袖閥管注漿法加固地基技術(shù)的改進(jìn)與應(yīng)用_周志軍

1、公路 2014年 11月 第 11期 H I G HWA Y N o v . 2014 N o . 11收稿日期 :2014-03-11 文章編號(hào) :0451-0712(2014 11-0007-06 中圖分類(lèi)號(hào) :U 416. 1:T U 472 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 :A 袖閥管注漿法加固地基技術(shù)的改進(jìn)與應(yīng)用周志軍 1,2, 何 劍 1, 2, 呂大偉 1, 3(1. 長(zhǎng)安大學(xué)公路學(xué)院 西安市 710064; 2. 長(zhǎng)安大學(xué)特殊地區(qū)公路工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 西安市 710064; 3. 廣東省路橋建設(shè)發(fā)展有限公司 廣州市 510635 摘 要 :針對(duì)傳統(tǒng)袖閥管注漿技術(shù)的跑漿 串 漿 現(xiàn) 象 , 及

2、在 地 基 中 產(chǎn) 生 明 顯 的 擠 土 效 應(yīng) 等 問(wèn) 題 , 提 出 了 改 進(jìn) 的 雙 閥布袋袖閥管注漿技術(shù) 。 即在常規(guī) 袖 閥 管 外 , 套 上 高 強(qiáng) 紡 織 土 工 密 封 布 袋 , 并 在 外 側(cè) 固 定 配 有 閥 門(mén) 的 塑 料 排 水 板 。 結(jié)合梅汕高速公路工程現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn) , 對(duì)注漿效果 等 進(jìn) 行 了 較 全 面 的 探 討 分 析 。 現(xiàn) 場(chǎng) 測(cè) 試 結(jié) 果 表 明 :改 進(jìn) 后 的 注 漿 技 術(shù) 可以有效控制串漿跑漿現(xiàn)象 , 注漿間歇期各深度孔隙水壓力消散較快 , 擠土影響范圍可控制在 6m 左右 , 且持續(xù)時(shí)間 相對(duì)較短 。 而對(duì)于運(yùn)營(yíng)期加固處理工程 ,

3、不宜設(shè)置塑料排水板 。關(guān)鍵詞 :道路工程 ; 地基處理 ; 袖閥管注漿 ; 孔隙水壓力 ; 變形 袖閥管注漿 ,于 20世 紀(jì) 50年 代開(kāi)始應(yīng)用于土 木工程界 , 是一種 比 較先進(jìn)的 注漿施工工藝 。 其適 用性很強(qiáng) , 在砂性土 、 粉土及淤泥質(zhì)土等基層的加固 效果尤為明顯 。 在城市道路軟基加固處理方面 , 選 擇灌漿方法比其他諸如碎石 樁 、 大 開(kāi)挖換填等處理 方法 , 不 但技術(shù) 上 可 行 、 經(jīng)濟(jì)上合理 、 工期上縮短 , 而且極大地減少了環(huán)境污染問(wèn)題1-3。袖閥管注漿技術(shù)因其施工機(jī)械輕便簡(jiǎn)捷 , 易于 大面積施工 , 被廣泛 運(yùn) 用于營(yíng)運(yùn) 公路的地基加固處理工程中 4。 但

4、大量的工程實(shí)踐表明 , 常規(guī) 袖 閥 管 注漿技術(shù) , 漿液擴(kuò)散范圍難以控制 , 通常不能夠形成 連續(xù)的樁體 , 且容易出現(xiàn)跑漿現(xiàn)象 ; 注漿不但在地基 中產(chǎn)生超靜孔隙水壓力 , 而且增加了地基含水量 , 擠 土效應(yīng)大 , 不利于 地基穩(wěn) 定和附近結(jié)構(gòu)物安全 。 特 別是對(duì)于緊臨橋臺(tái)結(jié)構(gòu)物的加固工程 , 若采用常規(guī) 袖閥管注漿技術(shù)施工 , 極易出現(xiàn)因擠土效應(yīng)明顯而 導(dǎo)致結(jié)構(gòu)物出現(xiàn)推移或拉裂的情況 , 從而影響結(jié)構(gòu) 物的正常使用 5-8。 針對(duì)這 些 不 足 , 為 了 提 高 袖 閥 管 注 漿 技 術(shù) 質(zhì) 量 , 筆者對(duì)于傳統(tǒng)的 常 規(guī)袖閥 管注漿技術(shù)進(jìn)行了相 關(guān)研究與探討 , 并進(jìn)行了相關(guān)

