高喷灌浆技术在公路地基施工中的应用研究.pdf

交通世界TRANSPOWORLD收稿日期：2023-04-25作者简介：刘力霞（1986），女，工程师，研究方向公路工程。高喷灌浆技术在公路地基施工中的应用研究刘力霞（河北交投基础设施工程有限公司，河北 石家庄 050000）摘要：为解决公路工程地基处理施工中的问题，结合某公路工程实际情况，从施工准备阶段的工作入手，对地基处理施工过程中高喷灌浆技术的具体应用进行了分析，提出了相应的施工工艺流程、方法和注意事项，涉及灌浆孔布置、钻机就位、钻孔、浆液配制、喷射灌浆、特殊情况处理等环节，以期为同类工程提供参考。关键词：公路地基；高喷灌浆；施工工艺中图分类号：U416.1文献标识码：B0 引言地基处理是公路工程施工的重要环节，对保证地基稳定性和承载能力都有重要作用与意义。高喷灌浆是一项常用于水利工程的加固防渗技术，在公路工程地基处理中的应用还比较新颖，要想达到理想的效果，有必要结合工程实际情况，对这项技术的具体应用进行深入探讨。1 工程概况某公路工程沿线范围内分布大面积软土地基，其主要土层的物理力学性质指标检测结果如表1所示。根据场地实际情况，设计采用高喷灌浆技术进行处理。以下结合该工程实际情况，对其地基处理施工中高喷灌浆技术的具体应用进行深入分析。表1 公路地基主要土层的物理力学性质指标检测结果土层壤土淤泥淤泥质黏土黏土粉质黏土天然含水量（%）50.0347.7933.3022.65天然重度/（kN/m3）17.1717.3520.5420.30塑性指数1.411.540.830.40压缩模量/MPa2.202.402.386.75土工试验承载力/kPa90.00.711.045.1117.09水工试验承载力/kPa3007069160260承载力推荐值/kPa50601502502 施工准备工作在公路地基施工中采用高喷灌浆技术时，需要在开工前做好准备工作，以确保高喷灌浆施工顺利完成，并达到理想质量效果。施工准备工作主要包括以下方面。1）根据施工现场的具体情况做好现场布置工作。2）根据工程施工要求确定各项施工工艺参数：孔距一般为 0.5 m；水压力控制在 3540 MPa，水流量控制在 7080 L/min，喷射管的提升速 度 按 照24 cm/min 控制；空气压力控制在 0.60.8 MPa，风量 控 制 在 1.01.2 m3/min，喷 射 管 的 转 动 速 度 按 照22 次/min控制，喷射管的摆动角度应达到360；浆液压力控制在0.20.7 MPa，浆液流量控制在6075 L/min，进浆浓度控制在 1.501.65 g/cm3，回浆浓度控制在1.201.40 g/cm31。3）项目经理部应召开专门的技术会议，由主任工程师向全体施工人员开展技术交底，再由施工员向全体操作人员交底，将质量责任严格落实到个人，确保所有操作人员都能熟练掌握职责范围内施工内容的具体操作流程、参数指标、设备性能与安全操作要求。4）项目经理部应安排专门的安全员为施工技术人员与各班组施工人员开展安全交底，将交底的内容严格落实到个人，确保人人都能重视安全，提高现场施工安全水平。5）为现场施工做好材料供应，水泥主要使用42.5普硅水泥，要求进场的水泥保持新鲜，没有结块与杂质2。6）做好施工现场临时供水供电安排，其中，供水可直接在附近水库中抽取，使用前要经过适当的过滤与沉淀；供电以柴油发电方式为主。7）按照现场施工要求做好施工机械设备配置，具体包括以下几种：1台15 kW CYP-50型高喷台车；1台22 kW XY-2 型地质钻机；2 台 4 kW Hb80 型泥浆泵；99总662期2023年第32期（11月 中）1 台 22 kW YV6/8 型空压机；2 台 4 kW JL 型搅浆机；1 台90 kW GZB100型高压水泵。8）考虑到高喷灌浆施工属于隐蔽工程，为了更加高效和保质地完成施工，项目经理部要积极组织人力和物力实行24 h全天候流水作业，即将全体施工人员分成两班或三班，并在整个施工过程中加强质量监控3。