丘陵地区路基边坡灌浆加固技术doc.doc

2、灌浆材料灌浆材料的发展具有悠久的历史，早期人们使用水泥为主要灌浆材料，19世纪后期，灌浆材料从水泥浆材发展到以水玻璃类浆材为主的化学浆材。二次世纪大战后，化学浆材得到飞速发展，尤其是近四十年来，有机高分子灌浆材料发展迅速。灌浆材料大体分为水泥类浆材和化学类浆材。边坡岩土体灌浆材料种类繁多，但目前应用最普遍的是水泥系列浆液。水泥系列浆液具有强度高、耐久性好、价格底、对环境污染小以及注浆工艺简单等优点，但同时也存在一些明显的缺点。通常所用的水泥浆液由于是悬浊液，除自身的稳定性差以外，对岩基、人工结构物等的裂缝、砂砾等地基的渗透力也是很弱，并且凝固速度、强度增长均较缓慢；对要求在短时间内凝固加强度较快增长的隧道、开挖地下地基，达不到早期稳定非稳定地基的目的，尤其当存在涌水、漏水时，会稀释、流失灌注的砂浆，水泥浆液因其乳浆粒径较大而进入细微裂缝而构成渗漏的通道等。针对灌浆材料的问题，我们对水泥一水玻璃灌浆材料、水泥一薪土浆液灌浆材料的性能进行了研究。2.1水泥-水玻璃浆液水泥-水玻璃注浆材料主要由水泥、水玻璃和缓凝剂组成。由于纯水泥浆液在应用过程中存在着凝结时间长、容易产生离析、干缩性大等问题，为解决这些问题，通常在水泥浆液中添加水玻璃的同时，再添加外掺剂。外掺剂的作用有两方面：其一是调节浆液的凝结时间，其二是减少或抑制其干缩性。通过反复试验，研制出了一种复合凝剂，该缓凝剂既可以调节凝结时间，又可以减少干缩性。经过多次探索性地试验和分析，确定了各因素的取值范围：水灰比0.5-1.0，水玻璃体积（S）与水泥浆体积（C）之比0.5-1.0，缓凝剂用量3.0%-4.2%。同时得出如下规律。（1）缓凝剂在用量3%以上时，凝结时间曲线产生突变，这意味着缓凝剂在较小的范围内对水泥-水玻璃浆液的凝结时间有着明显的调节。开发的缓凝剂用量在3%-5%之间，浆液的凝结时间可在几分钟到几十分钟之间产业化。（2）水泥-水玻璃浆液结石体的强度同样可以通过水灰比、S/C、缓凝剂用量这三个因素进行调节。其规律是：在所选定的水平范围内，水灰比越小强度越高：S/C越小强度越高：缓凝剂用量越小强度越高。（3）由于水玻璃的速凝作用，使水泥凝结体迅速地形成晶体网格结构，妨碍了水泥的进一步水化，因而结石体的强度比纯水泥低，且存在后期强度下降现象。由于边坡岩体灌浆加固，从需要的角度看，我们不需要太高的强度，只要浆液收缩性小、薪结性好就能满足工程的需要，开发的缓凝剂正是基于此目的，因此，在边坡工程灌浆处治中具有较好的应用前景。2.2水泥-薪土浆液水泥-勃土浆是灌浆工程中常用的浆液。目前的浆液存在着：结石体的强度低、结石率低、固化速度明显变慢等问题。为解决这些问题，国内外普遍采用增加水泥用量或添加外掺剂等措施，但却导致浆液的成本大幅度上升。基于此，我们认为为提高水泥-薪土浆液的固化速度和结石体的抗压强度，必须在水泥-豁土浆液中加入活化剂，以激发水泥-勃土浆液中所有的固体组分。为此，根据豁土一般的矿物组成、勃土与水泥的作用机理、水泥的水化与固结机理等，以工业废渣为主要原料，经过适当的化学处理，外加一些添加剂，进行了多次试验，研制出了性能优异的新材料。应用研制的活化剂配制的水泥-薪土浆液，与一般水泥-豁土浆液相比，能大大提高其结石的固化速度，使其适合用于各种不同目的注浆施工工程。3、灌浆加固设计方法3.1设计程序地质调查：探明被加固岩土体地质特性及水文地质条件。方案选择：根据工程性质、灌浆目的及地质条件，初步选定灌浆方案。灌浆试验：除进行室内灌浆试验外，对比较重要的工程，还应选择有代表性的地段进行现场灌浆试验，以便为确定灌浆技术参数及灌浆施工方案提供依据。设计和计算：利用后面的方法，确定各项灌浆参数和技术措施。补充设计和修改设计：在施工期间和竣工后的运用过程中，根据观测所得的异常情况对原设计进行必要的调整和补充。3.2主要设计内容灌浆设计的主要内容应包括以下方面灌浆标准：通过灌浆应达到的效果和质量指标。施工范围：包括灌浆深度、长度和宽度。灌浆材料：包括浆材料种类和浆液配方。浆液影响半径：指浆液在设计压力情况下所能达到的有效扩散距离钻孔布置：根据浆液影响半径和灌浆体的设计厚度，确定合理的孔距、排距、孔数和排数。灌浆压力：规定不同地区和不同深度的最大允许灌浆压力。灌浆效果评估：确定灌浆质量检测的标准和依据。在进行灌浆设计之前，设计者必须首先明确灌浆加固的目的，即灌浆加固的目的是为了解决不均匀沉降、压实度不足还是抵抗边坡下滑力等，根据加固的目的不同应选择不同的施工方案和加固设计计算方法。3.3边坡加固压力灌浆设计方法灌浆标准：针对边坡加固而言，其灌浆标准比较明确，就是使边坡的稳定性满足规范要求，同时考虑施工工期等因素。