复合注浆处理黄土地基塌陷方案应用技术

2017-11-30孙平

科技与创新 2017年13期

关键词：陷性黄土孔隙

孙平

（河南省交通规划设计研究院股份有限公司，河南郑州 450000）

复合注浆处理黄土地基塌陷方案应用技术

孙平

（河南省交通规划设计研究院股份有限公司，河南郑州 450000）

随着我国公路建设的快速发展，在黄土地区，常常会遇到很多公路工程地质灾害。在这些地质灾害中，路基地基塌陷对行车最不利，而且会严重影响公路营运。复合注浆技术是处理黄土地区公路地基塌陷的一种有效方法，它比较适用于处理公路塌陷、路面沉降、路面裂缝等病害。该方法具有设备简单、施工方便、技术先进、效果显著、费用合理经济且不影响正常交通等优点。洛三高速公路路基地基塌陷采用注浆法治理，取得了良好的效果，它的成功为日后处理类似工程提供了一定的参考和借鉴。

黄土地基；复合注浆技术；暗穴；地基塌陷

地基塌陷是黄土地区公路建设中经常遇到的地质病害，它的存在很容易导致路基沉陷，影响车辆的正常运行。尤其是湿陷性黄土，受到工程结构、自重等压力的影响，再加上水浸后结构的变化，强度下降，附加沉降过大，会出现较大的危害。鉴于此，笔者深入分析了湿陷性黄土的化学性质和物理性质，而研究造成黄土地基塌陷的成因和影响因素是处理病害的前提条件。

本文结合洛三高速公路处理黄土地基塌陷的方案，根据工期、环境特性、土层结构特点，分析、研究了湿陷性黄土的物理性质、化学性质和自然地理因素等，分析了引发路基塌陷的原因，详细论述了路基塌陷的处置方案，描述了具体的施工工艺和质量控制方案，确保工期合理、经济，为黄土地区公路路基塌陷处置提供一定的参考和借鉴。

1 工程概况

洛三高速常闫分离式立交，地基属第四纪堆积灰黄色、均质黄土，疏松多孔，富含碳酸钙的粉沙质沉积物，湿陷性高，天然低湿度下高强度，压缩性低，一旦浸水强度大幅度骤降，变形剧烈。常闫分离式立交桥，上跨310国道，桥梁施工进度按照施工组织设计进行，桥梁中间墩柱钻至约30 m深度，钻机出现异常，进度明显放缓，局部漏水继而塌陷出现暗穴，孔口出现长数米的裂缝且裂缝有继续发展的趋势；相邻2#桩基部位也出现裂缝，局部塌陷。经物探检测，西方向异常区在地下深度20～35 m，南北长约45 m，东西宽约35 m，总面积约1 300 m2；北东方向在地下深度5～15 m，南北长约40 m，东西宽约20 m，总面积约800 m2。桥位所在地址局部岩层为半湿陷性黄土，塌陷桥位墩柱距离正常通行的G310仅4 m，交通量大且大型货车占有一定的比例，在一定程度上影响了车辆的通行安全。

2 失陷黄土机理和影响因素分析

黄土灰黄、均质、疏松多孔，化学、物理过程比较复杂，分析黄土湿陷结构，即分析其矿化成分、颗粒组成、微结构等，并结合土的物理特征，比如含水量、孔隙比等。

2.1 微结构

黄土微结构呈蜂窝状，以粉土粒为主，粉土粒占60%，胶结物胶结蜂窝状结构，黏土粒胶结团粒，孔隙大。黄土微结构是由碳酸钙凝集微琐碎矿物和黏胶微粒组成的，湿陷变形敏感。

2.2 含水量

湿陷变相随着含水量的增加而增大，在外部荷载的作用下，黄土湿陷性会提高。初始含水量提高后，湿陷系数降低，失陷曲线趋向平稳，在一定阶段出现了预湿饱和的情况。当含水量不变，压力作用增加到一定程度后，湿陷敏感性降低。

2.3 孔隙比

一般情况下，黄土湿陷性随着天然孔隙比的增大而增加，孔隙体积在相当程度上影响湿陷性，孔隙的结构形态对湿陷性有一定的制约。孔隙比与湿陷系数呈正相关，黄土孔隙比大，湿陷性比较强，黏粒量少，胶结比较弱。

