑面下的锚固段,在滑床的桩周地层产生反力嵌住桩身,形成抗滑桩的悬臂受力模式。同时以钢管作为灌浆管对周围土体注浆,加固桩周边土体,提高钢管桩在土体锚固段的锚固力。

水泥搅拌桩是采用专用机械,边钻进边搅拌边喷入水泥浆,使水泥浆与土体充分搅拌均匀,由水泥和软土之间所产生的一系列物理化学作用,形成抗压强度比天然土强度高得多并且具有整体性、水稳定性的水泥加固土桩柱体。

4 施工参数

4.1 路基袖阀管劈裂灌浆

钻孔采用垂直孔,孔径80mm,钻孔深度6～15m,钻孔间距根据路段沉陷程度不同分别为2.0、2.5、3.0 m,梅花形布置。每孔自下而上灌注,灌浆材料选用可注性好、经济合理的水泥粉煤灰浆作为主材,为缩短凝结时间,掺加体积比为2%水玻璃。注浆按先周边后中间、逐步加密的原则进行,采用间隔两排施工顺序。

4.2 钢管桩及桩周土体固结灌浆

钻孔孔径168mm,桩排间距为3.0m,桩材选用直径108mm钢管,壁厚为2.5mm,钢管每隔0.6m设注浆孔,以桩管为注浆管,浆材与袖阀管劈裂灌浆相同,灌浆深度以进入原地表以下2m为宜。灌浆完毕后,钢管内用粗砂充实留在地下作为抗滑桩。

4.3 灌浆技术参数

根据工程类比及施工经验,结合工程特点及注浆目的等因素,确定本工程注浆参数如下:水泥∶粉煤灰=5∶1,水灰比为0.45～0.55,水泥为R32.5硅酸盐水泥,水玻璃掺量2%;灌浆封口深度不小于1.0m,分段长度0.6m;路表以下1 m范围内注浆压力不大于0.3MPa;孔口浆液压力采用0.5～1.0 MPa,瞬时注浆压力达到0.7MPa或吸浆量少于5 L/min,且注浆压力稳定30min后即可终止注浆。

4.4 灌浆工艺流程

路基劈裂灌浆和桩周注浆施工均采用分段注浆工艺,自下而上灌注,即采用地质钻机成孔后下入袖阀管,通过灌浆泵进行自下而上分段注浆,使浆液较均匀地固结充填地层空隙。其施工工艺流程见图1。

图1 施工工艺流程

4.5 水泥搅拌桩

本段水泥搅拌桩径0.5m,桩间距1.5m,梅花型布设,深度以进入硬土层不小于0.5 m为准,水泥用量经实验采用60 kg/m,水灰比0.45～0.55。水泥搅拌桩大面积施工前同样需进行试验,取得有关参数后才能正式施工。水泥搅拌桩在软基处理中使用较为普遍,施工工艺较为简单,在此不再详述。

5 现场试验

为保证注浆质量,进一步确定合理的浆液配比及注浆参数,注浆施工前进行了现场试验段施工,以调整灌浆压力等注浆参数,防止压力过小注灌量不足或顶部压力过大发生路面拱起破坏,并对灌浆效果进行检测评估后才能大面积施工。检验方法采用抽芯、静载等,实验效果符合设计要求后再进行大面积施工。

6 治理效果

施工结束后,采用了钻芯取样做室内土工试验对注浆效果进行了检验及评价:①土样中可明显观察到灰褐色浆液扩散脉分布,并具有一定强度;②通过灌浆前后钻取土样测得压缩模量对比分析,注浆后土样的压缩模量为9.75～17.69MPa,平均值13.72 MPa,而注浆前钻取的土样压缩模量在3.29～5.58MPa,平均值4.43 MPa,提高了2～3倍。

7 结语

综上所述,在公路大修工程中采用袖阀管劈裂灌浆、水泥搅拌桩和钢管桩结合注浆处理路基沉陷,施工工期短,对交通影响小,路基土的密实度和整体抗滑能力有了较大提高,满足了相关路基指标的要求,达到了标本兼治的效果,且降低了工程造价,值得推广。

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