摘要：為了進(jìn)一步揭示托換加固對路基沉降病害的處治效果，本文選擇了特殊斷面，布設(shè)了路基沉降標(biāo)和軟基水平位移測斜管，評價(jià)各類托換后加固的效果，結(jié)果表明，高壓旋噴樁加固后軟土地基沉降歷時(shí)演化特征相對加固前明顯改善，托換加固后路基沉降控沉效果良好，且力學(xué)機(jī)制明確，側(cè)向輻射注漿后加固軟土地基，目前未得到有效路基沉降有效監(jiān)測數(shù)據(jù)，但傾斜設(shè)置的施工和易性顯著提高，但傾斜設(shè)置注漿結(jié)石增強(qiáng)體的減沉受力機(jī)制，有待進(jìn)一步闡明，小導(dǎo)管注漿加固路基填土，用于路基淺層土工結(jié)構(gòu)（路面承載層）性能改善機(jī)理明確，或可解決“夏凸冬凹”等淺層路基病害。

　　針對服役期路基持續(xù)沉降嚴(yán)重，路面病害多發(fā)路段，開展了既有高速公路軟基托換加固先導(dǎo)試驗(yàn)段實(shí)踐與研究。主要包括：選擇沿海高速連云港段K853+990~K854+020連鹽方向，開展了既有高速公路軟土地基高壓旋噴樁托換加固工程實(shí)踐；同期，在K865+044~K865+104和K865+220~K865+280路段，采用側(cè)向輻射注漿后加固軟土地基工程實(shí)踐。2017年，選擇連云港段連通方向K871+835~K872+160路段，大豐段通連方向K1035+513~K1036+033長520m路段，進(jìn)行了路基土工結(jié)構(gòu)小導(dǎo)管注漿法加固。

　　本文選擇了以下斷面，布設(shè)了路基沉降標(biāo)和軟基水平位移測斜管，評價(jià)各類托換后加固的效果，詳見表1。

　　一、高壓旋噴樁加固路段效果分析

　?。ㄒ唬┘庸糖霸撀范蔚男誀?/p>

　　沿海高速公路K853+990~K854+020路段連鹽方向，路基填土高度約3.0m。施工圖勘察資料揭示，該路段軟土厚約11m，埋深2.8m。軟土局部為淤泥，孔隙比達(dá)e=2.087，最大含水量w=82.1%，流塑狀態(tài)。軟土不排水剪切強(qiáng)度cu=2.2kPa，不排水內(nèi)摩擦角ju=2.7°，強(qiáng)度極低；軟土壓縮系數(shù)a1-2=1.33MPa-1，超高壓縮性。總體而言，該段落軟土層埋藏淺、厚度大、工程性質(zhì)極差。該路段2006年建成通車后，路基沉降監(jiān)測數(shù)據(jù)揭示，每年新增沉降量達(dá)到5~6cm，沉降長期持續(xù)發(fā)展，且不收斂?；谲囕v高速行駛安全，該路段2009年加鋪約4.85cm，2010年加鋪約5.5cm，2011年加鋪7.0cm，2012年加鋪6.0cm，連續(xù)四年累計(jì)加鋪約23.37cm。路基高度相對較低、軟土地基工程性狀極差，導(dǎo)致罩面加鋪小荷載作用時(shí)的路基附加沉陷響應(yīng)十分敏感。

　?。ǘ└邏盒龂姌都庸谭桨?/p>

　　根據(jù)該路段的病害性狀，尤其是前期加鋪罩面常規(guī)維護(hù)工作效果并不理想， 2013年，采取高壓旋噴樁對該路段進(jìn)行了托換加固。高壓旋噴樁直徑600mm，樁間距1.8m，正方形布置，注漿深度16m。高壓旋噴樁處理完畢后，立即用無砂水泥密封，封口深度為2.9m。加固方案布置的剖面圖、平面圖見圖1和圖2所示。

　　高壓旋噴樁注漿材料采用強(qiáng)度為32.5的普通硅酸鹽水泥、摻灰量250kg/m，水灰比為1：1；注漿采用高壓旋噴樁雙重管注漿工藝。采用76型旋轉(zhuǎn)鉆機(jī)，插管與鉆孔兩道工序合二為一，鉆孔完畢，插管作業(yè)即完成。

　　（三）沉降觀測數(shù)據(jù)的分析

　　沿海高速連云港段K853+990~K854+020路段方向，軟土地基加固后的路面沉降標(biāo)布置和近3期沉降數(shù)據(jù)，見表2。

　　可以看出，控沉目標(biāo)路段高壓旋噴樁托換加固后，2013年至今的累計(jì)沉降量小于15mm，路基沉降相對加固前得到有效的控制。其中，典型路面沉降標(biāo)沉降歷時(shí)演化特征，連通加固路段的路基沉降雖有波動，但相對加固前的年沉降量約50mm~60mm，歷時(shí)發(fā)展演化特征明顯改善，參見圖3和圖4。

