翻漿是路基常見的病害之一,它是路基中的土受雨水或地下水浸泡飽和后,在車輛動載荷作用下,形成沿伸縮縫或裂縫的空隙向表面涌出水和泥漿。對路基翻漿進行技術處理和研究,對保證公路建設的質量和車輛運行安全有著十分重要的意義。
在高速公路路基翻漿冒泥整治技術方面,國內外進行過大量的研究。自20世紀70年代以來,主要整治技術為鋪設砂墊層后設置封閉層、換土等。設置封閉層主要采用瀝青稀漿封層,在其他材料方面使用氯丁橡膠、聚氯乙烯軟板、玻璃纖維塑料布、為尼龍涂塑布、土工格柵、木工布等,有些效果好,有些不盡如人意,而且在施工時,絕大多數需要封閉線路,嚴重影響公路的正常運行和安全。
從目前的進展情況看,高速公路路基病害的處置,實踐先于理論。業主與施工單位及有關科研院校對病害的成因、機理、處置工法、材料未進行過系統的研究,未形成一個材料、工法、管理上的技術規范,例如鉆孔的工具、鉆孔的深度、灌漿的壓力、材料的特性、壓力對基層土層的影響,灌漿材料對土層的匹配性,與混凝土墊具的相容性,灌漿材料的彈性模量,加固后固結體的抗壓、抗折、抗滲的性能,檢驗方法等,都沒有明確的要求和具體的參數,因此,結合實際總結一套適合高速公路路基病害處理的整體技術,是擺在我們面前的—個重要課題。
目前高速公路處置路基病害的方法主要有水泥加膨脹劑法、水泥水玻璃法、固化劑法等幾種,經過在湖南幾條高速公路養護實踐中的應用,證明靜壓化學灌漿是目前處置路基病害的有效途徑之—。注漿在高速公路及水利系統稱灌漿,在巖上工程中稱注漿,它是利用壓力將能固化的漿液,通過鉆孔注入巖上孔隙或構筑物的裂隙中,使其物理力學性能改善的一種方法。
1、灌漿的目的
防滲:降低巖土的滲透性,消除或減少地下水的滲流量.降低工程場壓力或孔隙水壓力,提高巖土的抵抗滲透變形能力,如水電工程壩基壩肩和壩體的注漿防滲處理。
堵水:截斷水流,改善工程施工運行條件,如井壁等地下工程漏水的封堵。
固結:改善巖土或結構的力學性能,恢復其整體性。
防止滑坡:提高邊坡巖土體的抗滑能力。
降低地表下沉:降低或均勻化巖土的壓縮性,提高其變形模量,改善其不均勻性。
提高地基承載力:提高巖土的力學強度。
回填:充填巖土體或結構的孔洞、縫隙,防止塌陷,改善結構的力學條件。
加固:恢復結構的整體性和力學性能。
在高速公路路基病害處置中一般通過不同的材料和工法,在淺層主要充填加固,深層防止板面下沉和抬升沉降。在工程實踐中,注漿的目的并不是單一的,在達到某種目的的同時,往往收到其他幾個方面的效果。
2、灌漿原理:
在高速公路路基處理中,灌漿工藝所依據的理論主要可歸納為下列三類:
①滲入性灌漿,在灌漿壓力作用下,漿液克服各種阻力而滲入孔隙和裂隙,壓力越大,吸漿量及漿液擴散距離就越大。
②劈裂灌漿。在灌漿壓力作用下,漿液克服地層的初始應力和抗拉強度,引起巖石或土體結構的破壞和擾動,使地層中原有的孔隙或裂隙擴張,或形成新的裂縫或孔隙,從而使低透水性地層的可灌性和漿液擴散距離增大。
③壓密灌漿(擠密灌漿)。通過鉆孔向土層中壓入濃漿,隨著壓密的漿液的擠入,將在壓漿點周圍形成燈炮形空間,并因漿液的擠壓作用而產生輻射狀土抬力,從而引起地層局部隆起,在高速公路路基處理中,如橋頭跳車、高坡回填沉降,正是利用這一原理糾正路面不均勻沉降。
3、化學灌漿材料
根據高速公路路基特點,大的顆粒類漿液對密實的路基(高速公路路基特點)滲透性較差,而高速公路路基處理要求速凝、早強,結石體固體率高(≥100%),在酸性環境中能固化,具體要求:漿液的初始黏度要低,流動性好,可注性強,能滲透到細小的裂隙或孔隙內。凝膠時間可以在幾秒～數小時范圍內任意調整,并能準確控制。穩定性好,在常溫、常壓條件下較長時間存放不改變其基本性質,存放不受濕度、溫度變化的影響。無毒、無臭、不污染環境,對人體無害,屬非易燃非易爆品。漿液對注漿設備、管道、混凝土結構物等無腐蝕性,并容易清洗。結石體有一定的抗壓、抗拉強度、抗滲性好、抗沖刷及耐老化性好。材料來源豐富,價格便宜。配制方便,操作性好。
