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工程案例

業(yè)務范圍

灌漿法在加固處理軟路基中的應用

發(fā)布時間：2014-08-05

1　工程概況

廣州市內環(huán)路南田東段k1＋229．782～427．647路段（長198m，寬36m～40m）工程地質條件較差，上部地層（主要受力層）主要由雜填土（厚度1．3m～3．2m，平均2．0m）、淤泥或淤泥質土（厚度0．4m～1．4m，平均0．64m）、粉、細砂（厚度0．6m～3．6m，平均1．8m）組成。由于雜填土結構疏松（fk＝90kPa）、淤泥或淤泥質土呈軟～流塑狀（fk＝50kPa）、粉、細砂飽和松散（標貫試驗錘擊數平均6擊，fk＝100kPa），滿足不了上部荷載對路基的要求，因而導致路基在通車后將產生較大沉降。為保證該段路基的穩(wěn)定，提高地基土強度和變形模量，以滿足上部荷載對地基土承載力的要求，提出了對該段路基采取灌漿加固處理方案。這主要是基于雜填土孔隙大，可灌性好，灌漿后其力學強度、抗變形能力和均一性會有所提高，整體結構得到加強；淤泥或淤泥質土和粉、細砂通過鉆孔灌入濃漿后，使土體壓密和置換；雜填土之上已施工完的30cm厚6％水泥石屑穩(wěn)定層為良好的灌漿蓋板。

2　灌漿加固機理

灌漿就是要讓水泥或其他漿液在周圍土體中通過滲透、充填、壓密擴展形成漿脈。由于地層中土體的不均勻性，通過鉆孔向土層中加壓灌入一定水灰比的漿液，一方面灌漿孔向外擴張形成圓柱狀漿體，鉆孔周圍土體被擠壓充填，緊靠漿體的土體遭受破壞和剪切，形成塑性變形區(qū)，離漿體較遠的土體則發(fā)生彈性變形，鉆孔周圍土體的整個密度得到提高。另一方面隨著灌漿的進行，土體裂縫的發(fā)展和漿液的滲透，漿液在地層中形成方向各異、厚薄不一的片狀、條狀、團塊狀漿體，縱模交錯的漿脈隨著其凝結硬化，造成結石體與土體之間緊密而粗糙的接觸，沿灌漿管形成不規(guī)則的、直徑粗細相間的樁柱體。這種樁柱體與壓密的地基土形成復合地基，相互共同作用起到控制沉降、提高承載力的作用。

3　灌漿設計

3．1　灌漿標準

3．1．1　強度控制標準

灌漿后，雜填土承載力標準值（fk）要求達到130kPa，淤泥或淤質土fk值80kPa～100kPa，粉細砂fk值大于110kPa；復合地基承載力標準值不小于130kPa。

3．1．2　施工控制標準

施工控制標準是獲得最佳灌漿效果的保證。本次灌漿對象之一的雜填土，由于均一性差、孔隙變化大、理論耗漿量不定，故不單純用理論耗漿量來控制，同時還按耗漿量降低率來控制，即孔段耗漿量隨灌漿次序的增加而減少。

3．2　灌漿段選擇

本次灌漿分兩個灌漿段，即第一灌漿段為雜填土范圍；第二灌漿段為淤泥或淤泥質土和粉、細砂范圍。

3．3　漿材及配方設計

漿材采用兩種配方的純水泥漿，在第一灌漿段水灰比為0．5，在第二灌漿段為0．75。若雜填土中局部孔隙較大，導致灌漿量過大時，采用水∶水泥∶細砂＝0．75∶1∶1的水泥砂漿灌注。

3．4　漿液擴散半徑（r）的確定

由于雜填土均一性差，其孔隙率、滲透系數變化大，因而僅用理論公式計算漿液擴散半徑顯然不甚合理，現據大量的經驗數據，暫定r值為1．5m。在現場進行灌漿試驗后進一步確定r值。

3．5　灌漿孔位布置

灌漿孔采取梅花形分布，假定灌漿體的厚度b為1．66m，則灌漿孔距L＝2×（r2－b2／4）1／2＝2×1．52－1．662／4）1／2＝2．5m，最優(yōu)排距Rm＝r＋b／2＝1．5＋1．66／2＝2．33m。

