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            【水泥注漿】水泥壓漿技術在市政瀝青路面中的應用

             

            摘要:本文通過分析壓漿技術的加固機理、注意事項、施工控制等方面評價了水泥壓漿技術在瀝青路面改造中應用的可行性。

            關鍵詞:水泥壓漿、瀝青路面、鉆孔

             

            一、引言

            改革開放以來,城市建設得到了飛速的發展,特別是近年來中央提出了城鄉統籌發展的戰略目標,城市的擴展速度在逐步加大,市政道路的通車里程也出現急劇的遞增。而城市道路的路面越來越多的采用瀝青混凝土。隨著城市的擴容城市道路的通車里程也在飛訴的增加。目前我國各大城市投入運營的瀝青混凝土路面有相當一部分接近或超過了設計年限,有的雖然未到設計年限,但在中交通荷載、自然環境等外部條件的作用下,有的道路出現了不同程度的破壞,特別是在交叉口附近較為明顯,大批的城市道路急待改造修復。而著類病害往往是由于道路承載力不足引起的,如不及時維修改造,其使用功能和壽命將迅速下降。由于城市道路多處于城區的政治經濟敏感地帶,交通流量大,底下管線復雜,受各方觀注度高,因此這就要求在施工上必須做到快速有效,安全環保,經濟適用,干擾小。而對瀝青路面這一類病害常采用基礎翻挖換填補強等技術,但這類方法對環境污染大,保養周期長,對交通干擾大,資金投入多,施工危險性高是無法滿足上述要求的。為此我們需要積極探索一些切實可行的施工方法,采用水泥壓漿技術處理此類問題可謂是一有效的方案。水泥壓漿技術在水泥混凝土路面修復中已經常使用,并有明顯的效果,但在瀝青混凝土路面的修復中還不多見。但水泥壓漿工藝環保低耗,經濟高效,交通干擾小,能有效解決基礎和基層承載力不足的問題,這也使得該項技術在瀝青路面改造中有著廣闊的運用前景,值得推廣。

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            二、道路基礎(基層)承載力不足的原因

            1、地質條件的原因

             由于城市道路很多路段都在原路的基礎上進行改造拓寬的,有的路段路基條件本身就很差,地質條件不好,雖然經過一定的年限,這類軟基已部分固結,但在設計施工時常受到周圍環境的限制,而道路周邊建筑物已基本形成,成為了城市的交通要道,很多路段是在不中斷交通的情況下施工的,加之過去建設資金較緊張,有時并不能大面積的換填,很難處理到位,有些道路根本就是帶“病“運營,這也就大大縮短了使用壽命。

            2、施工方面的原因

            城市道路施工地處市區對城市的交通、環境影響很大,往往都要求在最短的時間內速戰速決,施工時間緊,不中斷交通,在這樣的外部環境下施工過程中,存在著施工技術與質量管理多方面的缺陷,致使路基壓實度不高,基層保護不到位,給道路的穩定性也帶來了隱患。

            3、管線施工方面的影響

            施工管線多是市政道路施工的一大特點,城市道路地下埋設著大量的各類管線,有的是在道路新建是同步埋設,也有的是在通車以后再進行埋設的,但由于該部位不便碾壓和造價的限制,對這些道路的薄弱環節很難處理到為位,經常出現壓實度不足,強度低,導致路面破壞,特別是在后開挖埋設的溝槽,在開挖時對溝槽壁的土體產生了一定的擾動,在回填時常采用不同材料回填,這使得溝槽部位的路基不能形成一整體,出現不均勻沉降。

            4、路基排水方面的原因

            城市道路很多存在著地下水位高的現象,有的道路未未設置底下排水系統,也有的在長期運營中,經過多次局部的改造,有時采用的道路結構層厚度又各不一致,有的破壞了地下排水系統。在動荷載的作用下,產生了負壓,一些毛隙水在土體的空隙中上下反復運動,擴大土體間的空隙,引起了路基的整體強度下降。

            5、車輛荷載方面的原因

            隨著城市的大力開發,各地都有大批的新建工程,這也帶來了大量的超載工程車輛,而城市道路早期的設計標準根本無法滿足這樣的軸載要求,有的道路一天甚至有通過上萬車次的近百噸的車輛,交通流量很大,這也是造成路基(基層)損害的主要原因之一。

            IMG_20170325_160021.jpg

            三、水泥壓漿的原理

            水泥壓漿技術是利用注漿管把漿液均勻的注入地層中,水泥漿液在周圍的體中,通過滲透、填充、壓密、擴張趕走土體縫隙內的積水和空氣,形成漿脈。由于地層中的不均勻,一方面通過鉆孔,以一定水灰比的漿液高壓快速強行記入弱透水土層在注漿點集中的形成近似球形的漿泡,擠壓臨近的土體,使土體被擠壓密實,固結形成強度,承載力得到大大提高。另一方面,在透水性好的土層,隨著壓漿的進行,漿液通過裂縫和滲透,填充到個砂礫石間的空隙中,在層間形成方向各異的片狀、帶條狀、塊狀的漿液體,漿液經一段時間的養生,凝結硬化后,松散的砂礫石膠結成一個整體良好,強度高,防水性能強的“結石體”。同時在鉆孔內形成樁柱體,與周圍的土體相互作用均勻受力,形成了復合地基,提高了承載力。

