李佳坤等

摘要：根據(jù)道路沉降變形和破壞問題的工程處治需求，將水平側(cè)向打樁的擠土效應(yīng)和注漿的化學(xué)加固效應(yīng)有效結(jié)合，提出一種工程實(shí)用的路基沉降修復(fù)工法。通過路基側(cè)向近水平方向的打樁來擠密路基填料，使路基在豎直方向上擠高膨脹，恢復(fù)豎向沉降變形。通過在預(yù)制樁中預(yù)留壓力灌漿通道和孔洞，使注漿加固更加便利和有效，通過壓力灌漿體的化學(xué)加固效應(yīng)進(jìn)一步修復(fù)路基巖土體結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性。本方法可推廣應(yīng)用于路基水毀修復(fù)工程。

Abstract： According to engineering treatment requirements of the deformation and failure of subgrade settlement， the horizontal lateral piling compaction is effectively combined with the chemical reinforcement effect of grouting to put forward a kind of utility engineering subgrade settlement repair method. The roadbed filling is compacted by the subgrade lateral piling to make the subgrade crowded high and inflation in vertical direction and restore vertical subsidence deformation. By reserving pile pressure grouting channels and holes in the precast， the grouting reinforcement is more convenient and effective. The strength， stiffness and stability of the subgrade ground structure is further repaired by the chemical reinforcement effect of pressure grouting body. The method can be applied to the water damage repair engineering of subgrade.

關(guān)鍵詞：道路工程；路基沉降；路基修復(fù)；側(cè)向打樁擠土；注漿加固

Key words： road engineering；subgrade settlement；subgrade repair；lateral piling compaction；grouting reinforcement

中圖分類號：U213.1+5 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-4311（2015）28-0133-03

0 引言

特定設(shè)計(jì)等級、填料類型、壓實(shí)度、施工工藝等條件下形成的路基結(jié)構(gòu)在行車荷載和濕度、溫度、水力等多因素的耦合作用下，必然導(dǎo)致路基結(jié)構(gòu)的變化，道路養(yǎng)護(hù)和管理技術(shù)人員重點(diǎn)關(guān)注路基結(jié)構(gòu)的災(zāi)變和劣化問題，路基沉降是常見的路基災(zāi)變和劣化問題之一。路基沉降問題及其引發(fā)的道路破壞是道路工程領(lǐng)域研究的重要方向之一。前人針對路基沉降問題主要采用土力學(xué)相關(guān)理論進(jìn)行了大量成因機(jī)制研究，但在路基沉降的控制技術(shù)研發(fā)方面的進(jìn)展相對較慢，路基沉降控制的有效技術(shù)研發(fā)相對薄弱。因此本文著眼于技術(shù)研發(fā)，提出了一種聯(lián)合水平方向打樁擠土與注漿化學(xué)加固土體的路基沉降控制新思路和方法。

目前，打樁技術(shù)用于巖土工程中建筑地基和邊坡工程的處治比較普遍，主要以豎向打樁為主，在道路工程路基變形處治方面，較少使用打樁修復(fù)，尚未見水平側(cè)向打樁修復(fù)路基沉降的技術(shù)介紹。當(dāng)前的路基注漿技術(shù)在路基填料壓實(shí)度大于80%時(shí)，注漿有效性降低，極易形成局部區(qū)域注漿困難、注漿不充分、漏灌等問題。為解決上述方法的不足，將側(cè)向打樁與注漿技術(shù)互補(bǔ)是本文所做的有益探索性工作，通過打樁提高注漿的均勻性和有效性，通過注漿實(shí)現(xiàn)樁體的補(bǔ)強(qiáng)。

1 路基沉降問題及成因分析

路基是按照公路或鐵路路線位置和一定技術(shù)要求修筑的作為路面或軌道基礎(chǔ)的線形帶狀構(gòu)造物，是公路和鐵路的基礎(chǔ)，路基是用土或石料修筑而成的線形結(jié)構(gòu)物。路基應(yīng)修筑在良好的地質(zhì)、水文和氣候條件下，以減少路基沉降等病害的發(fā)生。從材料上分，路基可分為土質(zhì)路基，石質(zhì)路基，土石混填路基三種。根據(jù)填方和挖方情況，路基可分為路堤、路塹、半填半挖路基和零填路基，填方路基（特別是高填方路基）是沉降的易發(fā)路段，因此本文主要針對填方路堤開展沉降處治技術(shù)研發(fā)。路基在交通荷載和環(huán)境因素的長期共同作用下會(huì)產(chǎn)生累積沉降變形，從而給交通運(yùn)輸帶來安全隱患。目前，由于沉降問題引起的路基病害較為普遍，很多已建和在建道路不同程度地出現(xiàn)了早期破壞，導(dǎo)致在道路建設(shè)及管養(yǎng)期間花費(fèi)大量的人力和財(cái)力進(jìn)行處治，沉降變形的處治技術(shù)一直是交通運(yùn)輸部門迫切需要解決的關(guān)鍵技術(shù)，路基沉降問題一直為工程界所關(guān)注[1]。

