劉山坤，劉紅軍

（五邑大學(xué) 土木建筑學(xué)院，廣東 江門 529020）

隨著“粵港澳大灣區(qū)”、“珠三角”經(jīng)濟協(xié)同發(fā)展戰(zhàn)略的部署和推進，廣東省大力建設(shè)高速公路，高速公路將城市之間聯(lián)系的越來越密切，在城市發(fā)展中起著越來越重要的作用.高速公路行車多，速度快，對路基要求較高，沉降變形需要嚴格控制.隨著交通量的持續(xù)增加，加上高速公路本身處于含水量較大的軟土路段等不良的自然環(huán)境素，使得高速公路沉降較大，路基路面破壞嚴重，車輛行駛中跳車明顯，不僅影響行車的舒適性，嚴重時易觸發(fā)安全事故，危及生命和財產(chǎn)安全.軟土地基沉陷向來都是公路工程的質(zhì)量通病，針對軟土地基的處理，學(xué)者們做了不少研究，由于軟土廣泛分布于各個地區(qū)，處理不同的軟土地基往往也因地制宜，采取不同的方法，大致可以總結(jié)為膨脹土的換土墊層、石灰灌漿加固；濕陷性黃土的灰土或素土墊層、重錘夯實及強夯法和二灰擠密樁；凍土地區(qū)的換填、樁基礎(chǔ)等方法[1].本文針對高速公路軟基沉陷使用了鋼化管注漿處理技術(shù)，并實施現(xiàn)場監(jiān)測手段，觀察處理后的軟基沉降變化，分析研究此項技術(shù)的處理效果，提出了具有針對性的軟基沉陷處理方案.

1 某互通路基段概況

1.1 工程概況及路基病害情況

本文研究對象為廣東省西部某高速公路，于2016年12月底建成通車，其中某互通匝道通過軟弱土層，建設(shè)過程時間緊迫，為搶救工期，工程施工過程中未進行該路段的路基堆載預(yù)壓，處于匝道橋頭軟土地段擋墻在工程通車后開裂，擋土墻墻身出現(xiàn)裂縫，發(fā)生不均勻沉降，經(jīng)現(xiàn)場勘察發(fā)現(xiàn)，至2017年3月初，路基擋土墻沉降約10 cm，向路基外側(cè)移動了約5 cm，具體見圖1.

圖1 某互通C匝道病害（擋墻開裂）

1.2 地質(zhì)及原設(shè)計概況

匝道擋墻路段基底主要為軟土下臥層，軟土平均埋藏深度為23.0 m.根據(jù)斷面的勘察鉆孔資料顯示，地質(zhì)資料如下：原地面表層以下為4.1 m厚的素填土，顏色呈黃褐色，灰褐色，土質(zhì)松散-中密，土體飽和，主要成分為粉質(zhì)黏土，承載力較低.

素填土下為飽和灰黑色淤泥質(zhì)土，層厚7.4 m，標貫擊數(shù)為3～4擊，軟塑，成分是粘性土為主，富含腐殖質(zhì)等有機物，散發(fā)腥臭味，土質(zhì)顆粒級配均勻，土體干強度及韌性較差.

飽和灰黑色淤泥質(zhì)土下部為粉質(zhì)黏土，層厚達到1.9 m，標貫擊數(shù)為8，其下是5.9 m厚的粘性土（標貫擊數(shù)為14～23），以灰黑色、黃褐色和棕黃色為主，軟塑，含少量砂質(zhì)，粘性土下部下臥層為全風化泥質(zhì)粉砂巖、強風化泥質(zhì)粉砂巖，顏色為灰白色，土質(zhì)飽和，土體稍密，成分為石英、長石，土體分選較好.

此路段地勢較低，長期積水形成澡澤地，路基土常年受靜水作用，土的物理性能發(fā)生改變，不滿足道路路基的設(shè)計要求，必須對軟土進行改良加固，保證其具有足夠的承載能力.

原設(shè)計采用管樁地基+堆載預(yù)壓處理，見圖2，管樁樁徑300 mm，管樁采用預(yù)應(yīng)力，要求設(shè)置3排，樁長為34 m，管樁應(yīng)進入持力層，承擔受力，抵抗土體沉降，減少路基變形，其中，管樁間距為2.5 m，擋土墻每隔10～20 m設(shè)置一道變形縫，變形縫寬度20～30 mm，變形縫內(nèi)填以瀝青麻絮或不透水材料，防止流水侵入，該段軟基處理時填方路基按要求放坡，放坡系數(shù)1：1.5，待軟基處理完成后，反開挖邊坡，進行擋墻施工，擋墻施工完成后，再回填部分路基填料.