3 施工工艺流程公路地基高喷灌浆施工需按照以下工艺流程进行：钻孔定位钻孔下喷射装置浆液制备喷浆旋转提升回浆成型冲洗与静压灌浆。4 施工工艺方法4.1 灌浆孔布置严格按照设计要求进行孔位测量与放线，并用竹签加以固定，在竹签上标明具体的孔号和序号，同时妥善保护，对所有钻孔实施统一编号处理。轴线上每个拐点都要设置一个专门的固定标志桩。在高喷灌浆施工中，一般将钻孔之间的距离确定为0.5 m，确定具体施工部位后，在其四周分别开出一个孔，缝隙中间按照0.4 m的间隔距离设置3个孔，在内侧按照0.5 m的间隔距离沿平行方向设置5个孔4。4.2 钻机就位钻孔开始前应先用垂球校正孔位，再用水平尺检查机身，确认是否水平，立轴是否垂直，以此有效控制孔斜率。钻孔完成后利用测斜仪对钻孔偏斜率进行检测，如果检测结果不满足要求，应立即采取有效的补救措施。4.3 钻孔1）钻孔孔径应略大于喷射管外径，以确保喷浆管可以顺利到达设计要求的深度，在泥浆护壁的基础上进行回转钻进，施工所用钻具类型依地层条件确定。2）钻进开始后先采用轻压慢钻的方法，钻进时现场技术人员应随时检查钻机实际工作情况，以及时发现和纠正发生的问题，直到钻进至设计要求的深度，对钻孔过程中的时间、孔序、孔深、地层发生的变化，以及是否漏浆和掉钻等做好记录。在钻孔取芯过程中也要做到认真观察和详细记录，确保高喷过程中针对不同类型的地层采取有效的技术措施，保证钻孔顺利完成，并达到预期的质量效果5。3）在钻孔过程中应采用泥浆做好护壁，如果钻进时出现比较严重的浆液漏失或孔口处无法正常返浆，应立即通过充填堵漏的方式加以处理。也就是在停止钻进的同时，提高泥浆浓度（也可在泥浆中掺入适量的砂料，要求按照先细后粗和先少后多的原则进行），直到孔口开始返浆以后才能继续钻进。4）终孔完成后，需要在喷灌之前由现场监理人员进行检测，经检测确认合格后才能开始下一道工序的施工，在准备喷灌的钻孔口处需使用水泥袋装土进行覆盖。4.4 浆液配制浆液应严格按照设计要求的配合比均匀搅拌，其搅拌时间一般要达到90 s以上。浆液从开始搅拌到使用完毕的时间不能超过4 h，放置时间过长的浆液不可继续使用，否则将影响灌浆效果。进、回浆浓度分别按照1.501.65 g/cm3和1.201.40 g/cm3控制。在正常施工时，需按照1530 min的时间间隔检测浆液密度，若浆液实测密度和要求值之间的差值达到0.1 g/cm3以上，则需要对浆液水灰比进行适当调整，此外还要注意各灌浆孔单位长度水泥用量应达到180 kg以上，保证水泥用量充足是使浆液凝结后强度达到要求的基础，在浆液配制过程中必须严格控制6。4.5 喷射灌浆喷射灌浆施工中应注意以下几方面要点。1）在钻孔完毕后，应尽快将高喷台车就位并开始下管。2）在喷浆过程中，应先在地面进行试验性喷浆，其间随时对喷射方向进行调整，在压力达到要求的数值后，对高压射流压力、喷嘴直径与形状、高压管路以及高压泵实际工作状态进行检查，确认是否正常。经试验性喷射灌浆可确定供水、供气、供浆系统与整个管路系统是否保持畅通。3）现场的试验性喷射灌浆结束后，需尽快将喷射管移动到钻孔处，并将喷射管下放至钻孔内设计要求的深度。4）在喷射灌浆开始后，应按照先浆、后水、再风的顺序进行；喷射灌浆完成后，应按照先停水、再停风、最后停浆的顺序进行。5）将喷射管下放到设计要求的深度后，适当调整喷射方向，按照之前设定的参数送浆、送气和送水，预先开始静喷，在孔口处开始返浆后，按照要求的速度提升喷射管。6）喷射灌浆施工应保持连续，若遇到特殊情况必须终止喷射灌浆，需要在喷射灌浆恢复之前复喷，一般要求复喷搭接长度达到0.5 m以上。7）如果供水、供气和供浆因故中断，则需将喷头下沉到停喷点下方0.5 m的位置，在供水、供气和供浆正式恢复以后继续喷射提升，如果因故停机的时间达到3 h以上，需要彻底清洗泵体与输浆管，防止浆液凝固造成堵塞。100交通世界TRANSPOWORLD8）喷射灌浆过程中应随时检查以下指标：高压水泵、低压泥浆泵、风压与浆液流程、风流量与水量以及导管的提升速度。