5、技術(shù)改進(jìn) 。 根據(jù)改進(jìn) 后的特征 , 將其定義為雙閥布袋袖閥管注漿技術(shù) 。 1 技術(shù)改進(jìn)要點(diǎn)首先是在常規(guī)袖閥管外 , 套上一條高強(qiáng)紡織土工密封布袋 , 隨同袖閥管放入注漿孔內(nèi) , 這樣注入的 漿液被全部限制在布袋范圍內(nèi) , 減少了串漿 、 返漿現(xiàn) 象 ; 其次是在布袋外側(cè)固定 12塊塑料排水板 , 可 快速消散漿液擠密土體過(guò)程中的超靜孔隙水壓 力 , 減少對(duì)地基土的擾動(dòng) 。 因?yàn)樵摷夹g(shù)在常規(guī)袖閥管的 基礎(chǔ)上引入了土工布袋 , 并在布袋外設(shè)置了閥門(mén) , 故 稱(chēng)之為雙閥布袋袖閥管注漿技術(shù) 。2 施工概況與質(zhì)量控制要點(diǎn)梅汕 高 速 公 路 K 32+490通 道 橋 , 橋 頭 已 采 用 C F

6、G 樁復(fù)合地 基 +輕 質(zhì) 土 處 理 軟 土 地 基 。 該 通 道橋路面防撞欄已建成 , 目 前橋梁兩側(cè)的防撞欄因橋 臺(tái)與路基的差異沉降偏大而出現(xiàn)了拉裂現(xiàn)象 。 為減 少該路段通車(chē)后的工后沉降 , 決定對(duì)此路段進(jìn)行地 基加固處理 。據(jù)補(bǔ)充勘察資料可知 , K 32+490通道橋橋頭路 段軟土厚度約為 13. 5m , 最大埋深 14. 5m , 含水量 為 75%, 孔隙比約為 1. 95, 壓縮模 量為 1. 75M P a , 路堤填土約 為 7m 高 。 此 處 典 型 地 層 分 布 情 況 描 述如下 :路基以 下 07m 為 回 填 花 崗 巖 風(fēng) 化 殘 積 土 ; 720.

7、 5m 為 飽 和 流 塑 狀 態(tài) 淤 泥 ; 20. 5m 以 下 為強(qiáng)風(fēng)化花崗巖 。考慮到兩個(gè)橋頭路段路基頂部已填筑輕質(zhì)土 , 若全部開(kāi)挖 路 基 后 采 用 復(fù) 合 地 基 處 理 方 法 造 價(jià) 偏高 , 最終決 定 采 用 雙 閥 管 注 漿 技 術(shù) 進(jìn) 行 加 固 處 理 。 并可利用其分段注漿的優(yōu)點(diǎn) , 僅對(duì)其下臥軟弱層進(jìn) 行注漿處理 。 依托此工程 , 通過(guò)采用改進(jìn)后技術(shù) , 對(duì) 其效果進(jìn)行檢驗(yàn) 。因施工場(chǎng)地在路堤上 , 來(lái)往工程車(chē)輛多 , 注漿施 工順序總體安排為 :0號(hào)橋臺(tái)路段左幅 ; 1號(hào)橋臺(tái)路 段左幅 ; 0號(hào)橋臺(tái)路段右幅 ; 1號(hào)橋臺(tái)路段右幅 。 并 且 , 為防止注

8、漿擠土推移橋臺(tái)和一字墻 , 注漿順序從 橋臺(tái)往路基方向推進(jìn) , 且必須采用隔行跳孔 、 分次注 漿的方式施工 , 嚴(yán)禁全部鉆孔后再集中注漿 。 (1制作雙閥布袋袖閥管 :采用高強(qiáng)紡織土工布 縫制與設(shè)計(jì)處理深度相同長(zhǎng)度的布袋 , 其體積為注 漿體積的 0. 60. 9倍 , 布袋抗拉強(qiáng)度和縫合強(qiáng)度宜 大于 15k N /m 。 將布袋套在袖閥管上 , 沿著袖閥管 每隔 1. 5m 采 用 細(xì) 鐵 絲 扣 將 布 袋 牢 固 地 綁 扎 在 袖 閥管上 , 要求在達(dá)到 設(shè) 計(jì)注漿 壓力前細(xì)鐵絲扣不得 打開(kāi) 。 在布袋上采用粘貼或其他方法固定 2塊排水 板 。 雙閥布袋袖閥管立面示意圖和橫截面圖如圖