施工過程中要保證擋墻水泥混凝土達到90%設(shè)計強度后方可開始回填路基填料，路基填料強度要保證地基承載力不得低于200 kPa，否則應(yīng)進行換土或者其他的加固措施.本路段還應(yīng)進行堆載預(yù)壓，堆載預(yù)壓過程中要求荷載力達到設(shè)計要求，把土體中的水分完全排出，保證土體固結(jié)，土體壓實度達到75%以上，堆載預(yù)壓期限不少于3個月，預(yù)壓完成后土體沉降變形不在加大，基本處于穩(wěn)定，本路段路基平均設(shè)計高度為4.7～4.0 m，軟基處理中墊層厚度為0.6 m，設(shè)置2層土工格柵，設(shè)計工后沉降為4 mm.

圖2 原設(shè)計方案

1.3 路基施工及監(jiān)測概況

該路段于2016年5月開始路基填筑，2016年9月完成路基填筑和路面施工，2016年10月1日開始通車，通車后出現(xiàn)此病害，對現(xiàn)場病害情況進行了調(diào)研，并制定了監(jiān)測方案.通過近3.5個月的監(jiān)測，主要監(jiān)測布置點和監(jiān)測曲線圖參見圖3～6.

圖3 監(jiān)測點的布置范圍

圖4 匝道各測點累計沉降柱狀圖（累計111天）

圖5 匝道代表斷面各測點沉降發(fā)展曲線圖

圖6 匝道側(cè)向位移發(fā)展曲線圖（最大位移點位于原地面下12.5 m深度）

由監(jiān)測數(shù)據(jù)及現(xiàn)場調(diào)查可以發(fā)現(xiàn)：

1）該段路基的工后沉降較設(shè)計有明顯增大，近111 d的監(jiān)測期累計沉降最大值已達86.7 mm，加上未監(jiān)測期間的沉降，該橋頭路段累計沉降應(yīng)已遠超橋頭路基100 mm的沉降控制標準；

2）沉降觀測數(shù)據(jù)的發(fā)展曲線表明，路基沉降發(fā)展仍在勻速發(fā)展中，未見沉降速率明顯收斂，橋頭路基沉降速率在0.5～0.8 mm/d之間，橋底錐坡段沉降速率在0.1～0.4 mm/d之間.路基左右存在差異沉降，CK0+415、CK0+405斷面左右差異沉降在3 cm左右.

3）擋墻墻腳處的深層側(cè)向位移仍在持續(xù)發(fā)展中，但位移速率較慢，最大位移點發(fā)生在原地面下12.5 m深度，當前觀測期內(nèi)累計位移近15 mm.

2 病害分析及處治設(shè)計要點

依據(jù)軟基沉降監(jiān)測數(shù)據(jù)和現(xiàn)場路面裂縫現(xiàn)狀，經(jīng)分析匝道路基路面沉陷和擋墻開裂的主要原因為基底軟土壓縮沉降所致，路基穩(wěn)定性不足，底部整體承載力較差，地基及周邊路基發(fā)生了不均勻沉降所致.路段路面出現(xiàn)多條近圓弧形裂縫，在不均勻沉降作用下引發(fā)圓弧狀裂縫，路基滑塌的可能性較大.

該段路基采用鋼花管注漿進行處理，通過鋼花管將流動性良好、膠結(jié)強度高的純水泥漿，在灌漿壓力作用下，漿液以滲入為主的方式充填基底軟土，通過漿液對原來軟土進行加固，膠結(jié)形成強度較高、透水性較低的土體，與大直徑鋼花管形成抗滑性能良好的膠結(jié)體，達到降低基底軟土壓縮沉降的目的.在鋼花管注漿進行處理同時，另一方面對地基、及路基填土部分進行開孔注漿，通過注漿置換孔內(nèi)的泥漿，與鋼管一起形成微型樁，通過路堤填土層內(nèi)的樁側(cè)摩阻力，分擔一定的填土荷載，減少沉降，同時，對擋墻采用C30鋼筋砼外包，并在擋土墻外增設(shè)反壓護道，防止擋土墻繼續(xù)發(fā)生傾斜及開裂.

