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摘要:本文針对高填方路堤下沉病害的处治,阐述了高填方路堤下沉的原因、注浆法处治机理、注浆法处治高填方下沉病害的施工工艺流程及施工注意事项等。
关键词:注浆法;路基病害;高填方路堤;路堤下沉
中图分类号:U416.1 文献标识码:A 文章编号:1000-8136(2010)06-0020-02
1前言
高填方路堤也称高路堤,其与低填方路堤只是一个相对的概念,笼统地指填方较高的路堤。由于高填方路堤所处的环境千变万化,所在地段的水文地质情况错综复杂,又暴露在野外环境中,填土的密实与自然的固结都需要时间,且随着汽车荷载重复的作用,出现一些路基病害,引起路堤的整体下沉和局部沉陷,边坡坍塌,特别是桥涵结构物台背回填与路基填方交接处、填方与挖方交接处,路基下沉尤为突出,影响了公路的正常使用。因此,为了更好地发挥公路的正常作用,对高填路堤出现的严重病害,必须采取行之有效的处理办法,使路基处于良好的工作状态,对保证公路建设的质量和车辆运行安全有着十分重要的意义。
2高填方路堤下沉的原因
2.1设计考虑不周
在设计上,由于设计单位在对高填方路段地质进行布探时,对其地质构造、各种软弱面的分布状况探测不明,在技术上无法合理设计边坡取值,也未进行稳定性验算,对填料、施工工艺等未作特殊的要求;对扩改建工程,新旧路连接处未按要求作特别处理,留下隐患;断面尺寸不合理;通道、涵洞铺砌未考虑防水设计;高填方路段纵、横向排水设计考虑不周;高边坡路堤坡脚防护与加固不妥;路基排水系统设计不完善等,这些在设计时所考虑不周全之处,在日后都极易使路基承载力下降而发生沉降变形或局部沉陷,从而影响公路的正常使用。
2.2路基填料选择不当
路基填料除不能选择淤泥、沼泽土、冻土、种植土、腐殖土、生活垃圾等劣质土、未经打碎的大土块,若其掺夹在填料中,由于这些土壤具有机物含量多、抗水性差、强度低等特性,或是因空隙过大会形成夹层,或是遇水形成淤泥,在一定期限内路堤就极易产生塑性变形或局部下沉。
2.3施工工艺不当
在施工时,由于原地面未彻底处理;未对高填方地段路基做排水处理;在高填方路堤施工中未严格按分层填筑;在路桥过渡的死角和有管线等设施压路机不能靠近的地方,未用小型夯实机械配合施工;分层碾压或整平碾压时未严格控制含水量;压实度不足或不均匀且达不到规定要求;对同一路段的不同填料没有严格控制;施工组织安排不当,先施工低填方路堤,后施工高填方路堤,且高填方路堤施工完成后就立即铺路面,致使路基没有足够的时间沉降固结等,这些都会造成高堤路基出现明显的沉降变形。
2.4工程质量管理力度不够
主要表现在:施工人员的责任心不强,对压实度的抽检频率不足;施工现场技术质量监督力度不够,致使工程质量降低,产生施工质量隐患,甚至造成大的质量事故,危及路基的稳定性。
2.5施工技术处理不当
高填方路堤施工中的纵横向搭接未按规范处理,搭接不正确,造成不均匀沉降;路基两侧超宽填筑不够,路基亏坡,整修时采用“贴补法”,补填土不易与原边坡土结合紧密而且难以压实,整体性差,导致路基的不均匀沉降而出现裂缝。
3注浆法处治机理
压力灌浆法是利用液压、气压或电化学原理,将下沉部分钻孔,孔深应穿透薄弱层,然后通过注浆管将浆液均匀地注入地层中,浆液以充填、渗透和挤压等方式灌入填料的空隙,经人工控制一定的时间后,浆液将原来松散的土粒或裂隙胶结成一个整体,形成一个结构新、强度大、防水性能高和化学性能稳定的“结石体”,使路基在行车荷载和自重作用下不再产生沉降,从而提高了路基的强度和刚度,防止或减弱路基的再下沉。