9、 1所示 。圖 1 雙閥布袋袖閥管結(jié)構(gòu)示意(2注漿施工 :利用地質(zhì)鉆機(jī)等設(shè)備鉆一個(gè)直徑 不小于 10c m 的鉆孔 , 將雙閥布袋袖閥管分節(jié)插入 鉆孔內(nèi) , 布袋頂端 袋 口 用粗鐵 絲綁緊 。 利用與常規(guī) 袖閥管注漿一樣的設(shè)備進(jìn)行 注漿 , 兩個(gè)相鄰細(xì)鐵絲 扣之間為一個(gè)注漿段 。 注 漿自鉆孔底部開(kāi)始 , 漿液 通過(guò)袖閥管進(jìn)入布袋內(nèi) , 在布袋的約束下 , 進(jìn)行壓密 注漿 。 布袋內(nèi) 的 漿 液 量 達(dá) 到 設(shè) 計(jì) 量 60%80%后 上拔注漿槍進(jìn)行下一個(gè)注漿段的注漿施工 。 一次注 漿完成后隔 3h 左右用清水 沖 洗 袖 閥 管 , 并于 12h內(nèi)進(jìn)行二次分段注漿 , 注漿量為設(shè)計(jì)量的余

10、量 5-11。 施工工藝流程圖如圖 2所示 。圖 2 雙閥布袋袖閥管注漿技術(shù)施工工藝流程3 橋臺(tái) 、路基變形及孔隙水壓力分析 3. 1 監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置及數(shù)據(jù)觀測(cè)要求為了掌握注漿施工擾動(dòng)對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)物變形的影 響 , 以便及時(shí) 調(diào) 整 施 工 安 排 , 確 保 橋 梁 結(jié) 構(gòu) 物 的 安 全 , 于注漿施工前在兩個(gè)橋頭觀測(cè)點(diǎn)依次布置了孔 隙水壓力計(jì) 、 深層位移測(cè)斜管 、 表面沉降觀測(cè)點(diǎn)和裂 縫觀測(cè)點(diǎn) 。 具體布置方式如圖 3所示 。 另外 , 表面 沉降觀測(cè)點(diǎn)還可在加固施工完成后繼續(xù)觀測(cè) , 用于 評(píng)價(jià)注漿加固效果 。圖 3 監(jiān)測(cè)儀器布置對(duì)于深層側(cè)向位移觀測(cè)點(diǎn) , 在注漿期間的每天 早上注漿前和下

11、午注漿后各觀測(cè)一次 ; 對(duì)于孔隙水 壓力計(jì) , 沿同一橫斷面將孔壓計(jì)埋設(shè)于不同深度軟 8 公 路 2014年 第 11期 土層內(nèi) , 在注漿期間每隔 10m i n 觀測(cè)一次 。 因?yàn)闃?頭兩側(cè)對(duì)稱(chēng) , 故在此僅對(duì) 0號(hào)橋頭路段注漿過(guò)程的 觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析 。3. 2 深層側(cè)向位移觀測(cè)數(shù)據(jù)及分析各測(cè)點(diǎn)在注漿 期 間 觀 測(cè) 的 深 層 側(cè) 向 位 移 變 化 曲線如圖 4、圖 5所示 , 最大位移均出現(xiàn)在軟土層中 間深度位 置 , 變 化 范 圍 為 69. 5127m m , 平 均 為 96.5m m 。 單純從觀測(cè) 數(shù) 據(jù) 來(lái) 看 , 注 漿 引 起 的 側(cè) 向 位移相對(duì)較大 。 但據(jù)位

12、移速率變化曲線來(lái)看 , 僅個(gè) 別時(shí)間段位移速率較大 , 而位移速率較大的時(shí)間內(nèi) 注漿施工點(diǎn)均較接近觀測(cè)點(diǎn) , 最近注漿孔距觀測(cè)點(diǎn) 僅 50cm 左右 。 圖 4 0 號(hào)橋頭臺(tái)后路基中間深層位移變化曲線圖 5 0號(hào)橋頭左路肩深層位移變化曲線9 2014年 第 11期 周志軍等 :袖閥管注漿法加固地基技術(shù)的改進(jìn)與應(yīng)用 據(jù)深層位移觀測(cè)數(shù)據(jù) ,注漿孔至測(cè)斜管的距離 與注漿產(chǎn)生最大位移的關(guān)系如圖 6所示 。 隨著注漿 孔距離的增大 , 產(chǎn)生的最大位移迅速減小 , 其中 6m距離對(duì)應(yīng)的最 大 位 移 14m m 是 在 面 積 不 足 40m2的范圍內(nèi) 12h 內(nèi) 注 入 水 泥 量 25t 情 況 下

