市政道路水泥砼路面路基沉降注浆加固技术的探讨与应用

市政道路水泥砼路面路基沉降注浆加固技术的探讨与应用

姚东红

惠州大亚湾经济技术开发区市政园林管理所  516081

摘要：由于地质条件复杂、路基回填土含水量、压实度未有效控制、路床平整度较差等原因，导致市政道路建成一段时间后路基必然会存在不均匀沉降，应用注浆加固，在不开挖的情况下能够达到很好的路基加固效果。基于此，本文针对市政道路水泥砼路面路基沉降注浆加固的处理展开分析，介绍了注浆加固处理技术，结合实际工程案例对市政道路路基沉降注浆加固处理技术进行了深入探讨，旨在为推进我国市政道路建设事业的整体发展起到帮助作用。

关键词：市政道路；路基沉降；注浆加固处理

引言

由于水泥砼路面具有刚度大、扩散应力能力强、耐候性好、使用初期养护费用少等优点，因此在一定历史时期内，市政道路较为广泛的使用了水泥砼路面。但在使用过程中，水泥砼路面一旦面板开裂，开裂区域的面板会迅速随之破坏，导致修复费用大大增加，而且修复周期较长，对道路保畅带来很大的难度。由于路基不均匀沉降导致板底脱空是水泥路面开裂的主要原因之一，在反复行车荷载作用下，其受力状态类似于悬臂梁，将会产较大的应力应变和弯沉，会严重影响水泥砼路面的实用性能和使用寿命。目前在沥青罩面工程中大多采用注浆加固技术对水泥面板未损坏或损坏程度较小的板下脱空腔和路基进行加固处理，不仅省时省力，而且加固效果显著。因此在实际工作中，应该加强对注浆加固技术的研究，不断改进注浆加固技术，延长市政道路的使用年限以及更好的保障行车安全。

1、市政道路路基沉降注浆加固处理地基，填充脱空板的原理

注浆加固技术是利用高压注浆设备在路基中灌入浆液，确保浆液能够填充、挤密以及渗透缝隙，使原来开裂或者松散的结构形成整体。由于路基中存在不均匀的土体，在土层钻孔后把浆液加压注入，注浆孔向外扩张出现圆柱状体，挤压填充钻孔附近土体，破坏和剪切临近水泥浆的土体，以及出现塑性形变的区域，水泥浆的土体出现弹性形变，可以整体提高钻孔附近土体密度。随着不断进行注浆，水泥浆渗透，地层中将出现不同薄厚、方向各异的团块状、条状等浆体，随着凝结不断硬化纵横交错的浆液，顺着注浆管形成粗细相间、不规则的固定桩柱体。压密地基土和桩柱体构成复合地基，达到提高承载力、控制沉降的目的。

2、市政道路脱空板常用处理技术

2.1开挖式处理。

2.1.1将脱空板破除，换填基底土并压实后重新浇筑砼，这种处理方法比较简单，修复也比较彻底，但是修复周期较长，对交通影响较大，适合交通不繁忙，而且经多年运营，道路路基已稳定的路面。

2.1.2将脱空板破除，施工水泥搅拌桩、CFG桩等，形成具有一定强度的复合地基，在很大程度上提高了路基的承载力，对保证路基的稳定性和减少路基的沉降发挥着积极的作用。这种处理方法适用于道路运营后，路基沉降未收敛稳定、需要进行深层处理软弱地基、而且交通量不大的道路。

2.2非开挖式处理。采用在路面钻孔注浆的方法进行处理，注浆压力一般是1.5MPa~2.0MPaM，这是市政道路大修中使用比较广泛和成功的方法。适用于交通繁忙、保畅压力大，需要短期内完成修复工作的道路。

3、市政道路路基沉降注浆加固处理技术应用

3.1工程概况

惠州大亚湾区石化大道（龙山六路至中兴五路段）西起龙山六路，东至中兴五路，长约7512米，设计等级为城市主干道，设计行车速度为50km/h，道路为双向六车道，是当地东西向交通大动脉。为了适应快速发展的城市化进程要求，改善行车条件，提高道路通行能力和城市整体形象，当地政府决定对该道路面进行沥青罩面升级改造。根据施工图纸、检测报告和施工现场实际情况，部分路段因路基为不良土质，出现地表沉陷、板底脱空，但水泥砼路面板完好，根据现场钻孔取芯及弯沉检测报告及设计图纸要求，对脱空面板采用水泥-水玻璃双液注浆加固路基。达到设计要求后对处理结果进行弯沉检测，合格后加铺沥青。