4注浆法处治高填路堤病害施工工艺流程
4.1布孔原则与方法
根据路基的强度要求,结合固结灌浆的特点、路基形态等因素考虑,遵循既要充分发挥灌浆孔的效率,又能保证浆液留在路基有效范围以内的原则,布孔时应视路基施工时的原始记录,估算路基孔隙率,通过试验测定灌浆量,然后确定钻孔数量。如果需要全幅灌浆,应采用等距离梅花形方格网布孔,中间孔浅,边缘孔较深。孔距一般以2.0 m～2.5 m为宜。
4.2钻孔
成孔必须是干法钻进,钻进时绝对不允许加水,因此应尽量选用小型潜孔钻成孔较好,钻孔深度视路基高度和路基填料的情况而定,根据设计要求,对准孔位,要求孔位偏差不大于2 cm,入射角度偏差不大于1 °。
4.3下注浆花管
首先,应根据钻机钻孔的孔径与孔深选择适当的注浆花管;其次,由于注浆结束后注浆花管很难拔出,如果强行拔出则会破坏路基,因此在下注浆花管时应根据简单易行的方法选用;三是注浆管底部要预留20 cm～30 cm空隙,以确保浆液的灌注流畅;四是应采用木塞填充膨胀水泥的方法密封钻孔口,以保证浆液不从钻孔口溢出;最后,注浆结束后应将注浆花管作为非预应力锚杆留在路基内,以起到管架的作用,这对于提高高填方路堤强度有很大好处。
4.4注浆
4.4.1注浆压力
注浆压力是保证灌浆质量的重要因素之一。如果压力过小,浆液射流达不到预计范围内,扩散半径小,易形成空白区;如果压力过大,则会破坏路基原结构,抬升路面或冲垮边坡,还会使浆液沿路基薄弱部位冲出路基,达不到灌浆的目的。因此,在大范围灌注前应先做试验,根据注浆段的路基类型结合单孔注浆量选择适宜的注浆压力。对压密注浆,当采用水泥砂浆浆液时,坍落度宜为25 mm～75 mm,注浆压力为1 MPa～7 MPa;当坍落度较小时,注浆压力可取上限值,当采用水泥——水玻璃双液快凝浆液时,注浆压力应小于1 MPa;对劈开式或胀裂式灌浆,注浆压力宜为1.5 MPa～4.0 MPa。
4.4.2浆液浓度
浆液浓度应根据路基实际情况而定,如一般部位路基加固浆液的水料比(料为水泥+粉煤灰)(0.8～1.0)∶1.0,相对密度为1.38～1.42之间;关键部位如路基边坡注浆孔永久性注浆管部位的浆液,其水灰比为0.7～0.9,相对密度为1.4～1.5之间,在施工过程中,一旦发现水灰比配备不合理,应及时适当调整浆液配合比,以保证施工中无较大变形和确保加固质量和经济合理性。
4.4.3注浆顺序
注浆顺序是指灌浆孔的受注顺序,应按跳孔间隔注浆方式进行,并宜采用先外围后内部的注浆施工方法,即Ⅰ、Ⅱ灌次孔以单孔注浆量(单孔灌注量=排距×孔距×孔深×路基孔隙率。路基孔隙率依路基压实度确定)为控制标准,随后再加压进行钻孔注浆,以控制浆液扩散范围,保证注浆效果。
5施工要点及注意事项
(1)应严格按照设计参数进行钻孔。
(2)注浆材料应满足设计要求,严禁使用过期结块的水泥,必要时进行检验。
(3)浆液配比应符合设计要求,配浆时最大误差为:水泥、水±5 %。
(4)浆液搅拌应均匀,水泥浆搅拌时间为3 min～5 min,未搅拌均匀或沉淀的浆液严禁使用。
(5)注浆过程中,要时刻注意泵压和流量的变化,注意漏浆现象,特别是路基边坡跑浆,发生时应及时采取封堵措施,尽量避免浆液浪费并使土体得到充分加固。
(6)注浆过程中,应密切注意路面、路基及边坡的变形,必要时用仪器进行观测,使注浆过程中路面、路基、变形最小,又要保证被加固土体的加固效果。
