河北省保定至沧州保定段高速公路B7合同工程,该工程位于留史庄附近,地处平原区,该区地层主要为冲洪积成因的黏性土,区域地下水位较高,大多埋深在地表下1.00m左右。该项工程K47+220~K47+520段因附近印染厂常年污水排放,水位较深,1#坑8m,2#坑4m,3#坑3.5m,原先回填采用砂砾填筑,将污水排放至路基两侧范围,这样容易对路基工程产生不均匀沉降及横向位移等不良后果,影响到以后高速公路的正常运行。
1加固机理
灌浆就是要让水泥浆液在周围土体中通过渗透、充填、压密扩展形成浆脉。通过钻孔向土层中加压灌入一定水灰比的浆液,一方面灌浆孔向外扩张形成圆柱状浆体,钻孔周围土体被挤压充填,紧靠浆体的土体遭受破坏和剪切,形成塑性变形区,离浆体较远的土体则发生弹性变形,钻孔周围土体的整个密度得到提高。另一方面随着灌浆的进行,土体裂缝的发展和浆液的渗透,浆液在地层中形成方向各异、厚薄不一的片状、条状、团块状浆体,纵模交错的浆脉随着其凝结硬化,造成结石体与土体之间紧密而粗糙的接触,沿灌浆管形成不规则的、直径粗细相间的桩柱体。这样从而相互共同作用起到控制沉降、提高承载力的作用。
渗透注浆是指在注浆压力作用下,浆液克服各种阻力而渗入土体的空隙和裂缝中,在注浆过程中,地层结构不受扰动和破坏的注浆形式。
灌浆材料采用粒状浆液,即普通硅酸盐水泥。其矿物成分主要有4种:硅酸三钙、硅酸二钙、铝酸三钙和铁铝酸四钙。此外,水泥中还含有少量氧化铁、水和游离石灰。铝酸三钙是快凝物质,能放出较大的热量。铁铝酸四钙的凝结速度也较快,但释放的热量比铝酸三钙少。硅酸三钙几乎在7d龄期内就能得到全部强度。硅酸二钙的凝结速度则极慢,释放的热量也很低。
影响强度主要因素为浆液浓度,也即浆液的起始水灰比。由于地下水位高,经大量工程实践证实,水灰比在1:1.5~1:2为最佳范围。
2注浆工程布置
(1)注浆工程长度布置于路基边缘填方扩散坡之内。宽度为路基边缘3m范围以内。
(2)注浆孔深度为路基顶面至砂砾垫层底部,延伸至原地面以下0.5m。
(3)注浆孔平面布置:孔距1.0m,梅花型布孔。
(4)注浆孔孔径设计为φ≥75mm。
3施工工艺
3.1成孔
注浆孔成孔才用G2-A油压钻机潜孔锤,回转钻进,空气排渣法钻探工艺完成2#、3#坑,注浆孔施工,跟据地质情况1#坑成孔难度很大,选择金刚石钻头取芯或结合水泥浆多次速凝护壁法成孔。
3.2主要机具设备
XY-1型油压钻机2台,G2-A型钻机1台,空气压缩机(9m3),10kW发电机组,桶式水泥浆搅拌机2台,20kg/cm2注浆泵2台。
3.3封孔
成孔后,插入打好注浆小孔的钢管(φ25mm),小孔采用人工钻眼,小孔孔径φ0.5cm,小孔间距20cm,钢管长度应超出钻孔深度0.5m,以便于下道注浆工序的顺利操作。
封孔采用水玻璃、水泥干粉拌和液,在注浆管与孔壁之间先塞人预先团好的牛皮纸团,用铁条将其涌入,深度控制在设计深度,然后用黏土少量封填捣实,最后倒入水玻璃、水泥干粉拌和液,由于拌和液为快速凝固体,大约10min左右即达到封孔效果。