3．6　灌漿孔孔深

根據工勘資料，暫定孔深3．5m～6．0m，平均約4．5m，以孔底到粘性土層為準。

3．7　灌漿壓力

由于灌漿壓力與土的重度、強度、初始應力、孔深、位置及灌漿次序等因素有關，而這些因素又難以準確地確定，因而本次灌漿的壓力通過灌漿試驗來確定。現據有關公式計算，暫定灌漿壓力在第一、第二灌漿段灌漿時分別為0．1MPa～0．2MPa、0．3MPa～0．4MPa，在灌漿過程中根據具體情況再作適當的調整。

3．8　灌漿量

灌漿量主要與灌漿對象的體積v、土的孔隙率n和經驗系數k值有關，據Q＝k．v．n公式，理論估算雜填土、淤泥或淤泥質土和粉、細砂的單位吸漿量分別為0．35m3、0．28m3和0．18m3。

3．9　灌漿結束標準

在規(guī)定的灌漿壓力下，孔段吸漿量小于0．6L／min，延續(xù)30min即可結束灌漿，或孔段單位吸漿量大于理論估算值時也可結束灌漿。

4　灌漿施工

4．1　正式施工前準備工作

　　正式施工前，保證設備器具和材料按時到場，著重做好灌漿試驗工作，調整灌漿壓力、漿液擴散半徑、孔距和排距后及時將孔位放樣至實地。

4．2　施工設備機具選型

針對地層條件和設計要求，選擇的主要施工設備機具及材料見表1。

4．3　施工工藝

4．3．1　施工順序

根據多臺機同時作業(yè)、現場施工條件、工程地質條件和灌漿方法等，施工順序采取從里往外的方式進行。

4．3．2　施工程序

成孔→安放灌漿管并孔口封堵→攪漿→灌漿→待凝→成孔→安放灌漿管并孔口封堵→攪漿→灌漿→封孔。

4．3．3　施工技術要點

（1）成孔鉆頭（Φ110mm）對準孔位后，采取沖擊成孔的方法鉆進。在雜填土中鉆進時，若孔壁不穩(wěn)，可下入導管護壁；當鉆進到淤泥或淤泥質土和粉、細砂時，下入導管護壁，然后采取撈砂筒取砂成孔的方法直至下臥粘性土層。

（2）灌漿管安放及孔口封堵灌漿管下端設置0．7m～1．0m長且下端封口的花管，花管孔徑Φ8，孔隙率15％左右；在花管外壁包扎一層軟橡皮，以防流砂涌進花管導致灌漿無法進行。當成孔達到預定深度后，將灌漿管下到位，再用水泥袋放入孔中水穩(wěn)層底部包裹灌漿管并接觸孔壁即“架橋”，然后投入粘土分層夯實至孔口。

（3）攪漿先往攪拌漿筒內注入預定的水量并開動攪漿機后，再逐漸加入425＃普通硅酸鹽水泥直到預定的用量，攪拌3min～5min后將漿液通過過濾網流到儲漿筒內待灌。

（4）灌漿灌漿采用自上而下孔口封閉分段純壓式灌漿方法，即自上而下鉆完一段灌注一段，直到預定孔深為止。灌漿段的長度以雜填土和淤泥或淤泥質土、粉、細砂厚度來確定；灌漿壓力采取二次或三次升壓法來控制，即灌漿開始采用低壓（小于0．1MPa）或自流式灌漿，對雜填土而言，當吸漿量較大時采取間歇灌漿或用砂漿灌注，終灌時的壓力要達到設計值；灌漿結束標準嚴格按設計執(zhí)行。

（5）封孔灌漿結束后及時封孔，即第二灌漿段灌漿結束過半小時后，排除孔口封堵物，再往孔內投入砂石直到水穩(wěn)層頂面，過24h后，若漿液下沉，再補充水灰比0．5的漿液至水穩(wěn)層頂面。

4．4　特殊情況下的技術處理措施

（1）在灌漿過程中，發(fā)現漿液冒出地表即冒漿，采取如下控制性措施：①降低灌漿壓力，同時提高漿液濃度，必要時摻砂或水玻璃；②限量灌漿，控制單位吸漿量不超過30L／min～40L／min或更小一些；③采用間歇灌漿的方法，即發(fā)現冒漿后就停灌，待15min左右再灌。

