灌浆加固技术在公路工程中的应用探讨__墨水学术,论文发表,发表论

所属栏目：交通运输论文范文发布时间：2011-02-25浏览量:415

副标题#e#摘要:灌浆法加固技术具有施工工艺简单,施工速度快,加固效果好,成本低廉等显著优点,因此在高速公路地基加固中的应用越来越广泛。本文主要探讨了灌浆加固技术在高速公路地基加固中的应用
　　关键词公路工程；灌浆法；应用
　　1前言
　　高速公路通车运营后,各种公路病害随着时间逐渐显现,其中以影响路基稳定的病害最为严重,灌浆技术是治理路基病害的有效措施。公路灌浆法是把灌注材料通过钻孔或路基塌陷处的出口进行灌浆,其目的是强化土层、充填洞隙、拦截地下水流、加固地基。灌浆法加固技术的应用领域很广泛,已广泛应用于铁路、公路、市政工程、港口码头等行业的软土地基加固中。国内在公路塌陷危险性数学评价理论方面做了一些研究,公路灌浆法就是一种新的施工技术。该技术可节约工程投资、提高工程质量、减少道路维护费和车辆事故。
　　2灌浆机理和应用分析
　　灌浆大体分为固结、帷幕、接缝、回填几种。公路灌浆法是指通过钻孔在土中灌入浆液,使土体挤密的一种地基加固方法。其特点是在注浆管附近形成向外扩张的“浆泡”,浆泡在土体中引起复杂的径向和切向应力,紧靠浆泡的土遭受严重破坏形成塑性变形区,土的密度可能因扰动而减小;离浆泡较远的土则发生弹性变形,因而土的密度有明显的增加,土体得到加固。
　　3路面病害成因
　　路面在重车荷载的反复作用下,结构层会产生累积塑性变形,局部范围不再与基层保持连续接触,路面结构层底与基层将出现微小的空隙,即出现了结构层下局部脱空。同时温度、湿度的变化,以及结构层内温度的非线形分布,引起结构层向上或向下的翘曲,加速了结构层与路基之间的分离,形成结构层底部脱空。脱空的出现又为水的浸入创造了条件,当路面接缝或裂缝养护不及时,雨水从破损处侵入基层,渗入的水将在结构层下形成积水(自由水)。积水与基层材料中的细料形成泥浆,并沿面板接缝缝隙处喷溅出来,形成唧泥。唧泥的出现进一步加剧了结构层底的脱空。这样周而复始,恶性循环,最终导致路面的损坏。或者是由于地质、地貌条件复杂,高填方路基密实度不足,路基后期沉降变形,导致路基塌陷。针对这一系列病害,在进行技术与经济论证及多方案比选后,笔者认为应大胆尝试使用灌浆技术这一方法,其切实可行和收效明显已得到了权威的认可。
　　4灌浆加固原理
　　在现有路面设计理论中,我们把路面结构层看作是小挠度弹性薄面板,其假定条件是面板与地基间完全接触(不脱空)。同时结构层是一种半刚体,抗压强度高、抗弯拉性能差。在正常情况下,面板均匀支承时,无论荷载作用位置,应力都较小。而一旦脱空,板角处由于基础支撑的丧失处于悬臂状态,板内将产生过大的应力、剪力,结构层很快达到极限状态。路面结构层灌浆是通过注浆管,施加一定压力将浆液均匀注入板底空隙、板下基(垫)层中,以充填、渗透、挤密等方式,赶走板底、基层裂隙中的积木、空气后占据其位置,经人工控制一段时间后,浆液将原来的松散颗粒或裂隙胶结为整体,形成一个良好的“结石体”。灌浆改善了结构层底原有受力状态,恢复板体与地基的连续性,达到加固基础,治理病害的目的。
　　5灌浆设计
　　5.1浆液扩散半径
　　浆液扩散半径r是重要参数,可按理论公式估算;当地质条件较复杂或不易选准时,应通过现场灌浆试验确定;没有试验条件时,可按土的渗透系数查表确定。