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            四、壓漿工藝

            瀝青混凝土路面壓漿工藝與水泥混凝土路面基本相同,主要工藝是:定區、布孔、鉆孔、壓漿、封口、養護。

            1、定區:因瀝青混凝土路面是柔性路面,不存在著混凝土路面的板塊特征,在劃定壓漿區域時要考慮到處治效果和經濟效果,主要針對大面積的沉陷和裂縫等病害路段,并根據彎沉值作為主要的決策依據,寬度建議以車道的整數倍來確定,長度不宜過短,以盡量減少設備的周轉次數為參考。

            2、布孔:一般采用梅花狀布孔,不宜太過靠近路沿石,一般避免在沉陷區的最低點和裂縫上布孔,可考慮在周邊布孔?拙噙m中,過大漿液無法全面滲透,過小不經濟,對面層破壞過大,一般1.5~3米。

            3、鉆孔:采用鉆機鉆孔,鉆孔是要保證連續作業,孔要保持垂直,鉆空順序宜有內向外,先深后淺,由低向高的順序鉆孔,深度需結合土體特征,不要盲目追求深孔,但必須穿透弱透水性的基層。

            4、壓漿:制作漿液時應采用32.5級以上的硅酸鹽水泥,漿液要有良好的可泵性、和易性、保水性。壓注漿液時應緩慢均勻連續加壓,當壓力達到設計值時,應保持穩壓2~3min以上,當觀察到路面開始抬升或漿液流動線路內的壓力迅速升高時,停止泵送。壓漿順序應有外向內,由低向高的順序壓漿。壓漿時應注意高壓管前不能站人,防止噴漿傷人。

            5、封口:壓漿結束應立即拔出灌漿栓塞,立即插上木塞,以便有足夠的時間使漿液充分凝固。

            6、養護:灌漿后的2小時內禁止機動車輛通過灌漿區,一般養生三天。

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            五、運用水泥壓漿工藝注意事項

            水泥壓漿工藝是一項技術性很強的使用方法,如在施工中控制不當,可能又再次產生新的道路病害,因此在壓漿中應注意以下幾點:

            1、施工地段的選擇

            水泥壓漿的原理就是占據土體間的空隙,當遇到含水量基本飽和后已飽和的軟土層時,土層間的空隙已被水份給占滿,采用壓漿工藝處理此類病害時效果就不很明顯,通常采用其它方式處理。

            2、地下資料的掌握

            城市道路地下構筑物比較復雜,有各類管線、地下室、隧道等,如盲目的進行施工,必然會釀成大禍。施工前必須詳細調查地下情況,應獲得最新的地下綜合管線圖和周邊地下建筑物的詳細資料,在施工前對各地下情況在現場進行標識,施工中注意對壓漿點周圍的管線進行觀察,特別是檢查井部位,一旦發現有漏漿,需對滲漏處封堵后才能繼續壓漿。

            3、壓漿壓力的控制

            在壓漿過程中,對壓力的控制至關重要,壓漿壓力是該工藝的重要指標,控制不當將無法達到預期的效果,甚至會對道路產生新破壞。如壓力過大會使瀝青面層產生新的裂縫,對周圍管線的安全運營也會是一種威脅。同時如路面抬高的過多后,也會使得道路的線形很難理順,不利于路面排水;如壓力過小,漿液無法充分的進入土體的孔隙中,填充不密實,達不到設計強度。因此在施工中可通過現場試壓來確定壓力要求,采取壓力與路面抬升值雙控的方式,或采用二次壓漿的方式。

            4、漿液材料的選用

            漿液材料的選用關系到工程處理的效果和造價。漿液原材料必須符合規范要求,漿液強度要滿足設計要求,并且應具有良好的流動性,一般水灰比可控制在0.4~0.5。為滿足其他的相應技術要求,如流動性、早強等,可通過摻入適量粉煤灰、細砂、黏土、早強劑等滿足性能要求,配合比需結合壓漿段的土體情況經過實驗后確定。

            5、文明環保的施工

            城市道路人流、車流量大,敏感度高,在施工中如不能做到文明環保施工,則會給工程施工帶來很大的影響,很難使工藝能順利連續的進行。在施工時必須嚴格做好對原材料餓管理,冒出的漿液要及時清理,杜絕出現粉塵和泥漿的污染。

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            六、工程實例

            1、工程概況

            市中山南路出新改造工程北起新街口,南至長樂路口,長2.8公里,改造道路是連接主城區南北向的主干道,車流量大,全線共有7個大型交叉口。其中升州路~長樂段長540米,路基寬40米,道路為三塊板形式,機動車道為瀝青混凝土路面,寬15.5米,該段共有三個交叉口和兩個公交站臺。原老路代表彎沉值為65(1/100)mm,有大面積的裂縫、沉陷等病害,道路結構層從上至下是10cm瀝青混凝土,10~50cm灰土,20~62cm的碎石墊層。本次設計的總體原則是在原路面整體加鋪約10cm瀝青混凝土,對升州路~長樂路段機動車道及三個交叉口采用壓漿處理,壓漿完成后銑刨一層或兩層,再攤鋪三層17cm的瀝青混凝土,路面頂設計彎沉值是30(1/100)mm

