王华俊，徐洪科，董理金

(1.浙江省工程勘察院，宁波 　315012；2.浙江宁波甬台温高速公路有限公司，宁波　315040)



钢花管注浆加固在高速公路边坡挡墙病害防治中的应用研究

王华俊1，徐洪科2，董理金1

(1.浙江省工程勘察院，宁波 315012；2.浙江宁波甬台温高速公路有限公司，宁波315040)

高速公路建设期间，挡墙作为边坡加固方式之一得到了普遍应用，但随着高速公路运营时间增长，由于前期设计、施工、养护等原因，边坡挡墙病害不断增多，其安全问题成为了公路运营过程中亟待解决的难题。钢花管注浆加固能够起到加固岩土体、增强抗滑能力，而嵌入地层的钢花管又能起到锚固桩作用，是较好的边坡病害处治方法，但目前在运营高速公路挡墙病害防治中的研究应用相对较少。文章以浙江省某高速公路K298边坡挡墙为例，根据边坡的地质条件及挡墙病害情况采用钢花管注浆加固，并确定了合理的注浆压力、扩散半径及注浆孔间距。工程实践结果表明该方法是一种经济适用、施工简便的挡墙病害处治措施。

边坡挡墙；钢花管；注浆加固；注浆压力；扩散半径

边坡病害防治中，可以向岩土体中注浆以固结岩土体，使其成为强度和稳定性高的新结构体，改善岩土体的物理力学性质，而达到自稳的能力。目前，国内外对钢花管注浆加固边坡进行了较系统的研究和应用[1-9]，许多工程实践表明其能够起到抗滑阻挡，提高边坡的整体稳定性。钢花管注浆加固有着施工工艺简单、工期短、无需大开挖、加固效果良好、成本较低等特点，其在边坡治理中也得到不断地应用。在实际工程中主要以经验为主，合理确定注浆压力、扩散半径及注浆孔间距是治理成败的关键。

浙江某高速公路虽然在公路施工期间对边坡进行了治理，但由于地形地貌、地质条件的差异性较大,以及气象水文特征的影响，决定了沿线边坡岩土工程问题的复杂性。随着高速公路运营时间增长，K298公路边坡挡墙出现了较严重的鼓胀开裂等病害，在采用钢花管注浆加固后，取得了较理想的效果，为今后工程技术人员在类似工程中使用这种加固技术提供了很好的借鉴。

1　注浆压力及扩散半径的确定

1.1注浆压力的确定[10]

注浆加固的成功与否取决于注浆压力的控制。地层容许注浆压力一般与岩(土)层的物理力学指标、地质条件有关，与注浆孔段位置、埋深、注浆材料、工艺等也有一定的关系。

注浆压力的确定可以通过注浆试验确定，如图1所示为注浆试验获得的注浆压力与注浆量的关系曲线。从图1的曲线上可以看出，当注浆压力达到某一值Pf时，注浆量突然增大，这表明在注浆压力为Pf时，地层结构发生破坏后孔隙尺寸已被扩大，因而可以把Pf作为地层的容许注浆压力值。

当缺乏试验资料，或在进行现场灌浆试验前确定一个试验压力时，可参照类似工程的经验和有关公式初步拟出，再在工程实施中，根据具体情况再作适当地调整。

容许压力公式：

(1)

式中，P为容许注浆压力(100 kPa)；C为与注浆期次有关的系数，第一期孔C=1，第二期孔C=1.25，第三期孔C=1.5；H为覆盖层厚度(m)；K为与注浆方式有关的系数，自上而下灌浆时K=0.8，自下而上灌浆时K=0.6；λ为与地层性质有关的系数，可在0.5～1.5之间选取，结构松、渗透性强的取低值，反之取高值；h为地面至注浆段的深度(m)；β为系数，在1～3范围内取值；γ为覆盖层的重度(kN/m3)。