(7)注浆施工过程中宜采用自动流量和压力记录仪,并应做好施工原始记录;对于土体中含水量、干密度变化较大的孔位,应在施工过程中不断总结,及时调整浆液的配合比例,并详细做好记录,以确保工程质量。
6结束语
综上所述,高填方路堤病害的原因是多方面的,设计考虑不周、路基填料选择不当、施工工艺不当、工程质量管理力度不够、施工技术处理不当等,这些都会致使高填方路堤出现局部沉陷或下沉,从而影响公路使用功能。而压力灌浆法加固高填方路堤,将浆液灌入填料的空隙,能在板底形成一个结石体,防渗堵水、充填加固路面路基,其技术先进,成本低、施工速度快、治理效果好,能有效将病害减小到最低限度,确保高填方路堤有足够的稳定性和耐久性,能承载车辆的反复荷载作用和抗御各种自然因素的影响,确保道路的正常营运和车辆行驶的安全,值得广泛推广使用。
参考文献
1 王双龙.高填路堤下沉加固技术应用研究[J].科学技术与工程,2008.8(7)
2 候华梁.高填方路基软基处理方法[J].河北交通科技,2006.3(3)
3 王德群、黎映宁.压力注浆技术在高速公路路基病害处理中的应用[J],2002.12(3)
routing in Treatment of High Embankment Diseases of Subsidence
Jiang Youling
Abstract:For high embankment subsidence Disease Treatment, set a high embankment to sink, grouting Treatment Mechanism, grouting in Treatment of Diseases of the high fill sink construction process and notes, etc.
Key words:Grouting; embankment disease; high embankment; embankment subsidence
关键词:注浆法;路基病害;高填方路堤;路堤下沉
中图分类号:U416.1 文献标识码:A 文章编号:1000-8136(2010)06-0020-02
1前言
高填方路堤也称高路堤,其与低填方路堤只是一个相对的概念,笼统地指填方较高的路堤。由于高填方路堤所处的环境千变万化,所在地段的水文地质情况错综复杂,又暴露在野外环境中,填土的密实与自然的固结都需要时间,且随着汽车荷载重复的作用,出现一些路基病害,引起路堤的整体下沉和局部沉陷,边坡坍塌,特别是桥涵结构物台背回填与路基填方交接处、填方与挖方交接处,路基下沉尤为突出,影响了公路的正常使用。因此,为了更好地发挥公路的正常作用,对高填路堤出现的严重病害,必须采取行之有效的处理办法,使路基处于良好的工作状态,对保证公路建设的质量和车辆运行安全有着十分重要的意义。
2高填方路堤下沉的原因
2.1设计考虑不周
在设计上,由于设计单位在对高填方路段地质进行布探时,对其地质构造、各种软弱面的分布状况探测不明,在技术上无法合理设计边坡取值,也未进行稳定性验算,对填料、施工工艺等未作特殊的要求;对扩改建工程,新旧路连接处未按要求作特别处理,留下隐患;断面尺寸不合理;通道、涵洞铺砌未考虑防水设计;高填方路段纵、横向排水设计考虑不周;高边坡路堤坡脚防护与加固不妥;路基排水系统设计不完善等,这些在设计时所考虑不周全之处,在日后都极易使路基承载力下降而发生沉降变形或局部沉陷,从而影响公路的正常使用。
2.2路基填料选择不当