圖7 鋼化管注漿立面圖

2.1 設(shè)計范圍

對匝道沉陷路基進行處理，處理寬度為右路肩至路中線.鋼花管注漿長度為路面下20 cm至進入持力層1.0 m，見圖7，灌漿水泥用量為160 kg/m.為了防止擋土墻外側(cè)反壓護道填筑發(fā)生的沉降導(dǎo)致通車路基開裂，對反壓護道地底采用管樁復(fù)合地基進行處理，正方形布置，樁間距2.4 m，樁徑300 mm，樁長為30～34 m.

2.2 鋼花管灌漿

2.2.1 鋼花管處治方案設(shè)計

注漿孔呈矩形布置，路面上注漿孔橫向間距1.2 m，縱向間距2.4 m（原管樁樁位處不設(shè)置鋼花管）；擋墻下設(shè)置2排鋼花管，縱向間距為2 m，注漿孔開孔直徑127 mm，垂直度偏差不大于1%，鋼花管孔底進入持力層不小于1.0 m；鋼花管采用公稱直徑Φ89 mm、壁厚4 mm的無縫鋼管.鋼花管每隔50 cm開直徑不小于8 mm的出漿孔，每個開孔段設(shè)8個孔，分4個截面，截面間距3.5 cm，每個截面錯開45°；每米注漿的水泥用量暫定160 kg，最終水泥用量根據(jù)注漿試驗結(jié)果進行適當調(diào)整；注漿水泥采用42.5R以上普通硅酸鹽水泥，注漿水灰比0.8：1；在正式施工注漿之前，需在現(xiàn)場做注漿試驗，以確定注漿時間、注漿壓力和注漿量等設(shè)計參數(shù)，試驗注漿孔不小于3孔；路段的具體處治起終點可根據(jù)現(xiàn)場的實際情況進行適當調(diào)整.

2.2.2 擋墻外包混凝土處治方案設(shè)計

擋墻外包混凝土等級為C30，厚度為0.2 m，內(nèi)設(shè)直徑10 mm的縱橫鋼筋網(wǎng)，鋼筋等級為HRB400（下同），縱橫方向間距為200 mm；外包混凝土由垂直于擋墻墻面的植筋固定，植筋直徑為16 mm，縱橫間距為250 mm，植筋深度為200 mm.

2.2.3 鋼花管注漿施工順序及工藝

鋼花管施工主要包括鉆機成孔、鋼花管下放和注漿等施工步驟，具體施工順序如圖8所示.

1）鉆孔，采用地質(zhì)鉆機成孔，成孔困難時可以套管鉆進.

2）插入鋼花管到設(shè)計深度，鋼花管底部削尖焊封，孔口需注意密封結(jié)實.

3）注漿從下而上逐段進行.注漿起始壓力為0.5～1.0MPa ，中間過程的壓力為0.3～0.8MPa，最終穩(wěn)定壓力為1.0 MP.注漿壓力應(yīng)從管底往上逐漸減小，注漿壓力可根據(jù)試樁情況作適當調(diào)整.

4）單孔注漿結(jié)束標準應(yīng)根據(jù)下列情況綜合決定：a.注漿量達到設(shè)計要求；b.注漿壓力超過設(shè)計值.

5）注漿操作中，要隨時注意觀察現(xiàn)場情況，如果有地表冒漿或裂縫增大或地面隆起等異常情況的，要立即停止注漿，查明原因，采取減小注漿壓力或間歇式注漿的辦法處理.

圖8 注漿流程圖

6）平面施工順序先土路肩，后硬路肩，再路面，平面應(yīng)跳兩孔施工.

2.2.4 注漿效果檢測

注漿后候凝28d進行灌漿效果檢驗.

1）重型動力觸探試驗：應(yīng)在28 d后進行，在距鋼花管0.4 de、0.7 de處分別進行試驗，沿深度每5m作為一個檢測段，每個檢測段注漿后的重型動力觸探擊數(shù)平均值，應(yīng)為注漿前的1.5～2.0倍.

2）抽檢數(shù)量：總灌漿孔數(shù)的0.5%，總數(shù)不小于3點.

