袖阀管法压浆技术在处理路基沉陷中的应用

袖阀管法压浆技术在处理路基沉陷中的应用1工程概况S331公路K61+870-K61+980段路基大面积沉陷，路基滑移。北侧路基最大沉陷深度达5厘米，平均沉陷深度达3厘米;南侧路基沉陷深度平均为2厘米。路基平均滑移裂缝宽度达1.5厘米，路基挡土墙已经严重变形、失稳，浆砌石挡土墙砌筑质量较差，勾缝砂浆剥蚀老化，砌体脱落，经调查，南侧挡土墙于2002年倒塌，重新砌筑后，目前挡土墙已严重倾斜，存在随时倒塌的可能。直接影响到车辆与行人的安全，也加快了车辆本身的损坏，影响了公路的使用寿命和社会效益。我们组织有关技术人员进行了现场调查，为保证行车安全，预防病害发展，经综合分析论证，采用静压注浆(袖阀管式)技术进行处理路基。2病害产生的原因分析该段为填方路段，最大填土深度6米，平均4米左右，填土为杂填土。经分析，产生路基沉陷，边坡失稳的原因主要有以下三个方面:2.1由于2003年高强度长历时降雨，在降雨过程中，大量雨水渗入路基，造成路基土含水量增大。在高强度降雨及车辆荷载作用下，土中产生反复的拉压应力，破坏土的结构，使其强度(特别是抗剪强度)降低，促使路基失稳破坏，产生路基沉降及滑移。2.2由于该路段填土厚度较大，侧向约束能力较差，土体在抗剪强度降低时，土体比较软，在车辆及自重荷载作用下，产生土颗粒侧向移动及软粘土的徐变，最终表现为路基侧移，这样更加剧了路基沉降，同时对挡土墙的主动土压力增加，造成挡土墙的失稳。2.3北侧道路上行驶的多为大型超重车辆，在车辆荷载的作用下，相对南侧道路破坏严重。3路基加固处理方案根据现场调查的地质条件及造成病害的原因，处理方案以提高路基土的承载力，提高压缩模量，增加土体抗剪强度，增强路基土的整体性为原则，处理后使路基土体的变形减少，整体性加强，抗剪强度提高，增强抗侧滑能力。据此，我们认为采用袖阀管式静压注浆处理方案，对该段路基进行处理、抬升路面是有效的。4袖阀管式静压注浆方案工艺简介及其加固机理4.1工艺简介袖阀管式注浆是在路基中按某一角度施设一定深度的钻孔，予灌套壳料，设置注浆外管，注浆外管将永久留在土体中，注浆外管每隔一定间距预留出浆口，在出浆口处加设截止阀，注浆时，将带封堵装置的注浆内管置入注浆外管内，对需要注浆部分进行注浆。这样在土体中产生以钻孔为核心的桩体，且在桩体外围土体裂隙中形成抗剪能力强的树根网状浆脉复合体。4.2加固处理由于粘性土的孔隙小，且不连通，在软粘性土地层中进行静压灌浆实为劈裂灌浆，即浆液在压力作用下进入土层后，浆液周围土体的孔隙水压力急剧增高，当其大于地层的初始应力时，引起局部土体的剪切破坏，浆液沿着地层的结构面及小主应力作用面产生劈裂，使土体的可灌性增大。浆液沿结构面及小主应力面向外向上形成劈裂、延伸和扩散。在平面上，浆脉是树根状及网络状分布。在纵向由于分段灌注，形成上下连续的不规则的板状凝结体。在软粘性土中，浆液是靠劈裂效应将浆脉结构固结在土体中的，因此，土体的加固效果取决于浆脉的密度和凝结体的强度。随着复灌次数、灌浆量及压力的增加，主浆脉和分支浆脉的厚度将会增加，凝结体在土体中形成密度较大，并有一定刚度的骨架结构，与被注浆脉分割、互相围封、相互约束的土体形成复合地基。浆液在劈裂、延伸及扩散过程中对周围土体产生挤密及充填作用，从而改善和根本改变地基的物理力学性质及承受荷载的作用机制，提高土体的强度和减少变形，达到加固土体的目的。另外，由浆液的水化凝固与地基土排水固结变形不协调，致使水泥凝结体与地基土之间界面的透水性远大于土体本身的透水性，形成纵横交错的排水通道，有利于由灌浆引起的超孔隙水压力消散及浆脉与土体的固结。因此，又进一步提高复合地基的强度，降低土的压缩变形。