路基填料除不能选择淤泥、沼泽土、冻土、种植土、腐殖土、生活垃圾等劣质土、未经打碎的大土块,若其掺夹在填料中,由于这些土壤具有机物含量多、抗水性差、强度低等特性,或是因空隙过大会形成夹层,或是遇水形成淤泥,在一定期限内路堤就极易产生塑性变形或局部下沉。
2.3施工工艺不当
在施工时,由于原地面未彻底处理;未对高填方地段路基做排水处理;在高填方路堤施工中未严格按分层填筑;在路桥过渡的死角和有管线等设施压路机不能靠近的地方,未用小型夯实机械配合施工;分层碾压或整平碾压时未严格控制含水量;压实度不足或不均匀且达不到规定要求;对同一路段的不同填料没有严格控制;施工组织安排不当,先施工低填方路堤,后施工高填方路堤,且高填方路堤施工完成后就立即铺路面,致使路基没有足够的时间沉降固结等,这些都会造成高堤路基出现明显的沉降变形。
2.4工程质量管理力度不够
主要表现在:施工人员的责任心不强,对压实度的抽检频率不足;施工现场技术质量监督力度不够,致使工程质量降低,产生施工质量隐患,甚至造成大的质量事故,危及路基的稳定性。
2.5施工技术处理不当
高填方路堤施工中的纵横向搭接未按规范处理,搭接不正确,造成不均匀沉降;路基两侧超宽填筑不够,路基亏坡,整修时采用“贴补法”,补填土不易与原边坡土结合紧密而且难以压实,整体性差,导致路基的不均匀沉降而出现裂缝。
3注浆法处治机理
压力灌浆法是利用液压、气压或电化学原理,将下沉部分钻孔,孔深应穿透薄弱层,然后通过注浆管将浆液均匀地注入地层中,浆液以充填、渗透和挤压等方式灌入填料的空隙,经人工控制一定的时间后,浆液将原来松散的土粒或裂隙胶结成一个整体,形成一个结构新、强度大、防水性能高和化学性能稳定的“结石体”,使路基在行车荷载和自重作用下不再产生沉降,从而提高了路基的强度和刚度,防止或减弱路基的再下沉。
4注浆法处治高填路堤病害施工工艺流程
4.1布孔原则与方法
根据路基的强度要求,结合固结灌浆的特点、路基形态等因素考虑,遵循既要充分发挥灌浆孔的效率,又能保证浆液留在路基有效范围以内的原则,布孔时应视路基施工时的原始记录,估算路基孔隙率,通过试验测定灌浆量,然后确定钻孔数量。如果需要全幅灌浆,应采用等距离梅花形方格网布孔,中间孔浅,边缘孔较深。孔距一般以2.0 m～2.5 m为宜。
4.2钻孔
成孔必须是干法钻进,钻进时绝对不允许加水,因此应尽量选用小型潜孔钻成孔较好,钻孔深度视路基高度和路基填料的情况而定,根据设计要求,对准孔位,要求孔位偏差不大于2 cm,入射角度偏差不大于1 °。
4.3下注浆花管
首先,应根据钻机钻孔的孔径与孔深选择适当的注浆花管;其次,由于注浆结束后注浆花管很难拔出,如果强行拔出则会破坏路基,因此在下注浆花管时应根据简单易行的方法选用;三是注浆管底部要预留20 cm～30 cm空隙,以确保浆液的灌注流畅;四是应采用木塞填充膨胀水泥的方法密封钻孔口,以保证浆液不从钻孔口溢出;最后,注浆结束后应将注浆花管作为非预应力锚杆留在路基内,以起到管架的作用,这对于提高高填方路堤强度有很大好处。
4.4注浆
4.4.1注浆压力
注浆压力是保证灌浆质量的重要因素之一。如果压力过小,浆液射流达不到预计范围内,扩散半径小,易形成空白区;如果压力过大,则会破坏路基原结构,抬升路面或冲垮边坡,还会使浆液沿路基薄弱部位冲出路基,达不到灌浆的目的。因此,在大范围灌注前应先做试验,根据注浆段的路基类型结合单孔注浆量选择适宜的注浆压力。对压密注浆,当采用水泥砂浆浆液时,坍落度宜为25 mm～75 mm,注浆压力为1 MPa～7 MPa;当坍落度较小时,注浆压力可取上限值,当采用水泥——水玻璃双液快凝浆液时,注浆压力应小于1 MPa;对劈开式或胀裂式灌浆,注浆压力宜为1.5 MPa～4.0 MPa。