　　2018年對加固路段路基二期沉降監(jiān)測中，增設(shè)了路基沉降標(biāo)。2020年3月到10月間，路基沉降累計(jì)沉降僅約2mm，沉降小，數(shù)據(jù)穩(wěn)定。相對加固前沉降歷時(shí)特征，軟土地基托換加固效果明顯，參見表3、圖5和圖6。

　　二、側(cè)向輻射注漿加固路段效果分析

　?。ㄒ唬┘庸糖霸撀范蔚男誀?/p>

　　沿海高速公路K865+044~K865+104路段和K865+220~K865+280路段（連通方向）路基填土高度約3.0m。該段分布有較厚的軟土，主要為淤泥和淤泥質(zhì)亞黏土層。該路段處淤泥層厚約9.1m，埋深1.9m。淤泥層軟土最小天然重度g=14.8kN/m3，最大孔隙比e=2.028，最大含水量w=80%，流塑狀態(tài)；不排水強(qiáng)度cu=3.6kPa，不排水內(nèi)摩擦角ju=1.7°，強(qiáng)度極低；軟土壓縮系數(shù)a1-2=1.23MPa-1，超高壓縮性?？傮w而言，該段落軟土層埋藏淺、厚度大、工程性質(zhì)極差。該路段2009年加鋪約5.0cm，2010年加鋪約6.5cm，2011年未處理，2012年再加鋪約6cm，四年累計(jì)加鋪厚度約17.5cm。同樣，路基高度相對較低、軟土地基工程性狀極差，導(dǎo)致罩面加鋪小荷載作用時(shí)的路基附加沉陷響應(yīng)十分敏感。

　?。ǘ﹤?cè)向輻射注漿加固方案

　　根據(jù)上述路段的填土高度、沉降狀況和路面加鋪情況，管理單位采用側(cè)向輻射注漿加固方案對其進(jìn)行了托換加固。該方法避免了集中結(jié)構(gòu)性養(yǎng)護(hù)開窗期需要交通管制的交互影響，該托換加固技術(shù)施工的交通組織和易性相對更好。

　　本路段注漿加固，采用一孔多角度袖閥管輻射注漿加固路基土體，選擇兩個(gè)路段處理長度共120m，傾斜引孔直徑110mm，注漿土層加固厚度約10m，設(shè)計(jì)漿液擴(kuò)散半徑在0.5m。注漿孔沿著路的方向間距 1.0 m，橫向間距 0.9 m，布置 9 個(gè)注漿孔，總計(jì)路基共布置注漿孔 2160 個(gè)，參見圖7。

　　工程實(shí)踐中，袖閥管用Φ50PVC管，花管規(guī)格為間隔35mm穿8-10個(gè)5 mm注漿孔。引孔設(shè)置袖閥管后，將注漿器沿袖閥管下移至需要注漿孔段深度，將注漿壓力管與袖閥管內(nèi)注漿器進(jìn)行連接；啟動注漿泵，高水灰比稀漿開環(huán)（孔），注漿壓力逐步提高，直到?jīng)_開橡膠袖閥及所對應(yīng)位置套殼；開環(huán)成功壓力回落后，泵送水泥漿液，一直注漿到設(shè)計(jì)所規(guī)定壓力，并注漿量基本穩(wěn)定為止。注漿過程中，可視加固需要或設(shè)計(jì)規(guī)定，進(jìn)行間歇分級多次注漿，直到符合設(shè)計(jì)要求為止。注漿結(jié)束后，管口附近洞口四周空隙，采用干硬性水泥漿速硬水泥封口（封口深度為1m）。

　　必須指出，側(cè)向輻射注漿加固方案盡管和易性良好，袖閥管注漿無需圍封構(gòu)造，但需要傾斜成孔，不同角度輻射袖閥管設(shè)置施工相對復(fù)雜，且多次高壓注漿對該段軟土（黏性土）的施工和易性、設(shè)置效應(yīng)及其影響控制，有待完善，參見圖8。同時(shí)，傾斜注漿增強(qiáng)體的軟土地基穩(wěn)定機(jī)制尚明確，但軟土層控沉機(jī)制有待辨識。側(cè)向輻射注漿加固路段，本次新增K865+083~K866+745二期監(jiān)測段，二期監(jiān)測設(shè)置路面沉降標(biāo)和路基沉降標(biāo)。目前，僅采集了基準(zhǔn)數(shù)據(jù)，需結(jié)合年度12月份的觀測數(shù)據(jù)，做進(jìn)一步分析。