13、產(chǎn) 生 的 。 由此可見(jiàn) , 在注漿施工進(jìn)度控制得當(dāng)?shù)那闆r下 , 新型 注漿技術(shù)擠土影響范圍可控制在 6m 左右 。圖 6 距離與最大位移關(guān)系曲線此外 , 深層側(cè)向位移觀測(cè)結(jié)果顯示 , 在注漿施工 間歇期 , 側(cè)向位移 有變小 的現(xiàn)象 。 相對(duì)于側(cè)向擠出 變形 , 土體在此期間發(fā)生了收縮變形 。 據(jù)分析 , 在注 漿 施 工 間 歇 期 15h 內(nèi) , 彈 性 收 縮 變 形 量 為 610m m ,為累計(jì)位移量的 10%左右 。 這主要是由于 塑料排水板加快了地基土排水速率 , 超靜孔隙水壓 力消散 , 土體發(fā)生 回 彈所致 。 這表明新型注漿技術(shù) 的擠土作用持續(xù)時(shí)間相對(duì)較短 。 3. 3

14、孔隙水壓力觀測(cè)數(shù)據(jù)及分析由 0號(hào)橋頭路段注漿過(guò)程中孔隙水壓力變化曲 線圖 7可知如下 。(1 兩側(cè)橋頭路段在注漿過(guò)程中 孔隙水壓力變化均較大 , 表明注漿對(duì)土體有較明顯 擠土作用 。(2 0號(hào) 橋 頭 不 同 深 度 軟 土 層 中 最 大 超 靜孔隙水 壓 力 變 化 范 圍 為 17. 6k P a 106. 8k P a , 平均為 63. 8k P a , 且淺層軟土超靜孔隙水壓力明顯 大于 深層軟土 ; 1號(hào)橋頭不同 深度軟土層中最大 超 靜孔隙水壓力變化范圍為 23. 4k P a 90. 3k P a , 平 均為 41. 9k P a , 最大孔壓增量同樣出現(xiàn)在淺層軟土 中 。

15、(3 連續(xù)注漿期間 , 孔 壓曲線呈鋸齒狀 , 反映出 注漿間歇期各深度超靜孔壓 消散較快 , 進(jìn)而反映出 塑料排水板的排水效果較好 。從圖 8可以看出 , 隨著注漿孔距離的增大 , 注漿 產(chǎn)生的超靜孔隙水壓力迅速減小 , 在距離 6m 左右 的超靜孔隙水壓力僅為 5k P a 左 右 。 由 此 可 見(jiàn) , 新 型注漿技術(shù)的擠土影響范圍在 6m 左右 。圖 7 0 號(hào)橋頭路段注漿過(guò)程中孔隙水壓力變化曲線圖 8 注漿孔距離與孔壓增量變化曲線3. 4 橋臺(tái) 、防撞欄變形 為了掌握橋臺(tái) 、 路基兩側(cè)防撞欄在注漿期間的 變形情況 , 布置了裂縫和表面沉降觀測(cè)點(diǎn) 。 其中橋 臺(tái) 1號(hào) 、 6號(hào)點(diǎn)設(shè)置于

16、路基兩側(cè)一字墻墻角 , 橋臺(tái)伸 縮縫裂縫觀測(cè)點(diǎn)布置于橋臺(tái)高度 3/5處 。據(jù) 9圖可知 :(1 注漿造成橋臺(tái)有不同程度的抬 升 (圖中沉降為負(fù)值 , 0號(hào)橋臺(tái)右幅抬升 15m m 左 右 , 左幅相對(duì)小一些 ; (2 一字墻的沉降變化相對(duì)較 小 , 在注漿期間主要表現(xiàn)為抬升 , 注漿后逐漸沉降至 原標(biāo)高 ; (3 橋臺(tái)的變形主要發(fā)生在相鄰路基注漿施 工期間 , 注漿完成后仍發(fā)生緩慢抬升變形 , 但結(jié)合深 層側(cè)向位移與孔隙水壓力變化情況來(lái)看 , 這主要是 路基卸載所引起 。由圖 10可見(jiàn) :(1 距離橋臺(tái)最遠(yuǎn)的加固區(qū)外側(cè) 沉降變化最明顯 , 0號(hào)臺(tái)左右 兩端的 累計(jì)沉降量 分 別為 66. 4m