（2）在灌漿過程中，當漿液從附近其他鉆孔流出即串漿，采取如下方法處理：①加大第Ⅰ次序孔間的孔距；②在施工組織安排上，適當延長相鄰兩個次序孔施工時間的間隔，使前一次序孔漿液基本凝固或具有一定強度后，再開始后一次序鉆孔，相鄰同一次序孔不要在同一高程鉆孔中灌漿；③串漿孔若為待灌孔，采取同時并聯(lián)灌漿的方法處理，如串漿孔正在鉆孔，則停鉆封閉孔口，待灌漿完后再恢復鉆孔。

5　效果檢驗與評價

5．1　效果檢驗

5．1．1　灌漿資料分析

本次施工路段共完成灌漿孔1209個，計5579．72m，共灌入水泥1855．4t，平均每孔灌入水泥1．535t，平均灌入水泥0．333t／m，第Ⅰ序孔單位耗漿量比第Ⅱ序孔大，并且地面上抬數厘米。

從總灌入量和單位灌入量數據分析，受灌段土體空隙均有大幅度地降低，從而也說明了施工段地層的可灌入性。

5．1．2　靜載荷試驗

施工結束15d后，監(jiān)理在施工段范圍內選擇了5個代表性地點（其中2個在灌漿點位，2個在兩相鄰灌漿點位中間，1個在相鄰對角灌漿點中間），由廣東省建設工程質量安全監(jiān)督檢測總站做復合地基壓板（0．5m2）靜荷試驗。當在雜填土頂面單點加載達130kN或140kN即滿足設計要求后便停止加載，這時最大沉降量僅9．31mm～11．70mm，平均10．30mm。表明該點地基土未達極限破壞狀態(tài)，說明了施工段復合地基承載力標準值大于130kPa，同時也驗證了雜填土承載力標準值大于130kPa。

5．1．3　鉆孔取芯

　標貫試驗和探槽開挖檢查施工結束半個月后，監(jiān)理在施工段范圍內選擇了12個鉆孔檢驗點（其中6個鉆孔距灌漿點0．5m，6個鉆孔距灌漿點1．0m），由廣東省建設工程質量安全監(jiān)督檢測總站進行鉆孔取芯和標貫試驗。從鉆孔取上的芯樣中可見：雜填土中水泥結石較多，并且結石與土體膠結緊密；淤泥或淤泥質土體中水泥結石成團塊狀，有的塊狀結石由淤泥或淤泥質土膠結；粉、細砂中也可見水泥結石，土工試驗表明了其密度有所增加，狀態(tài)也由原來的松散狀變?yōu)槊軐崰睿╡＝0．637）。標貫試驗結果表明：雜填土較密實，平均擊數11．2擊；粉、細砂平均擊數由原來的6擊增加到11擊，承載力標準值也由原來的100kPa增加到148kPa。從探槽開挖剖面可見：雜填土中的水泥結石呈片狀、條帶狀，尤其是雜填土頂面與石屑墊層底面之間和石屑墊層頂面與水穩(wěn)層底面之間普通充填條帶狀水泥漿石，厚1cm～5cm，構成了路基硬殼表層。

5．1．4　彎沉試驗

在施工段范圍內，正式水穩(wěn)層施工一周后，由交通部四航局科研所進行了30個點的彎沉試驗，結果彎沉值為0．16mm～0．80mm（平均0．41mm），均小于設計彎沉值0．9mm，完全滿足設計要求。

5．2　效果評價

從上述效果檢驗分析可見，灌漿施工范圍內的雜填土層空隙得到有效充填，淤泥或淤泥質土受到充填、擠密和置換，粉、細砂層得到有效充填和壓密，由松砂變?yōu)槊苌啊＿@三種土體經灌漿后，不同程度地得到加固，承載力明顯提高，達到了控制沉降目的。

6　結語

6．1　灌漿技術加固軟路基，在技術上是可行的，在施工質量和處理效果上是好的，對其承載力和穩(wěn)定性將得到較大的提高；

6．2　灌漿技術的關鍵是灌漿壓力的選擇和控制、漿材配比和灌漿工藝；

6．3　灌漿參數的選擇是一個復雜的問題，只有通過現場試驗才能切實地確定；

6．4　在城市道路軟基加固處理方面，選擇灌漿方法比其他諸如碎石樁、大開挖換填等處理方法，不但技術上可行、經濟上合理、工期上縮短，而且極大地減少了環(huán)境污染問題。

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