4.4.2浆液浓度
浆液浓度应根据路基实际情况而定,如一般部位路基加固浆液的水料比(料为水泥+粉煤灰)(0.8～1.0)∶1.0,相对密度为1.38～1.42之间;关键部位如路基边坡注浆孔永久性注浆管部位的浆液,其水灰比为0.7～0.9,相对密度为1.4～1.5之间,在施工过程中,一旦发现水灰比配备不合理,应及时适当调整浆液配合比,以保证施工中无较大变形和确保加固质量和经济合理性。
4.4.3注浆顺序
注浆顺序是指灌浆孔的受注顺序,应按跳孔间隔注浆方式进行,并宜采用先外围后内部的注浆施工方法,即Ⅰ、Ⅱ灌次孔以单孔注浆量(单孔灌注量=排距×孔距×孔深×路基孔隙率。路基孔隙率依路基压实度确定)为控制标准,随后再加压进行钻孔注浆,以控制浆液扩散范围,保证注浆效果。
5施工要点及注意事项
(1)应严格按照设计参数进行钻孔。
(2)注浆材料应满足设计要求,严禁使用过期结块的水泥,必要时进行检验。
(3)浆液配比应符合设计要求,配浆时最大误差为:水泥、水±5 %。
(4)浆液搅拌应均匀,水泥浆搅拌时间为3 min～5 min,未搅拌均匀或沉淀的浆液严禁使用。
(5)注浆过程中,要时刻注意泵压和流量的变化,注意漏浆现象,特别是路基边坡跑浆,发生时应及时采取封堵措施,尽量避免浆液浪费并使土体得到充分加固。
(6)注浆过程中,应密切注意路面、路基及边坡的变形,必要时用仪器进行观测,使注浆过程中路面、路基、变形最小,又要保证被加固土体的加固效果。
(7)注浆施工过程中宜采用自动流量和压力记录仪,并应做好施工原始记录;对于土体中含水量、干密度变化较大的孔位,应在施工过程中不断总结,及时调整浆液的配合比例,并详细做好记录,以确保工程质量。
6结束语
综上所述,高填方路堤病害的原因是多方面的,设计考虑不周、路基填料选择不当、施工工艺不当、工程质量管理力度不够、施工技术处理不当等,这些都会致使高填方路堤出现局部沉陷或下沉,从而影响公路使用功能。而压力灌浆法加固高填方路堤,将浆液灌入填料的空隙,能在板底形成一个结石体,防渗堵水、充填加固路面路基,其技术先进,成本低、施工速度快、治理效果好,能有效将病害减小到最低限度,确保高填方路堤有足够的稳定性和耐久性,能承载车辆的反复荷载作用和抗御各种自然因素的影响,确保道路的正常营运和车辆行驶的安全,值得广泛推广使用。
参考文献
1 王双龙.高填路堤下沉加固技术应用研究[J].科学技术与工程,2008.8(7)
2 候华梁.高填方路基软基处理方法[J].河北交通科技,2006.3(3)
3 王德群、黎映宁.压力注浆技术在高速公路路基病害处理中的应用[J],2002.12(3)
routing in Treatment of High Embankment Diseases of Subsidence
Jiang Youling
Abstract:For high embankment subsidence Disease Treatment, set a high embankment to sink, grouting Treatment Mechanism, grouting in Treatment of Diseases of the high fill sink construction process and notes, etc.
Key words:Grouting; embankment disease; high embankment; embankment subsidence