　　5.2孔位布置
　　对于多排孔,孔距可根据浆液扩散半径来决定,先假定孔距为L,r≤L≤2r,使孔与孔间的扩散半径相互搭接。
　　最优排距Rm,可按式(1)确定
　　(1)
　　(式中:r为浆液扩散半径,l为孔距)。
　　5.3灌浆压力的确定
　　灌浆压力是指不会使地表面产生变形和临近建筑物受到影响的前提下可能采用的最大压力。由于浆液的扩散能力与灌浆压力的大小密切相关,所以应该倾向于在保证灌浆质量的前提下,采用#p#副标题#e#较高的灌浆压力,使钻孔数尽可能减少。高灌浆压力还能使一些微细孔隙张开,有助于提高可灌性。当孔隙被软弱材料充填时,高灌浆压力能在充填物中造成劈裂灌注,使软弱材料的密度、强度和不透水性等得到改善。但是,当灌浆压力超过地层的压重和强度时,则可能导致地基及上部结构的破坏.因此,一般都以不使地层结构破坏或仅发生局部的少量破坏,作为确定地基容许灌浆压力的基本原则。灌浆压力值与地层土的密度、强度和初始应力、钻孔深度、位置及灌浆次序等因素有关,而这些因素又难以准确预知,必须通过现场试验来确定。
　　5.4灌浆量
　　灌浆所需的浆液总用量Q计算可参照式(2)
　　Q=K•V•n•1000(2)
　　(式中:Q为浆液总用量;V为注浆对象的土体体积;n为土的空隙率;K经验系数)。
　　6灌浆施工
　　6.1灌浆工艺流程(图1)
　　路基压力灌浆施工先是按设计图纸定孔放样,然后开动钻机进行成孔钻进,经检验合格后开始浆液灌注,直至达到设计要求终止灌注。其工艺流程如图:
　　
　　图1灌浆工艺流程
　　灌浆施工程序为:布设灌浆钻孔→钻机就位→成孔钻进→终孔移机→检验孔深→安装灌浆器→配制浆液→压力灌浆→浆液变换→压力灌浆→止浆并取出灌浆器→封孔
　　6.2灌浆质量的控制与检验
　　路基灌浆主要包括钻灌浆孔和灌浆两个工序,施工中按程序要求实施工程质量的控制与检验,包括:
　　(1)检查钻孔孔位偏差、孔径和灌段长度。
　　(2)按规定进行灌浆材料的抽样送检。
　　(3)坚持各个处治路段每天采取浆液试件样,现场初测浆液结石率后,送样测试结石率和抗压强度。
　　(4)根据灌浆技术数据(注浆压力、灌浆量、浆液配合比)综合反映出的填方路段的孔隙情况,选择确认适宜本段灌浆的配合比,对处治范围进行合理的灌注。
　　(5)采用复灌法检验灌浆填充效果。复灌孔由监理工程师随机确定;检测孔比例:高填路堤为灌浆孔数的3%,桥台为5%.复灌浆量小于邻近孔平均灌浆量的30%即为合格。
　　7路基灌浆的认识与探讨
　　7.1浆液的经济性与可灌性
　　浆液的经济性主要由制浆材料和灌注方法决定。制浆材料包括主剂(原材料)、溶剂(水或其它溶剂)和外加剂。浆液即是由制浆材料经搅拌混合后制成的可以固化的液体。工程施工中浆液分为溶液型和悬浊液型两大类。从总体上讲,溶液型浆液粘度低、可灌性好,但浆材与灌注成本较高;悬浊液型浆液因有固体颗粒悬浮在液体中,故易产生离析沉降并难以进入小于其颗粒直径的土体裂缝和孔隙中,但浆材与灌注成本低。
