公路造价师技术交流：高速公路静压化学灌浆处理路基病害

翻浆是路基常见的病害之一,它是路基中的土受雨水或地下水浸泡饱和后,在车辆动载荷作用下,形成沿伸缩缝或裂缝的空隙向表面涌出水和泥浆。对路基翻浆进行技术处理和研究,对保证公路建设的质量和车辆运行安全有着十分重要的意义。
在高速公路路基翻浆冒泥整治技术方面,国内外进行过大量的研究。自20世纪70年代以来,主要整治技术为铺设砂垫层后设置封闭层、换土等。设置封闭层主要采用沥青稀浆封层,在其他材料方面使用氯丁橡胶、聚氯乙烯软板、玻璃纤维塑料布、为尼龙涂塑布、土工格栅、木工布等,有些效果好,有些不尽如人意,而且在施工时,绝大多数需要封闭线路,严重影响公路的正常运行和安全。
从目前的进展情况看,高速公路路基病害的处置,实践先于理论。业主与施工单位及有关科研院校对病害的成因、机理、处置工法、材料未进行过系统的研究,未形成一个材料、工法、管理上的技术规范,例如钻孔的工具、钻孔的深度、灌浆的压力、材料的特性、压力对基层土层的影响,灌浆材料对土层的匹配性,与混凝土垫具的相容性,灌浆材料的弹性模量,加固后固结体的抗压、抗折、抗渗的性能,检验方法等,都没有明确的要求和具体的参数,因此,结合实际总结一套适合高速公路路基病害处理的整体技术,是摆在我们面前的—个重要课题。
目前高速公路处置路基病害的方法主要有水泥加膨胀剂法、水泥水玻璃法、固化剂法等几种,经过在湖南几条高速公路养护实践中的应用,证明静压化学灌浆是目前处置路基病害的有效途径之—。注浆在高速公路及水利系统称灌浆,在岩上工程中称注浆,它是利用压力将能固化的浆液,通过钻孔注入岩上孔隙或构筑物的裂隙中,使其物理力学性能改善的一种方法。
1、灌浆的目的
防渗:降低岩土的渗透性,消除或减少地下水的渗流量.降低工程场压力或孔隙水压力,提高岩土的抵抗渗透变形能力,如水电工程坝基坝肩和坝体的注浆防渗处理。
堵水:截断水流,改善工程施工运行条件,如井壁等地下工程漏水的封堵。
固结:改善岩土或结构的力学性能,恢复其整体性。
防止滑坡:提高边坡岩土体的抗滑能力。
降低地表下沉:降低或均匀化岩土的压缩性,提高其变形模量,改善其不均匀性。
提高地基承载力:提高岩土的力学强度。
回填:充填岩土体或结构的孔洞、缝隙,防止塌陷,改善结构的力学条件。
加固:恢复结构的整体性和力学性能。
在高速公路路基病害处置中一般通过不同的材料和工法,在浅层主要充填加固,深层防止板面下沉和抬升沉降。在工程实践中,注浆的目的并不是单一的,在达到某种目的的同时,往往收到其他几个方面的效果。
2、灌浆原理:
在高速公路路基处理中,灌浆工艺所依据的理论主要可归纳为下列三类:
①渗入性灌浆,在灌浆压力作用下,浆液克服各种阻力而渗入孔隙和裂隙,压力越大,吸浆量及浆液扩散距离就越大。
②劈裂灌浆。在灌浆压力作用下,浆液克服地层的初始应力和抗拉强度,引起岩石或土体结构的破坏和扰动,使地层中原有的孔隙或裂隙扩张,或形成新的裂缝或孔隙,从而使低透水性地层的可灌性和浆液扩散距离增大。
③压密灌浆(挤密灌浆)。通过钻孔向土层中压入浓浆,随着压密的浆液的挤入,将在压浆点周围形成灯炮形空间,并因浆液的挤压作用而产生辐射状土抬力,从而引起地层局部隆起,在高速公路路基处理中,如桥头跳车、高坡回填沉降,正是利用这一原理纠正路面不均匀沉降。
3、化学灌浆材料
根据高速公路路基特点,大的颗粒类浆液对密实的路基(高速公路路基特点)渗透性较差,而高速公路路基处理要求速凝、早强,结石体固体率高(≥100%),在酸性环境中能固化,具体要求:浆液的初始黏度要低,流动性好,可注性强,能渗透到细小的裂隙或孔隙内。凝胶时间可以在几秒～数小时范围内任意调整,并能准确控制。稳定性好,在常温、常压条件下较长时间存放不改变其基本性质,存放不受湿度、温度变化的影响。无毒、无臭、不污染环境,对人体无害,属非易燃非易爆品。浆液对注浆设备、管道、混凝土结构物等无腐蚀性,并容易清洗。结石体有一定的抗压、抗拉强度、抗渗性好、抗冲刷及耐老化性好。材料来源丰富,价格便宜。配制方便,操作性好。