路基沉降指道路（公路、鐵路等）的基礎(chǔ)由于受到外界的力（地震、施工振動(dòng)、車輛荷載、滲透力等）或是自身的重力作用而下沉的現(xiàn)象。路基若存在壓實(shí)度不足、水的浸泡軟化等問題，在路面交通荷載作用一段時(shí)間后，路基將發(fā)生沉陷（沉降）。路基沉降量可觀測出來，路基沉降嚴(yán)重影響交通安全，道路需要進(jìn)行監(jiān)控量測。

道路路基由于填料不均勻、填料不良、填料壓實(shí)不充分、含水量過高、地震、施工振動(dòng)、車輛荷載、滲透力、自重等因素的耦合作用而劣化，發(fā)生沉降變形是道路路基的常見病害之一。路基沉降過大必然導(dǎo)致公路路面和鐵路軌道的變形破壞，危及道路交通安全。因此，有效處治路基的沉降問題，對于保障交通運(yùn)輸安全具有重要現(xiàn)實(shí)意義。

2 沉降路基修復(fù)技術(shù)現(xiàn)狀

當(dāng)前，很多技術(shù)可應(yīng)用于路基沉降處治，包括塑料排水板聯(lián)合堆載、真空預(yù)壓排水固結(jié)法、砂樁散體材料樁復(fù)合地基、水泥土攪拌樁法、CFG樁、預(yù)應(yīng)力混凝土管樁樁網(wǎng)結(jié)構(gòu)、樁筏結(jié)構(gòu)、鋼筋混凝土樁樁板結(jié)構(gòu)、長板—短樁工法等[1]。本文，將水平側(cè)向打樁的擠土效應(yīng)和注漿加固有效結(jié)合。通過側(cè)向近水平方向的打樁擠密路基填料，使路基在豎直方向上擠高，恢復(fù)沉降變形。通過在預(yù)制樁中預(yù)留壓力灌漿通道和孔洞，使注漿加固更加便利和有效。通過化學(xué)注漿體的凝結(jié)固化作用恢復(fù)、補(bǔ)強(qiáng)路基強(qiáng)度等物理力學(xué)參數(shù)。

目前，國內(nèi)外部分學(xué)者和工程技術(shù)人員已開展路基注漿加固的理論和技術(shù)研究，雖然注漿對提高路基強(qiáng)度有一定的效果，但是當(dāng)路基填土體的壓實(shí)度大于80%時(shí)，注漿便不能有效進(jìn)行，極易形成局部區(qū)域注漿困難、注漿不充分、漏灌等問題[2]。目前，通過樁的手段加固巖土體，多用于建筑物地基的處治，而且主要是豎直方向打樁。道路路基變形處治方面，較少使用打樁修復(fù)的方法，并且未見水平側(cè)向打樁修復(fù)路基沉降的工法。本文所述工法可用于道路水毀沉降路基修復(fù)，可解決現(xiàn)有注漿加固法易形成局部漏灌區(qū)等問題，提高沉降路基修復(fù)的效果。

3 基于側(cè)向打樁擠土及注漿加固的沉降路基修復(fù)工法

3.1 技術(shù)概要

路基修復(fù)指通過工程技術(shù)恢復(fù)路基的強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性，恢復(fù)路基的設(shè)計(jì)標(biāo)高、寬度等幾何尺寸。通過修復(fù)技術(shù)使發(fā)生劣化、病變的路基恢復(fù)健康狀態(tài)，達(dá)到維持交通暢通和保障道路地質(zhì)安全的目的，路基修復(fù)是道路巖土減災(zāi)的重要方面。

本技術(shù)通過在路基沉降路段側(cè)面近水平方向打入預(yù)制樁，擠土加固路基，豎直方向擠高路基填料，恢復(fù)豎直方向的下沉。打入的預(yù)制樁中預(yù)留注漿的管道和孔洞。在沉降路基側(cè)面打入預(yù)制樁后，使用壓力注漿機(jī)灌入化學(xué)漿液到路基填料中。漿液固化，加固路基。將水平側(cè)向打樁的擠土效應(yīng)和注漿加固有效結(jié)合，實(shí)現(xiàn)沉降路基修復(fù)與補(bǔ)強(qiáng)的目的。

3.2 技術(shù)方案

第一步，預(yù)制帶注漿通道和孔洞的鋼管樁或鋼筋混凝土樁。預(yù)制樁與路基的縱向垂直且水平設(shè)置，預(yù)制樁為圓筒狀、前端設(shè)圓錐狀的樁頭，減小樁端和樁側(cè)貫入阻力，使打入預(yù)制樁更加快速。預(yù)制樁表面均布開有多個(gè)孔洞，且捶擊預(yù)制樁的一端留有灌注漿體的開口。預(yù)制樁內(nèi)可灌注化學(xué)漿體用于路基巖土體的化學(xué)加固。