3.2 水泥路面脱空检测

1、采用落锤弯沉仪检测板底脱空，按上行方向(桩号递增方向)和下行方向(桩号递减方向)混凝土路面每20m/处分别检测。

本项目K0+000～K3+520段水泥混凝土路面段采用落锤弯沉检测板边脱空，判断脱空及接缝传荷系数采用50kN荷载下的动态弯沉值，其中脱空检测为动态弯沉值转换成静态弯沉值。FWD检测板底脱空及接缝传荷系数的传感器布置见图。根据《公路水泥混凝土路面养护技术规范》(JTJ 073.1-2001)的规范要求，凡弯沉值超过20(0.01mm)的测点判断为脱空。

FWD检测检测示意图

根据现行规范，动态弯沉须转化为静态弯沉才能作为评判依据。依据石化大道现状，分别在水泥混凝土路面与沥青路面路段的相同位置，各60个测点进行FWD和贝克曼梁两种弯沉测定方法的对比试验，并根据相关结果拟合出动态弯沉与静态弯沉的回归方程，见公式3.2-1、式3.2-2、图3.2-2、图3.2-3，其相关关系R分别为0.969、0.955。根据《公路路基路面现场测试规程》（JTG E60-2008）中T0983-2008落锤式弯沉仪测定弯沉试验方法里面关于测点弯沉平均值、标准差和弯沉代表值的计算要求，需参考该规程附录B检测路段数据整理方法进行数据处理。本次路面结构强度检测共取样1054测点，满足概率统计中“大数定理”对于样本点数的要求，且属于独立同分布的随机实测弯沉值，故符合正态分布模型。综合上述弯沉数据处理过程，考虑路面结构强度控制标准，即：实测弯沉值＜设计弯沉值，采用单侧检测指标。按式3.2-1、式3.2-2、式3.2-3计算。

图3.2-2  混凝土路面动、静态弯沉值直线拟合

图3.2-3  沥青路面动、静态弯沉值直线拟合

水泥混凝土路面   LFWD=0.923X-1.110     (3.2-1)

沥青路面         LFWD=0.839X+0.857     (3.2-2)

X=*S*a(3.2-3)

式中：X—一个评定路段内测定值的代表值；

     a—保证率系数，选择95%保证率1.645。

本项目K0+000～K3+520段水泥混凝土路面接缝传荷能力则利用该荷载条件下的弯沉测试结果，根据7个弯沉传感器中的第0个（未受荷板）和第1个（受荷板）弯沉值计算接缝的传荷能力，按照公式3.2-4计算传荷能力系数。

（3.2-4）

式中：kj——接缝传荷系数；

——未受荷板接缝边缘处的弯沉值；

——受荷板接缝边缘处的弯沉值。

根据《公路水泥混凝土路面设计规范》（JTG D40-2011）的相关规定，接缝传荷系数kj值的大小按表3.2-1可判断接缝的传荷能力。

表3.2-1接缝的传荷能力分级标准

3.3水泥-水玻璃双液注浆加固处理技术的应用

注浆技术是通过注浆泵吸入浆液，流经高压管，再注入道路路基和基层中，浆液在周围的土体中通过裂缝渗透、填充、压密、扩张挤走基层结构土体缝隙内的积水和空气形成浆脉。使道路结构致密，缺损得到弥补。从而增加路基及基层的稳定性，增强道路结构的使用寿命，承载力得到提高。

全面施工前，先进行试验段施工，确定配合比、注浆量等相关参数。然后由东往西分段分车道施工，注浆施工与破碎换板施工紧密衔接，尽量同一区域的注浆及破碎换板同一时间段全部处理完毕，避免来回多次设置交通疏解围蔽，提高施工效率和加快进度。

注浆工艺包括钻孔定位、钻孔、制浆、灌浆、灌浆孔封堵、交通控制、弯沉检测7道工序。

3.4、脱空板压浆机械设备

注浆施工所需主要机械设备如下表所示：

注：施工时将根据施工进度要求及现场交通情况、现场工作面允许条件，调整机械设备投入，确保施工进度符合要求。

3.5 灌浆施工方案

3.5.1、定位：

由监理人员和施工技术人员根据外观和弯沉检测相结合的方法逐板检测水泥混凝土面板，标画脱空板块位置，在脱空板四角及中心点标画注浆孔，如下图示意：

注：a、图中尺寸单位为cm； b、d为灌浆孔半径，L为板长，b为板宽；c、根据现场浆液灌注情况，适当调整注浆孔布置参数。

3.5.2 钻孔：

施工人员使用钻孔取芯机按标定脱空板按照下面参考示意图进行钻孔，孔壁距离板边70～80cm，最小不能小于50cm。轻微裂缝板应适当多钻。钻孔定位尽可能在脱空深度最大处。钻孔深度一般为85cm，对于深层灌浆应根据路基下沉范围和深度来确定钻孔深度，本次设计结合路面基层、路基的完好情况，钻孔深度按1.2m计列。