图1注浆试验曲线

1.2注浆扩散半径的确定

扩散半径是以钻孔中心为原点的浆液充填范围。

注浆扩散半径的确定对注浆加固的工程量、费用和注浆效果都有着重要的意义。注浆扩散半径的确定主要有两种方法：一是，按照理论公式进行计算，由于浆液在裂隙中的扩散实际上是不规则的，所以从理论上计算扩散半径与实际存在一定的差异，但对注浆加固设计仍具有参考价值；二是，现场注浆试验确定，通过对观测孔进行压水试验和冲浆观测确定出注浆扩散半径。

在没有试验资料时，可按土体渗透系数参照表1取值确定。

表1　按渗透系数选择注浆扩散半径

渗透系数是反映岩土体透水能力的参数，对于砾岩和砂土等材料，其值较大，对于黏土和泥岩而言，渗透系数相对较小。在实际应用过程中，如果缺乏渗透系数的实测值，则可以根据岩土体的类型来进行估计，表2列出了常见的不同岩土体的渗透系数。

表2　不同岩土体的渗透系数

2　工程实例

2.1工程概况

浙江某高速公路K298边坡开挖高度约13 m，坡向约50°，坡脚设置高约4 m的浆砌块石挡土墙，坡面采用浆砌片石护面墙防护，坡率1∶0.75；边坡后缘为自然斜坡，坡度约30°，植被发育。

2013年公路管理人员例行检查时，发现挡土墙出现了大面积挤胀松动、墙面勾缝及砌体砂浆脱落开裂现象；在挡土墙顶发现有沿边坡走向的裂缝，长约60 m，裂缝宽度1～5 cm，呈中间宽两端渐变窄，明显贯通的纺锤形；在二级边坡坡面发现坡面有局部隆起现象，且护面墙勾缝脱落块石松动。现状调查发现该路堑边坡后缘无明显地表裂缝发育。

2.2地形地貌

该路堑边坡场地属构造剥蚀低山丘陵地貌类型。丘陵区植被较发育，地形起伏大，山体自然坡度山脊线以东一般20°～40°，坡体上陡下缓，山体自然坡度山脊线以西一般35°～55°，山脊处普遍存在陡崖。

2.3地层岩性

(1) 前第四系

主要为上白垩统紫红色含砾砂岩或砾岩，上部为紫灰色角砾凝灰岩，且区内岩浆活动强烈，边坡区岩脉多见。岩性主要为斜长霏细斑岩和安山玢岩岩脉。其中中-微风化岩体主要为较软-较硬岩。强风化岩体呈暗红色，中-微风化则呈紫红色。

(2) 第四系

主要为残坡积土层和风化松动破碎岩体，近坡脚处厚度较大，在边坡区域一般11.6～12.7 m，沿山坡自坡脚向上渐变薄，山顶处缺失，基岩出露。根据其岩性特征，可将其分为混砾砂粉质黏土和含黏性土块石二层。

2.4边坡病害原因分析

(1) 仅坡脚处设置一道挡土墙，且挡土墙基础位于残坡积土层中，土质松散，稳定性相对较差，挡土墙抗滑能力有限。

(2) 挡土墙未设置排水孔，不能有效地排出墙后地下水。

(3) 后缘截水沟与护面墙压顶之间形成的集水区域，普遍无良好排水路径，地表水易下渗坡体，增加土体重量，降低土体的强度，土压力增大，最终导致墙体变形开裂。

3　处治方案

注浆钢花管具有[11,12]：① 支挡作用：钢花管与注浆体共同构成一个微型桩，穿过滑动面嵌入稳定岩土层构成锚固桩，起到支挡滑体的作用。② 增阻作用：浆液凝固时具有黏聚性，使得滑坡体与滑床黏聚形成一个整体，改善滑带土的物理力学性质，增大摩阻力，从而提高滑面(带)处岩土体的增阻作用。③ 抗滑作用：增强了钢花管周围岩土体的强度，提高了岩土体的侧向承载力；注浆加固钢花管周围的滑体、滑带土以及滑床下的稳定岩土体，使加固体与钢花管桩形成一个整体，起到共同抗滑作用。

