灌浆法在加固处理软路基中的应用:软土路基加固方法

　　【摘 要】介绍了武吉高速B13标软土路基灌浆加固设计、施工、检测及效果。　　【关键词】灌浆；软路基；复合地基；承载力　　1 工程概况　　武吉高速B13标易家桥引道（长500m，宽17m）工程地质条件较差，上部地层（主要受力层）主要由杂填土（厚度1.3m～3.2m，平均2.0m）、淤泥或淤泥质土（厚度0.4m～1.4m，平均0.64m）、粉、细砂（厚度0.6m～3.6m，平均1.8m）组成。由于杂填土结构疏松（fk＝90kPa）、淤泥或淤泥质土呈软～流塑状（fk＝50kPa）、粉、细砂饱和松散（标贯试验锤击数平均6击，fk＝100kPa），满足不了上部荷载对路基的要求，因而导致路基在通车后将产生较大沉降。为保证该段路基的稳定，提高地基土强度和变形模量，以满足上部荷载对地基土承载力的要求，提出了对该段路基采取灌浆加固处理方案。这主要是基于杂填土孔隙大，可灌性好，灌浆后其力学强度、抗变形能力和均一性会有所提高，整体结构得到加强；淤泥或淤泥质土和粉、细砂通过钻孔灌入浓浆后，使土体压密和置换；杂填土之上已施工完的30cm厚6％水泥石屑稳定层为良好的灌浆盖板。
　　2 灌浆加固机理
　　灌浆就是要让水泥或其他浆液在周围土体中通过渗透、充填、压密扩展形成浆脉。由于地层中土体的不均匀性，通过钻孔向土层中加压灌入一定水灰比的浆液，一方面灌浆孔向外扩张形成圆柱状浆体，钻孔周围土体被挤压充填，紧靠浆体的土体遭受破坏和剪切，形成塑性变形区，离浆体较远的土体则发生弹性变形，钻孔周围土体的整个密度得到提高。另一方面随着灌浆的进行，土体裂缝的发展和浆液的渗透，浆液在地层中形成方向各异、厚薄不一的片状、条状、团块状浆体，纵模交错的浆脉随着其凝结硬化，造成结石体与土体之间紧密而粗糙的接触，沿灌浆管形成不规则的、直径粗细相间的桩柱体。这种桩柱体与压密的地基土形成复合地基，相互共同作用起到控制沉降、提高承载力的作用。
　　3 灌浆设计
　　3.1 灌浆标准
　　3.1.1 强度控制标准灌浆后，杂填土承载力标准值（fk）要求达到130kPa，淤泥或淤质土fk值80kPa～100kPa，粉细砂fk值大于110kPa；复合地基承载力标准值不小于130kPa。
　　3.1.2 施工控制标准施工控制标准是获得最佳灌浆效果的保证。本次灌浆对象之一的杂填土，由于均一性差、孔隙变化大、理论耗浆量不定，故不单纯用理论耗浆量来控制，同时还按耗浆量降低率来控制，即孔段耗浆量随灌浆次序的增加而减少。
　　3.2 灌浆段选择本次灌浆分两个灌浆段，即第一灌浆段为杂填土范围；第二灌浆段为淤泥或淤泥质土和粉、细砂范围。
　　3.3 浆材及配方设计浆材采用两种配方的纯水泥浆，在第一灌浆段水灰比为0.5，在第二灌浆段为0.75。若杂填土中局部孔隙较大，导致灌浆量过大时，采用水∶水泥∶细砂＝0.75∶1∶1的水泥砂浆灌注。
　　3.4 浆液扩散半径（r）的确定由于杂填土均一性差，其孔隙率、渗透系数变化大，因而仅用理论公式计算浆液扩散半径显然不甚合理，现据大量的经验数据，暂定r值为1.5m。在现场进行灌浆试验后进一步确定r值。
　　3.5 灌浆孔位布置灌浆孔采取梅花形分布，假定灌浆体的厚度b为1.66m，则灌浆孔距L＝2×（r2－b2／4）1／2＝2×1．52－1.662／4）1／2＝2.5m，最优排距Rm＝r＋b／2＝1.5＋1.66／2＝2.33m。
　　3.6 灌浆孔孔深根据工勘资料，暂定孔深3.5m～6.0m，平均约4.5m，以孔底到粘性土层为准。