第二步，路基側(cè)面從下往上逐排錯(cuò)位打入近水平角度的預(yù)制樁，擠密和擠高沉降路基的填料，修復(fù)沉降變形。在路基的縱剖面中，預(yù)制樁形成水平排列的多行，相鄰上下兩行之間交錯(cuò)設(shè)置，形成多個(gè)三角形結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)方式使后續(xù)灌漿更均勻，漿體凝固后預(yù)制樁對整個(gè)路基的支撐更加牢固。通過在路基填土體的側(cè)向打入近水平方向的預(yù)制樁實(shí)現(xiàn)擠土修復(fù)路基尺寸變形的目的。打入樁等效于使路基填土體的固相土粒體積及重量增加，樁的側(cè)向擠密作用必然使路基空隙或孔隙中氣相空氣和液相水分的比例相對降低。因此，側(cè)向打樁擠入路基在力學(xué)效應(yīng)方面等效于在路基填土表面施加壓實(shí)荷載，完全可以達(dá)到擠壓、密實(shí)路基填土體，有效強(qiáng)化路基的根本目的。通過路基側(cè)面打入接近水平方向的預(yù)制樁，擠密路基填料，減少路基中空氣和水份占據(jù)的空隙或孔隙，提高路基的密實(shí)程度。根據(jù)泊松效應(yīng)，側(cè)向水平方向打入預(yù)制樁，可以在豎向上擠高路基填料，達(dá)到恢復(fù)路基沉降的目的，使路基標(biāo)高達(dá)到沉降前的設(shè)計(jì)標(biāo)高。通過在預(yù)制樁中預(yù)留注漿管道和孔洞，為下一步壓力灌漿提供通道。綜合側(cè)向打樁擠土效應(yīng)和壓力注漿的作用，實(shí)現(xiàn)沉降路基強(qiáng)度和變形的修復(fù)，保障路基穩(wěn)定性。

第三步，壓力注入化學(xué)漿體，化學(xué)漿體凝固，進(jìn)一步加固沉降路基的填料，修復(fù)路基強(qiáng)度、恢復(fù)路基穩(wěn)定性。利用液壓或氣壓通過管道把能凝固的漿液壓入預(yù)制樁中預(yù)設(shè)的孔道，對沉降變形路基的需加固部位，用壓漿機(jī)高壓注入漿液，水泥漿或化學(xué)漿液以預(yù)制樁形成的三角形結(jié)構(gòu)為骨架、均勻地滲入路基填料結(jié)構(gòu)層中，漿料以滲透、填充和擠密等方式，驅(qū)走路基填土顆粒間的空氣和水分后，填充土顆粒間的空隙和孔隙，經(jīng)過一定的時(shí)間后，漿液將原來松散的路基土粒膠結(jié)成一個(gè)整體，樁與樁周土體膠結(jié)物聯(lián)合，從而使路基得到加固，減少工后沉降和路基工作過程中的沉降。

第四步，完成上述步驟后對路基進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，形成高強(qiáng)度的路基結(jié)構(gòu)。

4 工法的可行性論證

參考Collines（2008）文獻(xiàn)中介紹的路基側(cè)坡加固方法（圖1），可保障路基側(cè)向錘樁的可行性[3]。根據(jù)泊松效應(yīng)、巖土材料的剪脹性和壓硬性，可論證水平樁擠土恢復(fù)路基填料豎向沉降、打樁補(bǔ)強(qiáng)路基的可行性。文獻(xiàn)[2]量化建立的填土打樁側(cè)向壓實(shí)機(jī)理可作為路基側(cè)向錘樁擠土壓實(shí)效應(yīng)的理論依據(jù)。文獻(xiàn)[4]、[5]中的工程實(shí)例及介紹的壓力注漿工藝流程證實(shí)了在預(yù)制帶孔洞樁中壓力注漿來修復(fù)、補(bǔ)強(qiáng)加固沉降路基結(jié)構(gòu)的可行性。綜上，本文所提出的新方法具有一定的工程可行性。

5 結(jié)語

本文提供了一種可推廣應(yīng)用于路基水毀修復(fù)工程的路基修復(fù)結(jié)構(gòu)及方法，首先打樁擠土，通過路基側(cè)面打入接近水平方向的預(yù)制樁，擠密路基填料，減少路基中空氣和水份占據(jù)的空隙或孔隙，提高路基的密實(shí)程度。側(cè)向水平方向打入預(yù)制樁，可以在豎直方向擠高路基填料，達(dá)到恢復(fù)路基沉降變形的目的，使路基標(biāo)高達(dá)到沉降前的設(shè)計(jì)標(biāo)高。通過在預(yù)制樁中預(yù)留注漿管道和孔洞，為壓力灌漿提供通道，通過壓力灌漿體的化學(xué)加固效應(yīng)進(jìn)一步修復(fù)路基巖土體結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性。綜合側(cè)向打樁擠土效應(yīng)和壓力注漿加固的作用，實(shí)現(xiàn)沉降路基強(qiáng)度和變形的修復(fù)，保障路基的穩(wěn)定性。

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