施工范围：灌浆通过钻孔进行。钻孔深度取决于堆积体的厚度以及所要求的抗滑力。以提高滑带抗剪强度为目的的灌浆应超过滑带下滑床2m。加固处治范围应以计算的边坡滑动变形比较集中的位置，在这个位置往往滑动面产生较大的塑性变形导致边坡开裂，并由于降雨等作用使坡体饱和。在这些位置进行灌浆可以起到两个作用：一方面通过浆液与边坡岩土体结合形成强度较高的整体，从而减小边坡的下滑力，使边坡的稳定性满足规范要求；另一方面是利用浆液充填边坡裂隙，防止地表水下渗降低边坡岩土体强度。对已经出现滑动变形、拉裂的边坡应在拉裂区重点布置灌浆孔。灌浆材料：由于边坡灌浆浆液强度要求较高。注浆所用水泥不应低于42.5级，水灰比采用逐级变换方式，具体参数通过现场灌浆试验确定。在缺乏试验资料的情况下宜用5：1-2：1开灌，然后根据耗浆量逐渐变换水灰比，最后为0.5-1。若岩土体空隙大时，可改用水泥砂浆。砂为在然砂或人工砂，要求有机物含量不宜大于3%，S03含量宜小于1%。浆液影响半径：根据边坡的岩土体特性和试验结果选定，在缺乏试验资料的情况下，可以初步选定间距为1-3m。对块状或巨块状岩体构成的边坡可以适当加大间距。钻孔设计孔径为90-130mm，宜用130mm孔径。钻孔布置:根据浆液影响半径和灌浆体设计厚度，确定合理的孔距、排距、孔数和排数。灌浆压力：注浆压力以不掀动岩土体为原则，采用0.5-4.0MP.注浆采用不同级别压力，宜按0.5.1.0.2.0.2.5.3.0.3.5.4.0.逐级增大。由于边坡压力灌浆试验的周期较长，现场条件限制往往无法进行针对性试验确定相关的压力灌浆技术参数，在缺乏试验资料时可以根据实际情况在施工过程中进行动态调整。4、工程实例（1）工程概况及地质条件A高速外环南线K35+190K35+410段右侧长220m，路面上出现25cm的纵向裂缝，同时并伴随着路面下沉，路边缘也出现较为严重的张裂缝和侧移迹象。此路段在2003年末进行过路基表层灌浆处理，严重的部分在2006年五月进行了路面铣刨罩面。从目前的工程特征看，填土路基仍未稳定，裂缝继续发展，需尽快进行加固处理，以免影响行车安全。K35+19035+410路段为半填半挖路基，病害一侧路基填土最大高度13m左右，属高填方路基，路基边坡分两级，从上到下第一级高度大约7m，坡度1：1.5，中间平台宽约1m，第二级边坡高度6m左右，设有重力式浆砌片石挡土墙。（2）路基沉陷裂缝原因据现场调查和咨询核实，K35+190K35+410路段为山前冲积区半填半挖路段，下卧地基为山前冲积黄土，埋深厚度不均，具有湿陷性，路基填料主要为边坡开挖弃土，成分较为复杂。在填土荷载作用下，填方侧路基易产生不均匀沉降，形成纵向张裂缝，张裂缝沿纵深扩展，进而形成软弱滑裂面，而下部挡土墙不能提供足够抗滑力，因此在雨水等不利因素作用下，可诱发路基下沉侧移。A高速外环南线K35+19035+410路段高填方路基出现的纵向裂缝和侧移问题，虽进行过治理，但仍未得到有效解决，随时会因雨水冲刷、地表水下渗、路基抗剪强度降低而产生滑移。为防止路基和边坡病害进一步发展，保证高速公路行车安全，对两处路段进行加固治理十分必要和非常紧迫。（3）加固治理设计根据路基病害原因分析，K35+19035+410路段加固原则是提高路堤稳定性，保证路基不产生侧滑，同时减少路基不均匀沉降变形。采用袖管注浆和预应力锚杆综合处理方法进行加固处理。袖管灌浆的作用是提高路基强度和密实度，提高软弱滑裂面强度，同时减小路基不均匀沉降。预应力锚杆加固技术主要增强路基边坡稳定性，防止边坡侧移。1）路基袖管注浆钻孔孔径7590mm，采用直孔。设计钻孔间距为3.0m，排距3.5m梅花型布置钻孔，共布置3排，每排布置73个孔，共布置钻孔219个，设计钻孔深度分别为6.0m，8.0m,9.0m,设计钻孔量为1679m.灌浆采用纯水泥浆液，水灰比为0.50.55，水泥为32.5R普通硅酸盐水泥。浆液压力采用0.20.5MP.灌浆封口深度不小于1.0m，袖管注浆采用分段注浆，每段长度0.6m,设计袖管灌浆量为1460m。灌浆最低气温不小于5.灌浆终止时间，孔口灌浆压力达到0.5MP并且稳定30min即可终止灌浆。2）预应力锚杆在路基北侧边坡上布置三排锚杆。锚杆采用直径32mm的级螺纹钢，锚杆水平间距2.2m，排距（斜坡向）3.0m，梅花型布置。边坡上第一排距顶部3.0m（斜坡向），第二排距第一排3.0（斜坡向），第三排位于坡脚附近，锚杆与水平夹角为200，锚杆施加拉力90KN，在锚杆处设置混凝土横梁。共布置锚杆303根。锚杆成孔直径不小于100mm，采用水泥浆液，水灰比0.450.50，水泥标号为32.5R普通硅酸盐水泥。注浆压力锚杆为0.