　　路基压力灌浆目的是用浆液充填路基填方土体中块(颗)粒间的孔隙并将其固结起来,以提高土体密度、增加土体强度及抗变形能力。因而水泥为浆液首选主剂。水泥浆液的经济性则由水泥、水及外加剂的相互比例即浆液配合比来决定。在浆液的流动性和结石率恒定时,配制单位体积浆液的材料费用就是浆液的经济指标。材料费用高,经济指标低,材料成本低,则经济指标高。显而易见,要提高水泥浆液的经济指标,要么降低浆液中的水泥标号并减少掺加量,要么增加外掺料的用量。随之而来的是水泥浆液性能的不同变化:水泥标号降低,浆液结石的抗压强度降低;减少水掺加量,等于加大了浆液的水灰比,浆液的结石率和抗压强度同时降低;增加外掺料的用量,随着粘度和浆液中固体颗粒的含量增加,浆液的可灌性降低,制浆量和结石率增加,抗压强度呈“∩”形变化。
　　7.2浆液结石率
　　结石率(β)是浆液固结后结石体积(V1)与浆液体积(V2)之比的百分数,表达式为:β=V1/V2×100%.结石率是浆液技术性能的一个重要指标。浆液的结石率愈高,其固化结石的缩空率愈小,灌浆效果愈好。可以说高结石率的浆液是保证灌浆质量的必备条件。浆液结石率主要受水灰比的影响,水灰比愈大,结石率愈低。在浆液中适当加大粉煤灰用量(如由30%的加量提高#p#副标题#e#到50%的加量——粉煤灰未烘干),浆液结石率的变化不大。浆液结石率还与气温有关,同样是水:水泥:粉煤灰=1∶1∶0.5的配合比,在气温30℃时的结石率要比在气温5℃时的结石率高出5%～8%.
　　7.3路基压力灌浆中存在的几个问题
　　7.3.1路面抬动
　　灌浆过程中浆液在压力作用下总是较多的流向阻力较小的孔隙和裂缝,当某一区域浆液作用于土体的上推力聚合起来大于其上覆土体压力和土体抗变形能力时,这一区域路面抬动变形的发生就不可避免。产生抬动变形之处就是某一时刻在一定灌浆压力下以灌浆钻孔为主干的根脉状灌浆体系的扩展之处,或称为路面抗抬动变形的薄弱处。导致这些薄弱处产生即引起抬动变形的原因主要有:填方土体沉降产生层状缝隙或较大面积的悬空和在灌浆压力作用下止浆栓塞上的反作用力造成的应力集中等。控制路面抬动,做好监测工作可以说是被动控制,还应从力的平衡原理出发考虑采用诸如缩小布孔间距以降低注浆压力、分层钻灌以提高表层土体的抗变形能力、低压小流量灌浆、增加止浆栓塞的胶塞数量和孔口反压等措施,在技术与经济可行的条件下,尽可能的降低路面抬动。
　　7.3.2浆液窜冒
　　浆液窜冒大多是因灌浆压力不平衡和土体中的孔隙裂缝与外界窜通造成的。为防止和减少路堤边坡窜冒浆发生,常用的办法就是间歇灌浆、减压灌浆、加大浆液中掺合料的加量,对窜冒浆处予以封堵等。从确保路基灌浆的每一单元的处治效果考虑,对窜冒浆钻孔是否达到正常止浆条件要求进行核查是完全有必要的;同时,还应采取分序分段钻灌、延长内外排灌浆钻孔的施工间隔时间等措施。
　　7.3.3场地污染
　　路基压力灌浆的污染主要是指发生窜冒浆后溢流于路面、边坡和排水沟等处的浆液所留下的痕迹和浆块,对于铺筑了沥青的路面还有施工机械用油滴漏造成的腐蚀。常用的处理办法包括在灌浆孔口摊铺粉煤灰、及时冲洗溢流在路面的浆液、钻机配用电动机、机械滴油处垫灰土,集中清理窜冒浆形成的浆斑和结石等。
　　8结束语
　　8.1灌浆技术作为一种新型的加固技术,可广泛地使用到公路施工其他方面,如:高速公路桥头跳车、软土地基处理、机场道面加固等。
　　8.2大多数公路病害原因主要是由于下承层造成的。路面结构层板下灌浆通过灌浆压力可把浆液渗透到相邻结构层下,起到灌浆一块处加固几处的作用。
　　8.3必须加强路面接缝的养护,及时疏导积水,预防或防治路面的先期病害。