9）喷射灌浆施工完成后，尽快连续回灌，直到钻孔中的浆液停止下降。10）弃浆应排放到要求的地点，注意防止造成环境污染。11）在实际施工过程中随时检查各项技术参数、浆液实际用量、施工异常现象及其处理，同时在喷射灌浆完成后由现场监理人员进行签认。4.6 特殊情况与处理在实际的喷射灌浆过程中，由于不同方面因素的影响，可能出现一些特殊情况，如冒浆和凹穴。针对不同的情况，需根据其产生的原因，结合以往工程经验，及时采取有效措施处理，防止对最终的喷射灌浆效果造成不利影响。4.6.1 冒浆在高喷灌浆过程中，部分浆液和地层混合搅拌进入地层内，而另一部分浆液则通过孔壁向外流出，这一现象就是冒浆。根据冒浆的成分与流量，可初步确定喷射灌浆实际情况与地层状况。冒浆数量和喷射类型与施工时的进浆量都有一定关系。无论冒浆量过大或过小，都是不正常的，应立即分析其原因，并予以针对性处理。1）对于因地层范围内存在较大空隙导致不冒浆的问题，可采用黏土浆或在浆液中适量掺入中、细砂，将地层中的空隙完全填满后继续进行喷射灌浆。2）当冒浆量过大时，可能由于有效喷射范围和灌浆数量未能适应所致，对此可通过适当增加喷射压力或减小喷嘴的孔径来解决，在条件允许的情况下也可采取适当提升速度的方法。4.6.2 凹穴喷射灌浆完成后，因受到重力与浆液自身性能的影响，混合液在不断凝结硬化和固结的过程中，表面会由于析水沉淀产生下陷，导致凹穴产生，其深度主要和土质类型、浆液性能与凝结体直径等因素直接相关，一旦施工中出现这一特殊情况，可采取以下措施处理。1）喷射灌浆结束后应继续向钻孔中进行静压灌浆，直到钻孔中的混合液完全凝固，不再发生下沉的现象。2）喷射灌浆结束后，可以向凝结体和上部结构之间存在的空隙中实施二次静压灌浆。此时使用的浆液，应采用具有一定微膨胀性质的材料，以减小收缩作用。3）高喷灌浆施工中，如果出现压力骤增或骤降的情况，或孔口处回浆浓度、浆液数量发生异常，都应立即处理。4）在供浆保持正常的情况下，如果孔口处的回浆液密度减小，无法达到设计要求，则可通过适当提高进浆密度或数量来解决。如果发生串浆的问题，需立即封堵串浆孔，并在孔位高喷灌浆完成后，立即对串孔进行扫孔和灌浆，或继续钻进。5）当发生较为严重的漏浆问题时，应掺入适量粗骨料或添加速凝剂来避免浆液大量流失，直到返浆保持正常。4.7 施工注意事项实际的喷射灌浆施工除了要按照以上工艺方法进行，还要对以下几点引起足够的重视。1）在下管之前应先明确具体的喷射方向及摆动角度，保证凝结体有效连接。2）下管建议采用低压送水、送气和送浆的方法，这样能有效避免喷嘴发生堵塞。3）严禁将冒浆直接关口，若冒浆异常或不能冒浆，则不可进行提升。4）在喷射灌浆过程中应密切注意所有系统的实际运转情况，一旦发现异常，必须立即处理，以免对其他钻孔的喷射灌浆施工造成不利影响。5）在连接和更换灌浆管的过程中应注意防止发生坍孔或堵嘴。6）喷射灌浆时，在接管和换管完成后进行下管时，需要在停喷面下落适当距离，确保凝结体实现上下连贯。7）在深层喷射灌浆过程中，为避免注浆管被扭断或发生埋管，需要在喷浆开始后进行适当的转动与提升。8）喷射灌浆施工完成后，尽快将注浆管取出，并利用高压水对注浆管路进行冲洗，以确保其他钻孔可以正常喷射。5 结束语综上所述，高喷灌浆技术虽然主要用于水利工程加固防渗，但在公路工程的地基处理过程中也有一定适用性，能有效提高地基的承载力，为之后各阶段公路施工奠定良好基础。以上对公路地基处理过程中高喷灌浆技术具体应用进行了初步分析与总结，提出具体施工方法和要点，可为实际公路工程地基处理施工中高喷灌浆技术的应用提供技术参考。参考文献：1 冀向晖.高喷灌浆技术在公路地基施工中的应用研析J.智能城市，2018（20）：104-105.（下转第104页）101总662期2023年第32期（11月 中）深度超过8 m后，二者的应变值及规律基本趋同。考虑应变衰减至0.001%对应的深度为影响深度，计算得到的应变影响深度为6.5 m。