            2、工程地質與水文

            根據省地質工程勘察院提供報告,該路段分為2個地質層(5個亞層),主要地質特征如下表:

             

             

            層號

            地址名稱

            狀態

            特征

            厚度(m)

            1(1)

            老路面路基


            表層瀝青路下,下部為二灰土,低部石灰土。

            0.70~2.20

            1(2)

            雜填土

            松散~稍密

            主要為粘性土混雜碎石、磚塊等雜物,非均質,低強度,分布廣泛。

            0.00~3.25

            1(3)

            素填土

            松散~稍密

            以粘性土為主,含少量碎石、瓦片、磚塊、煤灰等雜物。非均質,低強度,局部含淤泥質填土,均有分布。

            1.30~5.10

            2(1)

            粉土

            稍密~中密

            濕~很濕類粉砂,具有水平層理,粘粒含量高,部分夾淤泥質粉質粘土。

            1.20~10.20

            2(2)

            粉土加粉砂

            稍密~中密

            濕~很濕類粉砂,具有水平層理,含云母碎片。

            1.50~10.50

             

            地下水為孔隙潛水,涌水量較大,穩定水位1.2~1.8米,地下水接受大氣降水和管道滲漏水,居民生活用水入滲補給,運流緩慢,排泄方式以自然自發為主。

            3、壓漿設計

            按設計要求壓漿孔呈梅花狀布置,孔間距為2米,孔深暫按10米考慮,灌漿材料采用普通硅酸鹽水泥P.042.5級,平均水泥摻入量為50千克/米,水灰比為0.5:1,平均灌漿壓力0.5~0.7mpa,孔深和灌漿壓力大小由監理現場確定,原則上灌滿為止。

            4、壓漿施工

            4.1、施工前準備

            正式開工前,對現場的管線進行了調查,并用金屬探測器排查地下管線,管線主要集中在交叉口的人行斑馬線下和非機動車道下,機動車道下有地鐵通過,同時有兩處地鐵出口距地面4.5米,現場進行標識。機械設備進場后周做壓漿試驗和孔位的放樣。

            4.2、機械設備

            本工程采用JHZ-2型油壓鉆孔機,孔徑為9.1cm,制漿設備JW180L灰漿拌和機,壓漿設備UB-3A型灰漿泵。

            4.3、鉆孔深度

            因地下有地鐵隧道,結合地質水文資料,基于雜填土孔隙率大,可灌性好,灌漿后整體性好;素填土通過灌漿,使得土體壓密,提高整體性。所以孔深確定為4米。

            4.4、工藝流程

            樁位放樣—報監理審核—布孔—鉆孔—臨時封孔—預埋法蘭螺帽—清孔—壓漿—封孔養生—灰漿配比—第二次壓漿。

            4.5、制備漿液

            由于本次壓漿主要對象為雜填土,均一性差,孔隙較大,為節約成本,有一定流動性保證壓漿效果,經試驗后確定水泥漿摻入細砂,采用配合比水:水泥:細砂為0.75:1:1。

            4.6、壓漿

            鉆孔后壓漿設備錨固牢靠,待運轉正常后開始連續的壓送漿液,壓力達到設計要求時,保持穩壓狀態2分鐘以上,即可卸荷。但當壓漿時出現路面微微抬升1mm左右時,或漿液流動線路內壓力迅速上升時也可卸荷。在壓注過程中遇到漿液從其它裂縫中冒出,而壓力無法達到規定值,則采取先任漿液自由冒出,待漿液凝固后,再重新鉆孔壓漿,直到壓力達到上述條件為止。當漿液從壓孔后已壓過的孔溢出時,應用木塞壓緊10分鐘左右,拔出后無須再壓漿。

            4.7、封孔與養生

            壓漿結束后,插上木楔,確保有足夠的時間使漿液凝固,并用快凝水泥砂漿密封孔口。壓漿后的2小時內禁止車輛通過壓漿區,一般養生3天。

            5、效果評價

            壓漿結束后在本路段上加鋪了兩層瀝青混凝土,通車后對該路段進行了彎沉檢測,共計試驗了58個點,結果最大值為20(1/100)mm,平均值為11(1/100)mm小于設計彎沉指標。整個施工有時11天,施工期間基本未對交通產生大的影響,壓漿處理面積達30055平方米,經測算比翻挖處理方案節省了1/3的費用。經過近兩年的運營,未出現沉陷和開裂的現象,道路平整度高,行車較舒適。

            七、結束語

            實踐證明,水泥壓漿技術作為一種新型的加固技術,在瀝青路面改造中效果佳、成本低、速度快、污染少、干擾小,達到了預期的功效,大大的提高了道路的使用壽命。相信只要通過正確的運用,科學嚴格的控制,水泥壓漿技術在市政瀝青路面改造中必將會有一片新的天地。

             



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