2.4 化学成分

黄土化学性质对湿陷性的影响也比较大，由地质情况调查统计发现，黄土含有黏土矿物、长石、石英等，二氧化硅的比例最大，同时，碳酸盐、镁、碱金属钙等也占有一定的含量。易容盐包括钾、芒硝、苏打等，黄土的湿陷性受水溶盐成分的影响会发生变化。

3 复合注浆工程设计

3.1 方案设计原则

虽然处理路段进行过专项处治，但是，由于治理区路段处于农田灌溉区域，季节性灌溉导致路基塌陷病害经常出现。因此，在确定项目处置方案时，要考虑以下设计原则：①以“防排结合、综合治理、控制湿陷”为原则，完善排水设施，防止地表水通过边坡和排水设施下渗基底；②以“挤密夯实、排水固结、保障强度”为原则，旋喷桩处置沉陷路基和台背，提高路基承载力，减轻基底湿陷；③以“恢复设计、保障功能、确保安全”为原则，改善路基平整度和桥头跳车，提高行车舒适性和安全性。

3.2 复合注浆工程设计

对于工程塌陷，拟采用胶结注浆技术处理，通过注浆孔将水泥浆（水灰比1∶0.7～1∶1）注入暗穴中，将暗穴中空隙体积全部充填，并将松散物胶结在一起，以阻止上覆土层塌陷冒落。地表钻孔注浆可以胶结固化塌陷和裂隙，恢复地基强度和承载力，有效防止塌陷继续和沉陷变形，保障路基的稳定性，保证公路的正常运行。

4 复合注浆施工工艺

4.1 材料和配比设计

4．1．1 注浆材料组成

采用普通水泥灌浆，外加剂采用速凝剂，水使用普通饮用水即可，pH值应大于4，水泥为42.5号水泥，并符合灌浆工程的要求。

4．1．2 注浆配比设计

参照本工程其他路段塌陷暗穴处治，因地制宜，试验水泥浆配比水灰比为1∶0.7～1∶1，压力注浆，稳定压力不小于1.5 Mpa，注浆量小于70 L/min即可，持续稳定15 s后停止注浆。实验路段检验配比设计、浆液浓度、凝结时间等。

4.2 灌浆孔和检查孔

在暗穴周围设计帷幕孔，孔间距8～10 m，注浆孔孔间距8～10 m。注浆孔设计长度应穿透塌陷至穴底，平面布置梅花形布设，面积应覆盖整个塌陷区域，设置2%的检查孔且不少于2个，随时观察注浆情况。

4.3 灌浆工艺

4．3．1 定点

由于钻孔难以准确确定塌陷变形区域的复杂程度，钻孔原则上应钻透空穴顶板。如果在设计注浆孔深度范围内未遇到空穴，则钻孔深度应不小于40 m。

灌浆孔设置采用钢尺实地测量定位，如果个别位置受到地面的影响，可以适当调整。

4．3．2 施工工艺和要点控制

成孔：采用ф127 mm孔径钻头，成孔钻至约5 m进行套管ф130 mm护壁，然后继续采用ф89 mm孔径钻至设计深度。塌陷边缘设置帷幕孔：采用孔径ф146 mm的钻孔，跟管钻进，地面以下约5 m设置套管ф150 mm护壁，跟管成孔变径为ф127 mm，用ф127 mm钻至设计深度。

控制要点：注浆孔终孔孔斜控制2°；检查孔取芯进行注浆饱满程度和强度检查；严格注浆钻探记录数据检查，及时处理钻孔中掉钻、埋钻的情况，及时检查钻孔深度、层位。孔口浇筑：采用ф50 mm注浆管钻至变径处，添加入少量砾石和黏土，采用52.5号快凝水泥或添加2%速凝剂的1∶0.6～1∶0.8的注浆液浇铸至空口，加快凝结和孔壁固结。

4.4 灌浆实验检测

4．4．1 检测方法

钻探：塌陷处理结束180 d钻孔检验。钻样取芯检验浆液充填饱满度，无侧限抗压强度不小于0.3 Mpa，结合施工记录进行注浆质量分析、评价。

超声波检测：超声波检查孔检测。

4．4．2 注浆检测位置和控制标准

注浆检测位置是：预先设置的检测空位置和施工中的特殊部位。

控制标准是：按照不小于注浆孔布设总数的2%的标准检测。