2.3 注漿注意事項

1）嚴格按設(shè)計要求配制漿液，施工前應(yīng)注意對鋼花管注漿孔位和管樁樁位進行放樣，水泥強度符合相應(yīng)要求；

2）注漿時記錄每一個孔的每次注漿壓力，注漿量和注漿時間等基本參數(shù)，主要以壓力、每次注漿量和總注漿量為施工控制參數(shù).嚴格控制注漿壓力，施工中密切關(guān)注，防止過大壓力對軟土地基造成過大的側(cè)向壓力，影響軟土路堤的穩(wěn)定性.施工中即使壓力未達到，如出現(xiàn)樁孔附近路面連續(xù)發(fā)生冒漿異?，F(xiàn)象，則立即停止壓漿，并及時向有關(guān)各方反饋，分析原因，解決問題后再施工.

3）由于施工期間對下臥土層擾動較大，為了確保安全施工，應(yīng)加強對附近已通車高速公路路基和結(jié)構(gòu)物的監(jiān)控，監(jiān)控施工期及施工完成后工后一段時期路基變形情況.

4）施工過程應(yīng)注意對監(jiān)測點的保護，以防破壞影響監(jiān)測數(shù)據(jù)連續(xù)性，施工結(jié)束后半年內(nèi)監(jiān)測頻率1次/周，半年后1次/月.

3 注漿后處理效果分析

注漿結(jié)束后，加強對路基等部位養(yǎng)護，在通車運營期間，要定期對高速公路路基的沉降進行監(jiān)測，防止注漿后路基沉降依然較大，影響通車舒適度和發(fā)生交通安全事故.工程界常常將設(shè)計處理后路基的沉降量和位移量作為處理效果的標準，針對注漿措施后的效果采取定期監(jiān)測的方法，根據(jù)其沉降觀測數(shù)據(jù)，再評估此次處理效果.本文對此病害處理情況進行分析并預(yù)防其后續(xù)可能產(chǎn)生的不良后果，對病害情況進行了監(jiān)控，并制定了監(jiān)測方案，監(jiān)測點沉降見圖9.依據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)察看沉降是否收斂，按監(jiān)測方案對路基進行處理，分階段抓重點做好處治工作，在匝道橋臺錐坡側(cè)增設(shè)一個水平位移觀測點，通過監(jiān)測數(shù)據(jù)來分析路基范圍內(nèi)進行鋼花管注漿處置效果.通過近3個月的監(jiān)測，主要曲線圖見圖10.

圖9 匝道各測點沉降柱狀圖

圖10 匝道各測點累計沉降折現(xiàn)圖

根據(jù)監(jiān)測點的沉降柱狀圖可以看出，沉降變形經(jīng)過注漿之后已基本趨于穩(wěn)定，沉降變化不大，由此看出此次處理效果較好，設(shè)計方案可行，雖然部分地域可能由于地質(zhì)等各方面的原因，沉降略有偏大，但整體的沉降已表現(xiàn)出緩和趨勢，不會有過大的變形以影響行車，這表明此次鋼化管注漿解決軟基的不均勻沉降很成功.

依據(jù)觀測點的沉降圖反映情況來看，匝道右側(cè)的沉降量明顯高于其他部位，這與一般沉降觀測結(jié)果不太相同，而這種情況出現(xiàn)主要是由于此段路基右側(cè)為魚塘，其地質(zhì)較為特殊，在施工過程中對其進行填埋，雖有一定的承載能力，但沉降比其他地方稍大，而此次在這個部位出現(xiàn)擋墻開裂正是由于軟土地基未處理好造成的.本區(qū)域經(jīng)過鋼化管注漿處理后，軟土的承載能力已經(jīng)得到改善，和此前的沉降量相比較，以降低很多，表明鋼花樁注漿對處理軟基具有提高承載力，降低不均勻沉降的優(yōu)點.

4 結(jié)語

本次軟土地基進行加固處理后，前期仍有沉降，是因為水泥漿未形成強度，后期注漿的強度形成，基本沉降量趨于穩(wěn)定，在控制范圍之內(nèi)，滿足工后沉降的要求，這對處理好的路面不會造成由于不均勻沉降而影響汽車的高速行駛.針對軟弱地基的處理思路是加強對地基土的改良，采用混凝土及其他膠凝材料和軟土組合形成具有一定承載力的復(fù)合土，使其具有足夠的承載力，提高其整體強度，最大限度的降低不均勻沉降，保證土體穩(wěn)定.本文提出的鋼化管注漿法成功地解決了軟基不均勻沉降帶來的危害，避免因公路路面開裂而造成安全隱患，對其他軟基處理具有一定的借鑒作用.