　?。ㄈ﹤?cè)向輻射注漿沉降觀測

　　三、小導(dǎo)管注漿法加固路段效果分析

　?。ㄒ唬┘庸糖霸撀范蔚男誀?/p>

　　根據(jù)2016年的觀測數(shù)據(jù)，K871+835~K872+160路段連通方向、K1036+033~K1035+513路段通連方向，連續(xù)四年的年沉降速率超過6.0mm。選擇上述路段采用小導(dǎo)管注漿法進(jìn)行路基加固，參見圖9。

　?。ǘ┬?dǎo)管注漿加固方案

　　綜合考慮加固處理過程中對交通流的影響，應(yīng)選擇養(yǎng)生時(shí)間較短的材料；小導(dǎo)管注漿主要加固路基填土，漿液可灌性十分重要。為了確保有效的注漿范圍及注漿后的土基整體性，采用地聚合物化學(xué)注漿材料。設(shè)計(jì)采用多排注漿孔，平面布置為等腰三角形，排距與孔距相等。其中，20m試驗(yàn)段孔距2.0m，兩側(cè)各設(shè)置了40m過渡段（20m+20m），分別采用2.5m和3.0m的孔距，參見圖10。

　　施工小導(dǎo)管選用無縫鋼管，管徑φ50mm，壁厚2mm，管長3米。鋼管前端做成200mm長圓錐狀，尾端1m范圍不開孔，剩余部分每隔100mm梅花狀布設(shè)φ8的溢漿孔。同時(shí)尾端50cm長度焊接60mm孔徑套管，參見圖11和圖12。

　?。ㄈ┏两涤^測數(shù)據(jù)的分析

　　項(xiàng)目組統(tǒng)計(jì)了小導(dǎo)管注漿加固路段K1036+033~K1035+513通連方向路基沉降監(jiān)測數(shù)據(jù)，并與該里程未加固路段連通方向進(jìn)行了對比。

　　2019年10月、2020年12月兩期觀測數(shù)據(jù)揭示，K1036+033~K1035+513路段通連方向加固段和連通方向?yàn)榧庸潭温坊两当O(jiān)測數(shù)據(jù)，參見表5。截止2020年12月，路基沉降歷時(shí)演化特征，參見圖13。同里程段，不同方向小導(dǎo)管注漿加固與未加固段，對應(yīng)路段路基沉降特征無明顯變化。

　　K1036+033~K1035+513路段新增路基沉降標(biāo)后的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，參見6。小導(dǎo)管加固后路基（通連方向）沉降與未加固路基（通連方向）沉降歸一化比值，約0.74~1.22，驗(yàn)證了上述路面沉降標(biāo)監(jiān)測成果。此外，該段新增水平位移數(shù)據(jù)揭示，最大水平位移增量與路基中點(diǎn)基底沉降 比值約1/4~1/5，軟土地基被動區(qū)剪切穩(wěn)定狀況良好。

　　綜上所述，小導(dǎo)管注漿加固路基填土，或可解決“夏凸冬凹”等淺層路基病害，但路基沉降關(guān)聯(lián)的軟土地基荷載水平與自身變形特征并無改變，無法用于軟土地基沉降與穩(wěn)定控沉，毋庸置疑。

　　結(jié)論

　　沿海高速服役十余年來，部分路段出現(xiàn)了不同程度的長周期沉降且不收斂，嚴(yán)重路段隨經(jīng)多次常規(guī)加鋪罩面養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)工作效果不佳，增加了常規(guī)管養(yǎng)工作壓力。針對上述問題，管理公司開展了既有高速公路軟基和路基填土加固的研究和實(shí)踐。分析上述路段的觀測數(shù)據(jù)可以得出如下結(jié)論：

　　(1) 高壓旋噴樁加固后軟土地基沉降歷時(shí)演化特征相對加固前明顯改善，托換加固后路基沉降控沉效果良好，且力學(xué)機(jī)制明確；

　　(2) 豎向高壓旋噴樁設(shè)置交互影響和環(huán)境效應(yīng)，例如橋頭段高壓注漿排土效應(yīng)對軟土地基路基穩(wěn)定、橋梁基樁穩(wěn)定的影響及其控制措施，有待進(jìn)一步闡明；

　　(3) 側(cè)向輻射注漿后加固軟土地基，目前未得到有效路基沉降有效監(jiān)測數(shù)據(jù)，但傾斜設(shè)置的施工和易性顯著提高，但傾斜設(shè)置注漿結(jié)石增強(qiáng)體的減沉受力機(jī)制，有待進(jìn)一步闡明；

　　小導(dǎo)管注漿加固路基填土，用于路基淺層土工結(jié)構(gòu)（路面承載層）性能改善機(jī)理明確，或可解決“夏凸冬凹”等淺層路基病害。

　　作者：王坤，江蘇現(xiàn)代路橋有限責(zé)任公司