双液注浆法在高速公路桥台背填土加固处理中的应用

双液注浆法在高速公路桥台背填土加固处理中的应用摘要：介绍柳州至王灵高速公路桥台背填土在压力注浆加固方法的选择、注浆设计以及施工工艺等方面的经验体会，双液化学注浆法加固处理桥台背填土效果明显。关键词：桥台背填土；双液化学注浆；设计；施工1.概述柳州至王灵高速公路（以下简称柳王路）桥台背填土因受施工场地条件限制，碾压机很难把填土压实到设计要求，公路建成通车后桥台背填土往往容易产生差异沉降而造成桥台伸缩缝附近的路面下沉、开裂，危及行车安全。为了防止路面下沉、开裂，必须对填土进行压力注浆加固处理。桥台背填土与一般软弱地基的边缘条件不同：填土位于原地表面以上，有四个方向面处于临空状态，填土面覆盖有混凝土路面板。因此桥台背填土在压力注浆加固方法的选择、注浆设计以及施工工艺等方面与一般软弱地基有所不同。在负责柳王路3座桥（南梧分离式立交、王灵分离式立交、小平阳立交）桥台背填土的注浆设计与施工中得到了一些体会，在此作简单总结。2.压力灌浆加固方法的比较与选择根据浆液输送方式分类，压力注浆加固方法可分为单液注浆法与双液注浆法两种。单液灌浆法就是采用1台浆泵将纯水泥浆液（或混合浆液）输送到注入管并在压力的作用下通过注入管进入土体。双液注浆法就是采用两台压浆泵分别将水泥浆液和化学浆液输送到同一条注入管，两种液体在管内混合后在压力的作用下进入土体。两种注浆方法对土体的加固原理基本相同，即具有充填和胶结性能的浆液在压力的作用下，以渗透、压密等运动方式作用于土体，在土颗粒的间隙、土层的界面扩散、胶凝、固化，形成似球体、块体、条、脉、片状固结体分布于土体中，和原土体组成一种强度高的新土体，从而达到加固软弱地基的目的。因浆液材料不完全相同，两种注浆方法在对施工工艺、浆液材料、浆液固结率、加固时效等方面也有区别，具体见表1。表1双液注浆法与单液注浆法对比表灌浆方法施工工艺浆液材料空隙充填系数加固时效单液注浆单管输送浆液水泥浆0.7~0.8固结时间长，容易漏浆，很难抬高路面双液注浆双管输送浆液水泥浆、化学浆1.0固结快，能有效止住漏浆，容易抬高路面经过比较，双液化学注浆比单液注浆有以下显著优点：1)因双液注浆法所用的化学浆有加速水泥浆凝固的作用，因此能有效的止住漏浆，控制浆液在特定的范围内固结，避免浆液跑失造成浪费，从而提高对土体的加固效果，并且可以减少漏浆对路基、路面及桥台锥坡的污染。2)双液注浆法因浆液凝固快，加固后的复合土体固结加快，工期就相应缩短，因而减少了封锁路面通车的时间。3)双液注浆法能加快浆液凝固，在基础底面或路面板底快速形成固体的水泥硬块，从而达到抬高已经下沉的路面的目的。4)单液灌浆法的孔隙充填系数比双液注浆法的小0.2~0.3，故单液注浆效果比双液注浆效果要差。综上所述，双液注浆法加固效果好、工期短，故选用该方法来加固处理柳王路的桥台背填土。3.注浆设计3.1注浆孔距L一般取L≤2r，注浆半径r根据以下公式求得：Fsp=[1/（π·r２）·a·R+（1-a）fo]/k式中：Fsp——补强后填土路基承载力，kPa；r——注浆半径；a——原孔隙充填系数；R——结石体无侧限抗压强度，kPa；fo——填土地基承载力，kPa；k——安全系数。柳王路桥台背填土各参数的取值范围如下：fsp取200kPa,fo为110~150kPa,R为8~10MPa，a为20%~25%，k取1.5。经计算，注浆半径r为1.5~2m,对应注浆孔距为3~4m。3.2注浆量Q注浆量Q包含水泥浆和化学浆的用量，计算出注浆量后，根据水泥浆配比、化学浆配比以及水泥浆与化学浆的比例即可计算出水泥用量及水玻璃（化学浆的主要成分）的用量。注浆量Q按以下公式计算：Q=V·n·m·（1+L）式中：V——加固区的总体体积；n——土体空隙率；m——孔隙充填系数；L——浆液损耗系数，在5%~15%之间变化。3.3注浆孔位布置注浆孔布置采用梅花型布孔方式，柳王路的注浆孔距L的范围为3~4m，在满足孔距的要求下，应根据路面水泥板块之间的伸缩缝作适当的调整，保证孔位与伸缩缝的距离大于1m，否则容易沿伸缩缝漏浆或造成水泥板开裂。