由勘察情况可知，该边坡在临近公路的中下部残坡积土层处于蠕动变形阶段，尚未形成明显的滑移软弱面，滑动面不明显，但有滑坡破坏的发展趋势，且边坡变形破坏模式为牵引式。因此，可以在边坡前缘采用钢花管注浆加固挡土墙，稳固坡脚，从而提高该边坡的整体稳定性。

根据挡土墙病害原因及地质情况，该边坡最终采用钢花管注浆加固挡土墙结合仰斜式排水孔进行处治，治理剖面如图2所示。

图2　边坡治理剖面图

在一级挡土墙墙角处布设一排注浆孔，对挡土墙地基进行注浆加固，注浆孔内设置钢花管，如图3所示。钢花管采用无缝钢管，主要设计参数见表3所示，水泥采用P0、42.5R普通硅酸盐水泥，分两次进行注浆，可根据注浆效果，适当调整水灰比，按跳孔间隔注浆方式注浆。

3.1注浆压力设计

根据试验数据结合工程地质类比及规范，综合考虑取得注浆主要计算参数见表4所示。

图3　钢花管设计图(尺寸单位：mm)

表3　主要设计参数

表4　注浆压力计算参数

根据前述式(1)，计算本工程P=2.290 2 MPa，设计注浆压力选用2.0 MPa，具体施工应结合现场试验，调整选定。

3.2注浆扩散半径设计

本工程渗透系数K=5×10-4m/s，根据本工程特点结合表1，γ取值1 m，具体施工应结合现场试验，调整选定。

3.3注浆孔间距设计

注浆扩散半径确定后，可以确定注浆孔间距，合理的注浆孔间距可以很好地发挥注浆作用，节省费用。一般采用等距布置，间距为注浆扩散半径的0.8倍，一般取1.0～2.0 m。本工程注浆孔间距为1.0 m。

在钢花管注浆加固完成后，在挡土墙顶部布置位移监测点进行定期监测，通过2 a的监测数据分析，治理后挡土墙处于稳定状态，因此，可以判定钢花管注浆取得了较理想的加固效果。

4　结论

(1) 钢花管注浆加固病害挡墙，既提高了岩土体的强度，而嵌入地层的钢花管形成锚固桩也起到抗滑支挡作用。

(2) 钢花管注浆加固要达到预期效果，确定合理的注浆压力、扩散半径及注浆孔间距非常重要。设计过程中应注意计算参数的选取。

(3) 实际运用中，钢花管注浆加固应根据边坡地质条件和病害情况，联合其他处治方式进行综合治理。

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APPLICATION OF GROUTED STEEL FLORAL TUBE IN PREVENTING DISEASES OF SLOP RETAINING WALL IN HIGHWAY

WANG Hua-jun1，XU Hong-ke2，DONG Li-jin1

(1.ZheJiang Engineering Prospecting Institute，Ningbo Zhejiang315012，China；2.Ningbo,Zhejiang,Ningbo-Taizhou-Wenzhou Expressway company limited,Ningbo Zhejiang315040，China)

During highway construction, retaining wall slope reinforcement as one way has been widely used, but with the highway operation time increases, due to pre-design, construction, maintenance and other reasons, the retaining wall slope disease continue to increase, its security problems highway became operational during urgent problem. Steel Pipe grouting can play rock and soil reinforcement, enhanced skid resistance, and embedded steel flower tube formation and can play the role of anchor piles, is a good slope Disease Treatment method, but currently operate the highway retaining wall diseases Control application is relatively small. Taking a highway retaining wall slope K298 Zhejiang Province, the use of steel flower tube grouting according to the geological conditions of slope and retaining wall diseases and to determine a reasonable grouting pressure, grouting diffusion radius and hole spacing. Engineering practice shows that the method is an affordable, simple construction of the retaining wall Disease Treatment Measures.

slop retaining wall; steel floral tube; grouting reinforcement;grouting pressure;diffusion radius

1006-4362(2016)03-0092-04

2016-05-16改回日期：2016-07-08

U417.1

A

王华俊(1979-)，男，浙江宁波人，硕士研究生，注册岩土工程师，从事岩土工程工作。E-mail：24220133@qq.com