　　3.7 灌浆压力由于灌浆压力与土的重度、强度、初始应力、孔深、位置及灌浆次序等因素有关，而这些因素又难以准确地确定，因而本次灌浆的压力通过灌浆试验来确定。现据有关公式计算，暂定灌浆压力在第一、第二灌浆段灌浆时分别为0.1MPa～0.2MPa、0.3MPa～0.4MPa，在灌浆过程中根据具体情况再作适当的调整。
　　3.8 灌浆量灌浆量主要与灌浆对象的体积v、土的孔隙率n和经验系数k值有关，据Q＝k．v．n公式，理论估算杂填土、淤泥或淤泥质土和粉、细砂的单位吸浆量分别为0．35m3、0．28m3和0．18m3。
　　3．9 灌浆结束标准在规定的灌浆压力下，孔段吸浆量小于0．6L／min，延续30min即可结束灌浆，或孔段单位吸浆量大于理论估算值时也可结束灌浆。
　　4 灌浆施工
　　4.1 准备工作 正式施工前，保证设备器具和材料按时到场，着重做好灌浆试验工作，调整灌浆压力、浆液扩散半径、孔距和排距后及时将孔位放样至实地。
　　4.2 施工设备机具选型针对地层条件和设计要求。
　　4.3.1 施工顺序根据机型、现场施工条件、工程地质条件和灌浆方法等，采取从里往外的方式进行。
　　4.3.2 施工程序成孔→安放灌浆管并孔口封堵→搅浆→灌浆→待凝→成孔→安放灌浆管并孔口封堵→搅浆→灌浆→封孔。
　　4.3.3 施工技术要点（1）成孔钻头（Φ110mm）对准孔位后，采取冲击成孔的方法钻进。在杂填土中钻进时，若孔壁不稳，可下入导管护壁；当钻进到淤泥或淤泥质土和粉、细砂时，下入导管护壁，然后采取捞砂筒取砂成孔的方法直至下卧粘性土层。（2）灌浆管安放及孔口封堵灌浆管下端设置0．7m～1．0m长且下端封口的花管，花管孔径Φ8，孔隙率15％左右；在花管外壁包扎一层软橡皮，以防流砂涌进花管导致灌浆无法进行。当成孔达到预定深度后，将灌浆管下到位，再用水泥袋放入孔中水稳层底部包裹灌浆管并接触孔壁即“架桥”，然后投入粘土分层夯实至孔口。（3）搅浆先往搅拌浆筒内注入预定的水量并开动搅浆机后，再逐渐加入425＃普通硅酸盐水泥直到预定的用量，搅拌3min～5min后将浆液通过过滤网流到储浆筒内待灌。（4）灌浆灌浆采用自上而下孔口封闭分段纯压式灌浆方法，即自上而下钻完一段灌注一段，直到预定孔深为止。灌浆段的长度以杂填土和淤泥或淤泥质土、粉、细砂厚度来确定；灌浆压力采取二次或三次升压法来控制，即灌浆开始采用低压（小于0．1MPa）或自流式灌浆，对杂填土而言，当吸浆量较大时采取间歇灌浆或用砂浆灌注，终灌时的压力要达到设计值；灌浆结束标准严格按设计执行。（5）封孔灌浆结束后及时封孔，即第二灌浆段灌浆结束过半小时后，排除孔口封堵物，再往孔内投入砂石直到水稳层顶面，过24h后，若浆液下沉，再补充水灰比0．5的浆液至水稳层顶面。
　　4.4 特殊情况下的技术处理措施（1）在灌浆过程中，发现浆液冒出地表即冒浆，采取如下控制性措施：①降低灌浆压力，同时提高浆液浓度，必要时掺砂或水玻璃；②限量灌浆，控制单位吸浆量不超过30L／min～40L／min或更小一些；③采用间歇灌浆的方法，即发现冒浆后就停灌，待15min左右再灌。（2）在灌浆过程中，当浆液从附近其他钻孔流出即串浆，采取如下方法处理：①加大第Ⅰ次序孔间的孔距；②在施工组织安排上，适当延长相邻两个次序孔施工时间的间隔，使前一次序孔浆液基本凝固或具有一定强度后，再开始后一次序钻孔，相邻同一次序孔不要在同一高程钻孔中灌浆；③串浆孔若为待灌孔，采取同时并联灌浆的方法处理，如串浆孔正在钻孔，则停钻封闭孔口，待灌浆完后再恢复钻孔。