4、二种适合高速公路的化学灌浆材料
从工程实践情况看,目前可使用于高速公路浅层灌浆材料主要有两种:第*种是水泥基高分子聚合物灌浆材料。高分子化学灌浆是高分子应用化学的—个新领域,也是工程建设中的一项新技术。它是由单体低聚物加水泥等组成的浆液灌入所需处理的部位,经聚合、交联等化学反应,生成高聚物,形成无机与有机的网状结构,使被处理的部位形成整体,达到防渗、堵漏和加固的目的。水泥基高分子化学灌浆的特点是:水溶液黏度低,可灌性好,渗透力强；有较高的粘结强度；固化时间可任意调节；充填密实,防水性能好,固结强度高。
第二种是高水速凝灌浆材料。高水速凝灌浆材料是选用铝矾土、石灰和石膏为主要原料,配以多种无机原料和附加剂,经磨细、均化等工艺,配制成甲、乙两种粉料的水硬性胶结材料。该材料是“八五”国家重点科技成果,是一种具有独特性能的新型材料,其主要技术特征如下:
A、具有高含水性,其水和固体粉料体积比高达:一:,重量水固化(即水灰比)为:1一一l。
B、具有可注性。甲乙两种固体粉料与水搅拌制成的甲、乙二两种浆液,单独放置可达24小时以上不凝固、不结底,流动性好,可以远距离输送。
C、具有速凝性,甲乙两种浆液混合后30分钟之内即可结成固体。
D、强度性能。甲乙两种材料浆液混合后开始凝固,PH抗压强度可达—1Mpa,2h强度可达2Mpa,—天可达4Mpa,7天以后可达5Mpa以上。
E、无毒、无害、无腐蚀。
F、酸碱性:甲料的PH为9一10,为弱碱性:乙料的PH为11一12,为碱性。
G、高水材料所形成的结石体早期破坏后还具有重结晶恢复强度的特性。
高水速凝材料的硬化体抗压强度与原料的种类、质量、配比和施工条件等因素有关,不同龄期的抗压强度如表所示,由于它形成的硬化体含有80%一90%的水分,且还有—定的强度,这是一般材料所不能相比的考试大-全国最大教育类网站(。com)
高水速凝材料的凝结时间受原料种类、甲乙料配比、附加剂、温度和水灰比等因素影响,初凝时间一般在3min～20min内,材料成分之间的合理配比是一个重要影响因素。
由于高水速凝材料具有高水、速凝、可注性等特殊性能,因此,高水速凝材料不仅在采矿工程中巷道支护、采空区充填、壁后充填支护、锚喷支护等工程中广泛使用,而且在地下工程、地基加固、注浆堵漏及建筑、水利、公路等工程领域也有广泛的应用前景。
5、灌浆设计与施工
混凝土路面与基层之间存在空隙,使混凝土路面板块无法均匀受力,从原设计的受压构件变成受弯构件,这就可能造成混凝土板块破裂直至沉陷,影响正常使用,因此应采用化学灌浆技术对基层空隙进行补强加固,使得路面混凝土板均匀受压,满足高速公路面的设计要求。
高速公路化学灌浆是以加固地基为目的。该类注浆施工的特点是“围、挤、压”,就是先将注浆区围住,再在中间插孔注浆挤密,最后逐序压实,这样易于保证质量。所以,注浆的施工次序必须遵循逐渐加密的原则。
布孔:根据浆液扩散的有效半径,每块混凝土板布灌浆孔5个,在满足灌浆要求的情况下,尽量少布孔。布孔时,根据雷达检测指导尽量将孔位布置在混凝土板块中央,灌完中央后,根据雷达检测的灌浆效果,若还有不密实处再布第2、3个孔灌浆,直至灌浆达到密实要求为止。
钻孔:钻孔直径在42cm～36cm,孔深以钻穿混凝土板为标准,具体的讲,钻穿混凝土板与水稳层,进入填土层10cm～20cm,这样灌浆时可在填土层中形成脉状网络,通过挤密可处理空洞,加固地层。
埋灌浆管:在钻好孔内插入灌浆管,用止浆塞封闭孔口进行压力灌浆。
灌浆方式:灌浆采用双液灌浆系统,外管走水泥浆或A组份高水速凝浆,内管走化学浆或B组份高水速凝浆,用两台灌浆泵压进,灌浆压力为～1Mpa,要求略抬动路面混凝土板块,抬板cm～1cm(对错台而言),使整个路面混凝土板块底部充满浆液,达到均匀加固的目的,灌浆完成后混凝土路面与基层之间的脱空层完全灌密实,整块板底均有密实的固结体。