3.4注浆范围桥台背填土厚度均匀时，加固范围一般沿公路纵向距离桥台伸缩缝15~20m；填土厚度沿公路纵向呈梯形状分布时，加固范围从桥台伸缩缝开始到厚度小于3m的路段止，但距离桥台伸缩缝一般不超过20m。若有特殊原因和要求，加固范围可以适当调整。3.5注浆厚度常规的加固深度一般要深入到原地面（原状土）以下0.5~1m。3.6注浆次序平面上，先注边缘孔，后注奇数孔，后注偶数孔；垂直上应从下往上漫漫注浆，原因是因为填土处于无侧限状态，路面水泥板块受外力作用容易抬高或破裂，若先上后下，路面板过早出现抬高反应，伸缩缝过早出现漏浆现象，容易造成填土吃浆不饱满，降低注浆加固的效果。3.7浆液配制双液注浆法的浆液包含化学浆和水泥浆。两浆液的成分及配比如下：1)水泥浆成分为水泥和水，其配比为1：1。水泥宜采用普通硅酸盐水泥，标号大于325#，一般不得超过出厂日期3个月。灌浆用水应是可饮用的河水、井水及其他清洁水，不宜采用pH值小于4的酸性水和工业废水。2)化学浆主要成分为水玻璃。水玻璃模数为2.4~3.0，浓度25%~30%。水玻璃的作用是加速浆体凝固，为提高浆液扩散能力和可泵性掺入0.3%~0.5%（占水泥用量）的膨润土。3)水泥浆于化学浆的比例不是固定的，应根据浆液胶凝的时间要求来定，可以通过现场做简单的胶凝试验来确定满足胶凝时间要求的浆液比例。浆液胶凝的时间要求是根据土体渗透性来定的。柳王路加固工程中化学浆与水泥浆的比例控制在为（1：10）~（3：10），渗透性大以及位于边缘的土体比例取大值，反之取小值。两种浆液的比例是通过对梁台压浆泵流量的调节来控制的，即化学浆泵的流量与水泥浆泵的流量的比例亦为（1：10）~（3：10）。3.8注浆压力因桥台背填土有四个方向的临空面处于无测向压力状态，而且路面容易被抬高或破坏，因此注浆压力不宜太大。注浆压力的大小应根据填土的渗透性以及深度来调节。柳王路填土加固时注浆压力一般控制在0.2~0.4之间，渗透性小、深度大的土体压力取大值，反之取小值。3.9注浆速度注浆时要以压力来控制注浆速度，一般应在浆液、胶凝时间以前，注完需要的一次注入量为原则。上文所述，浆液胶凝的时间要求是根据土体渗透性来定的，因此注浆速度也不是固定不变的。柳王路填土加固施工时注浆速度一般控制在0.001~0.003m３/min之间。4.注浆施工双液注浆的施工工序依次为：用取芯机钻穿混凝土路面板。人工打管、高压冲洗管、试水、注浆、拔管、封孔、检测。施工中要重点注意以下事项：1)及时堵漏。若填土边坡或路面伸缩缝出现漏浆，应用棉纱、废布料、水泥袋、石块等物品堵住出浆口然后输送化学浆浓度较高的浆液以加快出口的浆液固结，达到快速止漏的目的。2)防止堵管。化学浆和水泥浆在注入管内混合，混合浆在流动中是不会固结的，一旦浆液停止流动很快就会固结造成堵管，因此注浆要连续进行，若特殊原因需要中途停工时，要及时把注入管冲洗。3)路面及边坡胀裂观察。填土因四面处于无侧限状态，在浆液挤压的作用下，路面及边坡容易出现开裂现象，故注浆中要随时对注浆孔附近的路面及边坡进行巡视观察。在此介绍一个简易的观察方法：在路面伸缩缝、路面旧裂缝、边坡旧裂缝面上放上干的水泥粉并抹平，若出现胀裂反应，水泥粉面就会出现清晰的小裂缝。4)路面抬高观察。注浆中路面经常会整体抬升，因此要设置观察点，控制路面抬高超标。一般在注浆孔附近的路面设置观察点，采用水准仪定时观察。在此提供一个简易的观察方法：在注浆孔周围的路面上水平布设4条长细线，纵横各2条，线条的固定端要置于不受抬升影响的路面上，线条距离路面有一定的距离，通过观察路面与线条的距离变化来判断路面是否抬高。5)固结保养。注浆工程完工后不要立刻开放通车，否则路面容易开裂，原因是刚加固的土体尚未完成固结，在受到车载重力及振动的作用下，土体容易变形下沉造成路面开裂。因此要注意填土的固结保养，保养期一般为1~2d。5.结论采用双液注浆法来加固柳王高速公路桥台背填土取得了良好的效果，填土承载力提高到200kPa，柳王路通车至今已有6年多时间，经加固后的桥台背填土未见出现路面下沉开裂的现象。