4、二種適合高速公路的化學灌漿材料
從工程實踐情況看,目前可使用于高速公路淺層灌漿材料主要有兩種:第*種是水泥基高分子聚合物灌漿材料。高分子化學灌漿是高分子應用化學的—個新領域,也是工程建設中的一項新技術。它是由單體低聚物加水泥等組成的漿液灌入所需處理的部位,經聚合、交聯等化學反應,生成高聚物,形成無機與有機的網狀結構,使被處理的部位形成整體,達到防滲、堵漏和加固的目的。水泥基高分子化學灌漿的特點是:水溶液黏度低,可灌性好,滲透力強；有較高的粘結強度；固化時間可任意調節；充填密實,防水性能好,固結強度高。
第二種是高水速凝灌漿材料。高水速凝灌漿材料是選用鋁礬土、石灰和石膏為主要原料,配以多種無機原料和附加劑,經磨細、均化等工藝,配制成甲、乙兩種粉料的水硬性膠結材料。該材料是“八五”國家重點科技成果,是一種具有獨特性能的新型材料,其主要技術特征如下:
A、具有高含水性,其水和固體粉料體積比高達:一:,重量水固化(即水灰比)為:1一一l。
B、具有可注性。甲乙兩種固體粉料與水攪拌制成的甲、乙二兩種漿液,單獨放置可達24小時以上不凝固、不結底,流動性好,可以遠距離輸送。
C、具有速凝性,甲乙兩種漿液混合后30分鐘之內即可結成固體。
D、強度性能。甲乙兩種材料漿液混合后開始凝固,PH抗壓強度可達—1Mpa,2h強度可達2Mpa,—天可達4Mpa,7天以后可達5Mpa以上。
E、無毒、無害、無腐蝕。
F、酸堿性:甲料的PH為9一10,為弱堿性:乙料的PH為11一12,為堿性。
G、高水材料所形成的結石體早期破壞后還具有重結晶恢復強度的特性。
高水速凝材料的硬化體抗壓強度與原料的種類、質量、配比和施工條件等因素有關,不同齡期的抗壓強度如表所示,由于它形成的硬化體含有80%一90%的水分,且還有—定的強度,這是一般材料所不能相比的考試大-全國最大教育類網站(。com)
高水速凝材料的凝結時間受原料種類、甲乙料配比、附加劑、溫度和水灰比等因素影響,初凝時間一般在3min～20min內,材料成分之間的合理配比是一個重要影響因素。
由于高水速凝材料具有高水、速凝、可注性等特殊性能,因此,高水速凝材料不僅在采礦工程中巷道支護、采空區充填、壁后充填支護、錨噴支護等工程中廣泛使用,而且在地下工程、地基加固、注漿堵漏及建筑、水利、公路等工程領域也有廣泛的應用前景。
5、灌漿設計與施工
混凝土路面與基層之間存在空隙,使混凝土路面板塊無法均勻受力,從原設計的受壓構件變成受彎構件,這就可能造成混凝土板塊破裂直至沉陷,影響正常使用,因此應采用化學灌漿技術對基層空隙進行補強加固,使得路面混凝土板均勻受壓,滿足高速公路面的設計要求。
高速公路化學灌漿是以加固地基為目的。該類注漿施工的特點是“圍、擠、壓”,就是先將注漿區圍住,再在中間插孔注漿擠密,最后逐序壓實,這樣易于保證質量。所以,注漿的施工次序必須遵循逐漸加密的原則。
布孔:根據漿液擴散的有效半徑,每塊混凝土板布灌漿孔5個,在滿足灌漿要求的情況下,盡量少布孔。布孔時,根據雷達檢測指導盡量將孔位布置在混凝土板塊中央,灌完中央后,根據雷達檢測的灌漿效果,若還有不密實處再布第2、3個孔灌漿,直至灌漿達到密實要求為止。
鉆孔:鉆孔直徑在42cm～36cm,孔深以鉆穿混凝土板為標準,具體的講,鉆穿混凝土板與水穩層,進入填土層10cm～20cm,這樣灌漿時可在填土層中形成脈狀網絡,通過擠密可處理空洞,加固地層。
埋灌漿管:在鉆好孔內插入灌漿管,用止漿塞封閉孔口進行壓力灌漿。
灌漿方式:灌漿采用雙液灌漿系統,外管走水泥漿或A組份高水速凝漿,內管走化學漿或B組份高水速凝漿,用兩臺灌漿泵壓進,灌漿壓力為～1Mpa,要求略抬動路面混凝土板塊,抬板cm～1cm(對錯臺而言),使整個路面混凝土板塊底部充滿漿液,達到均勻加固的目的,灌漿完成后混凝土路面與基層之間的脫空層完全灌密實,整塊板底均有密實的固結體。