3.2 应变在路面中的横向分布规律图5为附加应变在路面结构中的横向分布情况。从图5中可以发现，路面中的应变表现出沿两车轮间中心线对称分布的规律。最大压应变位于两个车轮下方，约为0.013%，应变值沿车轮两侧减小。在车轮间，应变逐渐从拉应变转变为压应变；在车轮两侧，应变则逐渐由压应变转变为拉应变，车路外侧拉应变最大值约为0.011%，大于车轮内侧。3.3 应变在路基中的横向分布规律根据竖向动应变在路基不同深度处的横向分布情况可以看出，当深度一定时，应变值沿车轮向两侧逐渐递减。塑性应变的最大值位于 0.7 m（路基顶）处，约为 0.066%，路面下 1.0 m、1.4 m、1.9 m、2.5 m、3.2 m、4.0 m、5.0 m处的塑性应变值分别为0.7 m时的86.4%、62.1%、43.9%、22.7%、13.6%、7.6%。表明随着路基深度的增加，最大竖向应变不断衰减，浅层的衰减速率大于深层。深度小于1.9 m时，应力沿轮迹向两侧衰减；深度超过1.9 m时，应力值在两个轮迹的横向范围内基本一致，沿两侧轮迹分别向外侧递减。深度为0.7 m时，在车轮外侧1.5 m处，塑性压应变减小至0%后转变为拉应变，拉应变逐渐增大，然后再次减小，最终趋近于0%。这种现象随着深度的增大而不再明显，深度超过1.9 m后则消失。总体来看，路基中的应变沿深度逐渐减小，应变衰减趋势降低，但是横向影响宽度增加，表现为关于两轮中间位置的对称分布规律。4 结论本文运用 ABAQUS 有限元软件建立压实黄土路基模型，开展路基动力响应与变形特性分析。研究结果表明：随着深度的增加，荷载附加应力逐渐衰减、扩散，在传递至不同结构时，由于刚度变化，竖向应力的衰减速率会发生突变，荷载对动应力的影响深度约为4.5 m；车辆荷载对路面结构横向应力分布的影响较小，仅在车轮附近小范围内存在；当深度一定时，应力-路基横向位置曲线呈现出关于两车轮中心位置的对称分布形态，随着深度的增加，应力在路基中的横向影响范围增大；深度不足1.9 m时，车轮下方应变大于车轮间下方；深度超过1.9 m后，车轮间下方应变大于车轮下；荷载对动应变的影响深度约为6.5m；路面中的应变表现出沿两车轮中心线对称分布的规律，最大压应变位于两个车轮下，应变值沿车轮向两侧减小；当深度一定时，车轮下方的应变值最大，向两侧逐渐递减；随着路基深度的增加，路基中的应变减小，应变衰减趋势降低，横向影响宽度增加，表现为关于两轮中间位置的对称分布规律。参考文献：1 铁卫伟，袁雪峰.基于ANSYS有限元数值模拟的高速公路路基变形因素分析J.建筑技术开发，2022，50（1）：114-117.2 孟宪宏.重载作用下公路路基结构体系的动力特性变化仿真研究J.公路工程，2018，43（4）：301-305.3 王佳，张家生.交通荷载作用下公路路基动力响应研究J.路基工程，2013（2）：7-10.4 何海鹰.高速公路路基动力响应现场试验与数值分析J.长沙理工大学学报（自然科学版），2012，9（2）：13-18.路面横向位置/m0.000 150.000 100.000 050.000 00-0.000 05-0.000 10-0.000 15附加应变（me）151050图5 附加应变在路面结构中的横向分布情况（上接第101页）2 魏丁云.公路地基工程中高喷灌浆的施工技术J.建材与装饰，2016（13）：271-272.3 赵子博.高喷灌浆技术在公路地基施工中的应用探讨J.交通世界，2015（12）：62-63.4 王岗.公路基础工程施工中的高喷灌浆施工工艺J.科技资讯，2015（34）：100，102.5 梁素华.公路地基施工中高喷灌浆技术的应用探析J.科技经济市场，2015（10）：18-19.6 吴宏建，曹千里.浅谈公路地基施工中高喷灌浆技术的应用J.江西建材，2014（17）：166.7 周延国，吴祖国，闫长斌.降水与回填联合方法在某水电站厂房基础高喷灌浆中的应用J.资源环境与工程，2014（4）：566-568.104