3.5.3化学制浆：

本工程采用化学灌浆，化学灌浆可灵活调整浆液固化时间，控制走浆半径；与水泥配合使用，结石率达100%；干燥土层、水中，均可迅速固结；加固效果比单纯水泥浆液显著好。施工时，应将化学浆液与预先配好的水泥浆采用双液灌浆系统进行灌浆，灌浆材料先通过实验选配，再经过现场试验段得出最佳配合比。

3.5.4灌浆及压力控制：

用灰浆泵将拌和好的灰浆由灰浆孔压人混凝土板底和路基顶面，压力控制理论值在1.5～2.0MPa，实际施工中按照邻孔或接缝中溢浆或无溢浆，板块略有上升为止控制注浆压力；同时在灌浆过程中，通过控制灌浆时间和压力，防止土路肩开裂破坏。灌浆过程中溢浆的孔应及时用圆状木塞封堵，防止压力过度散失。注浆孔在灌浆头拔除后也应及时用木塞封堵，防止灰浆反流。所有木塞应使浆液初凝后方可拔除。灌浆过程中发现外漏应立即进行堵漏处理若无效可采用加浓浆液降低压力等措施处理，对于靠近侧分带和靠近中央分隔带的脱空板，通过现场调节化学剂掺入比例来调整浆液的凝结时间，以减少浆液的流失。

进行注浆作业时，应注意以下几点：

a、注浆施工中应通过现场试验对布孔方式、注浆参数及浆液配比作进一步确定，根据现场实际情况适当调整，保证注浆效果。

b、注浆施工中做好注浆记录，及时了解注浆压力和流量变化情况并进行综合分析，判断注浆效果是否满足设计要求。

c、注浆过程中应加强对周边环境及地下管线的巡视监测工作，防止意外情况发生。

3.5.5、灌浆孔封堵：

木塞拔除后，用灰浆或取出的混凝土芯样将灌浆孔封严。

3.5.6、交通控制：

灌浆完成后的板块，禁止车辆通行，待灰浆强度达到3MPa已方可进行沥青层加铺，待沥青加铺完成后方可开放交通。

3.5.7、弯沉检测：

a、灌浆完成5天后，采用BZZ-100标准轴载汽车，用贝克曼梁检测方法逐板复测灌浆板的回弹弯沉值（每块板点数不少于四个），板边弯沉值≤0.2mm、板边弯沉差≤0.06mm来控制。不满足要求需重新钻孔补压；

b、注水实验：采用不小于Φ30mm的钻头取芯30cm深，孔内注满水后，进行60秒钟水位观测，水位不下降；

c、底基层水泥浆检验：钻芯取样抽检的板块数量要求不小于完工板块数量的5%，且在其中的每一板块至少选一处进行取芯实验（选位由监理人员指点，且距离灌浆孔不得小于60mm）。取芯实验时，采用不小于Φ30mm的钻头，分两步取芯：首先钻探30cm，要求芯样的砼面层与二灰碎石层间有饱满的水泥浆层或往孔中注水试验不渗水，然后再钻深至60cm（且钻入底基层5～10cm），要求芯样的底基层应有水泥浆体；

d、复灌实验：取芯完后，使用按水：水泥=1.2～1.4:1的比例配置的纯水泥浆（可添加减水剂，以提高浆液的可灌性，但不得添加速凝剂）对取芯孔进行复灌实验，要求试灌压力保持在0.2～0.5MPa达60秒钟后进浆少于5升。

e、加铺沥青混凝土路面之前一周对水泥混凝土面板逐板检测板边弯沉，凡板边弯沉大于0.2mm的，无论是否灌浆与否应进行补灌，达到要求为止。

3.5.8、施工注意

a、对于破碎换板位置周边板块应进行弯沉检测，判定为脱空板块时应对破碎换板完毕后的周边好板板角进行灌浆，避免路面开挖对周边好板块的影响。

b、化学剂一般属于碱性物质，对皮肤有一定的刺激性，在施工中避免接触皮肤和眼睛，不慎接触到皮肤或眼睛，立即用大量清水冲洗。

c、化学浆液凝结速度快，请注意及时清洗灌浆设备和管路，防止堵塞。

d、采用水泥-水玻璃双液注浆时应在水泥浆液加入膨润土、粉煤灰等填料，且使用特殊注浆工艺。

e、水泥-水玻璃浆液的配比须经实验确定，应综合考虑凝结时间、结石体强度以及施工操作等因素。脱空程度越大浆液也越浓，在每段每次压浆时应先稀后浓，同一分段多次压浆时，则先浓后稀。