4.3方案的特点因该路基土为杂填土，局部含水量较高、土体软弱，因此采用袖阀管式静压灌浆，使土体强度在多次注浆中得到提高，使土体与凝结体结合在一起，具有“加筋土”及“树根桩”的双重优点，增强整体抗滑能力。另外，因袖阀管注浆中截止阀的单向性，可以多次地人为控制注浆量，减少注浆对土体的扰动破坏程度，使路面抬升控制在合理的范围。5袖阀管注浆工艺流程与方法5.1定孔位按设计要求放线、定孔位，并严格按图纸施工。5.2钻孔按放线孔位，把钻机安置在所钻孔位置，经检测垂直度、倾斜角度后方可开钻。钻进过程中，要详细记录，包括地层情况，孔位移动距离、方向、异常情况、处理措施，经现场技术人员验收合格后，方可移孔。孔位偏差不得大于10cm。5.3下注浆外管将制作好的注浆外管平稳地置入孔内，其连接要牢固，各截止阀一定要可靠。5.4制浆按设计配合比或浆液比重搅拌浆液，搅拌浆液时间不得小于3分钟，制备好的浆液放置时间不得超过2小时，每孔每段注浆结束后，要计量水泥用量。5.5洗孔为保证重复注浆的效果，在每次注浆完成后，要对注浆孔进行洗孔，用优质泥浆完成，确保下次注浆顺利进行。5.6补灌在注浆量及压力达到要求后，对注浆外管进行封口补灌，使管内填满灰浆。6灌浆技术要求6.1灌浆材料1.水泥①根据施工图纸或监理人员指令，选用灌浆用的水泥品种。采用普硅水泥32.5R。②水泥细度要通过80μm方孔筛，其筛余量不大于5%。③灌浆用的水泥必须符合规定的质量标准，不得使用受潮结块的水泥。水泥不应存放过久，出厂期超过三个月的水泥不应使用。(2)水灌浆用水应符合JGJ63-89第3.0.4条的规定，拌浆水的温度不得高于40℃。6.2设备(1)钻孔设备钻机和钻头应根据工程地质条件选用，宜采用回旋式钻机和冲击式钻机。(2)灌浆设备灌浆泵性能应与灌浆浆液浓度相适应，容许工作压力应大于最大灌浆压力的1.5倍。搅拌机应保证均匀连续的拌制浆液，灌浆前应试运行。灌浆管路应畅通，并能承受1.5倍的最大灌浆压力。灌浆泵和灌浆孔口处均安装压力表。6.3钻孔要求钻孔采用回旋钻机合金钻头，孔位偏差不大于10cm。6.4制浆(1)制浆材料必须称量，称量误差小于5%。水泥等固相材料采用重量称量法。各类浆液必须搅拌均匀并测量浆液密度。(2)纯水泥浆液的搅拌时间，使用普通搅拌机时，不少于3分钟;使用高速搅拌机时，不少于30秒。浆液在使用前过筛，自制备至用完的时间少于3小时。(3)拌制细水泥浆液和稳定浆液加入减水剂和采用高速搅拌机。搅拌时间通过试验确定。细水泥浆液自制备至用完的时间少于2小时。(4)集中制浆站制备水灰比0.5:1的纯水泥浆液。输送浆液流速为1.4~2.0m/s。各灌浆地点测定来浆密度，调制使用。(5)浆液温度保持在5~40℃，超过此标准视为废浆。6.5灌浆压力和灌浆方法(1)注浆压力暂定0.3Mpa，根据上覆土层厚度及路面高程监测情况进行调整。(2)每孔自下而上分段进行灌浆，每段0.75米。6.6浆液水灰比和浆液变换灌浆采用纯水泥浆液，水泥为R32.5普通硅酸盐水泥。(1)灌浆浆液按水灰比分为三级:3:1，1:1，0.5:1。由稀到稠按灌浆设计要求变换浆液和终止。(2)灌浆中，当某一级浆液灌入量已达300L以上，或灌注时间大于1小时，而灌浆压力及吸浆量均无改变或改变不显著时，应改浓浆液灌注。当注入率大于30L/min，灌浆即可越级变浓。6.7灌浆结束标准(1)在规定的设计压力下，如果吸浆量不大于0.4L/min，应继续灌注30分钟，或吸浆量不大于1L/min，应继续灌注60分钟，灌浆工作方可结束。(2)当长期达不到结束标准时，应报监理人员共同研究处理措施。6.8灌浆孔封孔(1)每个灌浆孔全孔灌浆结束后，承包人应会同监理人员及时验收，合格的孔才能进行封孔。(2)灌浆孔应采用“分段压力灌浆封孔法”。由于精心组织，措施得力，该路段施工取得满意效果，重新开放交通至今，未出现路基下沉现象。