水泥注浆加固污水坑塘砂砾填筑的可行性

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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7 d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。

　　3.4注浆浆液

　　注浆浆液采用水：水泥干粉=1:1.5～1:2的较浓浆液，即速凝添加剂(水玻璃、三乙醇胺)，在施工过程中根据灌浆量及灌浆效果及时再作调整。

　　3.5注浆

　　根据地层及1#污水坑回填情况，采用三次注浆：

　　(1)将水泥浓浆液加人速凝剂(水玻璃、三乙醇胺、石膏)使其在30min凝固，并按其计算量注入孔内。

　　(2)注入普通水泥浆至设计压力持续10min～20min后停泵。

　　(3)待停注浆10h后补充孔内浓水泥浆至满为止。

　　注浆采用可调压力注浆泵，注浆压力原则采用静压注浆，即采用小泵量、小压力，控制在5kg/cm²～15kg/cm²范围。因为泵压过大将会产生地基土或路基填土的劈裂，进而形成劈裂通道，反而影响了注浆效果。

　　3.6特殊情况下的技术处理措施

　　(1)在灌浆过程中，发现浆液冒出地表即冒浆，采取以下控制性措施：①降低灌浆压力，同时提高浆液浓度，必要时掺砂或水玻璃；②限量灌浆，控制单位吸浆量不超过30L/min～40L/min或更小一些；③采用间歇灌浆的方法，即发现冒浆后就停灌，待15min左右再灌。

　　(2)在灌浆过程中，当浆液从附近其他钻孔流出即串浆，采取以下方法处理：①加大第1次序孔间的孔距；②在施工组织安排上，适当延长相邻两个次序孔施工时间的间隔，使前一次序孔浆液基本凝固或具有一定强度后，再开始后一次序钻孔，相邻同一次序孔不要在同一高程钻孔中灌浆；③串浆孔若为待灌孔，采取同时并同灌浆的方法处理，如串浆孔正在钻孔，则停钻封闭孔口。待灌浆完后再恢复钻孔。

　　4施工组织

　　本工程的施工管理采用项目管理法，设置1名项目经理，负责整个工程的全面管理。

　　各钻进注浆组设组长1名，负责其小组的生产组织，每钻组设置技术人员1名。主要负责其小组施工过程中的技术问题，也即负责实施完成设计文件中的各项技术指标。

　　根据本工程量及工期要求，将组织钻机3～5台。

　　5质量保证体系

　　本注浆工程，根据工程目的、地质情况等，主要质量环节为成孔—封孔—配浆液—注浆。其中，封孔这一环节尤为重要，如若封孔失效，孔内浆液处于无压状态。加固地基土的目的将无从实现。

　　为此，本公司在每个钻组将设置有经验的专门人才指导封孔工作。

　　采用全面质量管理办法，设置项目技术负责1名。质量指标层层分解、层层负责、人人有指标、人人有压力。以下为具体措施：

　　(1)工序管理措施。工地成立质量管理小组。由项目经理指挥，项目技术负责人负责制。做好事先指导，中间自检，最后审查。配专职质检员，按全面质量管理要求施工，以工作质量保证工序质量，以工序质量保证工程质量。

　　(2)钻孔一定要达到设计深度，钻孔应垂直。

　　(3)放孔要准确。

　　(4)严格按照图纸设计要求及有关规范进行施工。

　　(5)严格控制注浆量、水灰比。保证灌浆效果。

　　(6)严把材料关，不合格的材料坚决不用。

　　(7)技术人员应把好成孔、插管、封孔、注浆关，并如实做好记录。

　　6安全保证体系

　　“安全为了生产，生产必须安全”，本公司一贯坚持“安全第一，质量第一”。树立安全第一、质量第一思想、职工上岗前应进行安全教育和技术交底；机班长负责每班安全生产；现场用电及电器应有专职电工管理，防止发生电气火灾事故；夜间施工设置照明设备，由专人值班管理；在现场设置安全标语牌；严禁酒后上岗；工人上班需戴安全帽；勤检查、勤维修，把一切不安全因素尽量排除。

　　7结论

　　(1)注浆技术加固软路基，在技术上是可行的，在施工质量和处理效果上是好的，对其承载力和稳定性将得到较大的提高。

　　(2)注浆技术的关键是注浆压力的选择和控制、浆材配比和注浆工艺。

　　(3)注浆参数的选择是一个复杂的问题，只有通过现场试验才能切实地确定。

　　(4)在地基加固处理方面，选择注浆方法比其他诸如碎石桩、大开挖换填等处理方法，不但技术上可行、经济上合理、工期上缩短，而且极大地减少了环境污染问题。