17、 m 和 60. 4m m ; (2 加固區(qū)兩側(cè)橋臺(tái)位 置 , 包括橋頭中央分隔帶附近 , 在注漿期間的沉降變 化均較小 , 且在注漿期間主要表現(xiàn)為輕微的抬升 , 停 止注漿后緩慢下沉 ; (3 注漿結(jié)束 1個(gè)月后 , 加固區(qū) 路基端外側(cè)的沉降速率仍較大 , 此后才呈現(xiàn)出收斂 的趨勢(shì) 。 據(jù)分析 , 這是由于新型注漿技術(shù)設(shè)置了塑 料排水板 , 布袋樁間土的排水固結(jié)加快所致 。在注漿處理前 , 此橋頭進(jìn)行了長(zhǎng)達(dá) 5個(gè)月的沉 01 公 路 2014年 第 11期 圖 9 0 號(hào)橋臺(tái)沉降變化曲線圖 10 0號(hào)橋頭路段兩側(cè)防撞欄沉降變化曲線降觀測(cè) , 測(cè)點(diǎn)位置 布 置與注漿 期間相同 。 觀測(cè)得到 的

18、最大沉降量約為 20m m , 同樣發(fā)生在加固區(qū)路基 端的外側(cè) 。 由此可見(jiàn) , 新型注漿技術(shù)將導(dǎo)致路基沉 降速率加快 , 對(duì)于施工期的加固處理工程 , 設(shè)置塑料 排水板可減少工后沉降 ; 而對(duì)于營(yíng)運(yùn)期的加固處理 工程 , 不宜設(shè)置塑料排水板 。4 結(jié)語(yǔ)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)結(jié)果表明 :改進(jìn)后的注漿法對(duì)高填方 路段的路基沉陷 、 構(gòu) 造物臺(tái)背 等處的不均勻沉降以 及產(chǎn)生局部路基沉陷的路段 (填挖交界處 都具有較 好的適用性 。 新型注漿技術(shù)加固地基土體的作用 , 體 現(xiàn)在樁頂受荷 、 樁側(cè)摩擦力 、 擠密和排水等方面 。 (1 結(jié)合深層側(cè)向位 移和孔隙水壓力觀測(cè)結(jié)果 分析 , 新型注漿技術(shù)的擠 土作用具 有

19、影響范圍小和 持續(xù)時(shí)間短的特點(diǎn) 。 這是新型注漿技術(shù)的布袋限制 了漿液的擴(kuò)散范圍 , 以及 塑料排水板加快了超靜孔 隙水壓力的消散共同作用的結(jié)果 。(2隨著注漿孔距離的增大 , 注漿產(chǎn)生的超靜孔 隙水壓力迅速減小 , 在距離 6m 左右產(chǎn)生的超靜孔 隙水壓力僅為 5k P a 左右 , 且新型注漿技術(shù)的擠土 影響范圍在 6m 左 右 。 針 對(duì) 改 進(jìn) 后 的 工 藝 設(shè) 置 的 塑料排水板 , 其擠土效應(yīng)持續(xù)時(shí)間在 1d 以?xún)?nèi) 。 (3新型注漿技術(shù)設(shè)置于布袋外側(cè)的塑料排水 板不僅可以 排 除 注 漿 過(guò) 程 中 產(chǎn) 生 的 超 靜 孔 隙 水 壓 力 , 還可以排除上部填土荷載產(chǎn)生的超靜孔隙水壓 力和水泥漿液中多余的水 , 從而減少土體的含水量 , 提高土體強(qiáng)度 , 且處理后路基沉降速率加快 。 因此 , 對(duì)于施工期的加固處理工程 , 設(shè)置塑料排水板可減 少工后沉降 ; 而對(duì)于營(yíng)運(yùn)期的加固處理工程 , 不宜設(shè) 置塑料排水板 。(4注漿對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)物的影響主要表現(xiàn)為橋臺(tái) 抬升和伸縮縫擴(kuò)大 。 為減少注漿施工造成附近結(jié)構(gòu) 物的不良影響 , 施工進(jìn)度必須嚴(yán)格控制 , 且應(yīng)按隔排 跳孔的順序施工 。 參考文獻(xiàn) :1 張家柱 .袖閥管注漿法在雜填土地基防滲加固中的應(yīng) 11 2014年 第 11期 周志軍等 :袖閥管