3.5.9、施工质量控制

a、每块混凝土板应钻5个孔，轻微裂缝板，应钻5～6个。钻孔定位很重要，力争孔位在脱空深度最大处。

b、注浆所使用的水泥必须出示合格证明，并按每批次现场抽样检验，合格后才能投入使用；水泥进场后，应做好防潮、防雨措施，防止水泥结块和硬化。

 c、施工现场配备比重计，随时量测浆液比重，实行定量加灰制，严格控制水泥用量。灰浆搅拌应均匀，要进行二次搅拌并进行过滤。注浆过程中浆液应连续搅动，防止水泥沉淀。严格控制配合比，各种材料的计量应准确无误，尤其是拌和用水应严格计量，不能凭经验随便变更水灰比。

d、注浆时应对建筑物进行监测，并将量测信息及时反馈，根据反馈信息结果进行调控注浆，值班工程师做好施工纪录，严格控制施工质量。

    e、注浆一定要按程序施工，每段注浆注浆量要准确，注浆压力一定要严格控制，专人操作。当压力突然上升或浆液从孔壁、地面溢出时，应立即停止注浆。

f、注浆过程中，若地层吸浆量很大时，注浆压力长时间不上升，可通过调整浆液配比，缩短浆液凝胶时间，以达到控制注浆范围的目的。

g、注浆过程中，如发生其它孔串浆，可关闭该串浆孔继续注浆，但若发生频繁时，应加大钻孔与在注浆孔的间隔或钻一孔注一孔，减少串浆现象；搅拌机在压浆过程中应保持搅拌状态，避免水泥浆沉淀与泌水，同时每次投料量应与灌浆量大致相适应，防止灰浆在搅拌机中存放时间过长。灌浆时若发现灰浆已从压过或未压过的孔溢出时，应及时用木塞塞紧，10min后拔出木塞。且此孔无须再进行灌浆。

h、注浆过程中，如跑、漏浆现象严重时，可通过间歇注浆技术或通过调整浆液配比缩短凝胶时间的方法进行封堵，但若无效时，可暂停该孔注浆，分析原因，采取其它措施；

I、搅拌机、储浆筒内的存料数量不宜过多，应相互协调好。储料筒内的灰浆一旦出现离析应停止灌浆并查找原因，解决后才能继续灌浆。注浆过程中，要保持注浆管路畅通，防止因管路堵塞而影响注浆结束标准的判断。

J、灌浆机压力控制在1.5～2MPa，或水泥灰浆从其它孔溢出或从边缝、裂缝等处溢出时，将自动停机或人工停机，视为压满。

K、交通控制，灌浆完成后的板块，禁止车辆通行，待灰浆强度大于3MPa以上时方可开放交通。

4、施工中出现的问题及相应的处理方法

4.1注浆压力的确定原则

注浆压力的确定原则是不使混凝土路面、周边地表发生位移变形，相邻建筑物不受到影响的前提下采用的最大压力，注浆压力与砼路面板重量、地层土的密度、强度、钻孔深度、位置、注浆次序等因素有关，而这些因素又难以准确预判，因此注浆压力需通过现场注浆试验进行调整。注浆量和注浆顺序应根据地质条件、现场环境注浆目的来确定。

4.2注浆过程中发现地面冒浆，跑浆时应停止注浆，查明原因。采取减小注浆压力、加浓浆液、或间歇式注浆。

4.3注浆过程中要专人负责查看路面有无上浮，路肩有无隆起，路基边坡有无开裂，如有以上情况，应及时处理，防止路面抬升和大范围的漏浆。

5、注浆加固效果分析

本工程路面脱空板采用水泥-水玻璃双液注浆加固处理后，经弯沉检测，各项指标均满足设计要求，加快了路面升级改造施工进度，而且对道路交通的影响降低到了最低，得到了沿线群众以及过往司乘人员的一致好评。

6、结束语

在市政道路运营过程中，路基沉降是非常普遍的，路基沉降给混凝土道路的使用造成很大的不良影响，为减少维修费用，市政道路管理单位尽可能地在砼路面未破坏前进行加固处理。注浆技术是处理路基沉降的主要方法之一，施工企业必须重视注浆技术的应用，规范施工工艺，严格按照要求进行施工，这样才能达到预期的加固效果。

参考文献：

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