穿越301國(guó)道頂管段灌漿加固技術(shù)分析

王 蛟，王德成，趙宏偉

（1.樺川縣新城灌區(qū)管理站，黑龍江樺川 154300;2.樺川縣新河宮排灌站，黑龍江樺川 154300;3.樺川縣水務(wù)局，黑龍江樺川 154300）

1 工程位置以及現(xiàn)場(chǎng)問(wèn)題

紅旗泡水庫(kù)主要為大慶石化公司的生產(chǎn)和生活用水來(lái)源，紅旗泡泵站異地新建項(xiàng)目位于紅旗泡水庫(kù)西水源管理站的北部，有7根供水管線鋼管要穿越301國(guó)道，頂管的工作坑位置位于供水管線的上游側(cè)，在穿越國(guó)道的管線中有直徑D1620的套管1根，套管編號(hào)為2號(hào)，直徑D1420的套管6根，套管編號(hào)為 1、3、4、5、6、7，7 根套管的長(zhǎng)度均為66 m，采用的鋼材鋼號(hào)均為Q235-BZ的普通碳素鋼材。

該工程開(kāi)工以來(lái)，在穿越G015國(guó)道的7根管線中，目前有1～3號(hào)管線管線上部的路面出現(xiàn)8.5 cm的沉降，分析原因有3點(diǎn)：①降水效果不理想，操作坑下沉18 cm;②地下水位比較高，降水引起公路地基沉降;③公路過(guò)往車(chē)輛超重，對(duì)公路路基振動(dòng)過(guò)大，引起局部沉降。根據(jù)以上問(wèn)題以及公路部門(mén)的對(duì)路基安全的相關(guān)要求，應(yīng)對(duì)公路路基進(jìn)行注漿措施，防止出現(xiàn)路基下部更多地方的大規(guī)模沉降，由于頂進(jìn)套管是每根是焊接成一個(gè)整體的，套管外部的每個(gè)地方沉降都可能對(duì)路基造成影響，所以進(jìn)行對(duì)套管外部進(jìn)行灌漿，加固路基。本著技術(shù)可靠、經(jīng)濟(jì)安全的情況，結(jié)合多年來(lái)設(shè)計(jì)公司對(duì)公路注漿加固的經(jīng)驗(yàn)，經(jīng)詳細(xì)計(jì)算和應(yīng)力分析，結(jié)合該套管周?chē)刭|(zhì)是粉細(xì)砂土層，水泥灌漿的可灌性極差，而且需要灌漿壓力很大，壓強(qiáng)過(guò)大還會(huì)造成管壁外壓失穩(wěn)，研究決定采用從鋼套管內(nèi)部鉆孔進(jìn)行化學(xué)水玻璃注漿，每排6孔，排距1.5 m，成梅花型布置，加固因?yàn)槭┕ろ斶M(jìn)套管的對(duì)周?chē)鷶_動(dòng)的土體，在套管周?chē)纬晒皯?yīng)力圈，加大公路在該地段的抗壓強(qiáng)度，增加該路基的穩(wěn)定，保證以后通車(chē)安全。

2 路基下部地質(zhì)結(jié)構(gòu)

根據(jù)該工程的地質(zhì)勘察報(bào)告，在輸水管線穿越G015國(guó)道段，管道的中心高程為142.759 m，在管線周?chē)鷱纳舷蛳路植紴辄S色低液性黏土、級(jí)配不良細(xì)砂、灰黑色的低液性黏土、高液性粉土，公路兩側(cè)的地面高程在145.1～147.1 m，公路的路面凈寬度24 m，在路基的下部，管線正好穿越的位置為級(jí)配不良細(xì)砂層。

3 注漿材料的選擇與計(jì)算

管線正好穿越的位置為級(jí)配不良細(xì)砂層，最大承載力140 kPa，該砂層的高程處于140.40～145.10 m，厚度5 m左右，正好包含整個(gè)在G015國(guó)道管線，該粉細(xì)砂經(jīng)過(guò)我公司巖土實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行顆粒級(jí)配試驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，該細(xì)砂層的顆粒比較小，粒徑大多數(shù)在0.075～0.25 mm。根據(jù)以往工程經(jīng)驗(yàn)，采用水泥砂漿材料進(jìn)行灌漿的可灌性很低，通常工程上對(duì)細(xì)砂層的灌漿采用化學(xué)灌漿，化學(xué)灌漿的主要優(yōu)點(diǎn)：①化學(xué)溶液的黏度低，可灌性好，能灌入0.03～0.001 mm的微細(xì)裂隙中，還能滲入泥化夾層中，并改變其物理力學(xué)性能。②化學(xué)溶液從流體變成膠凝體或固體的聚合時(shí)間，可在幾秒鐘到數(shù)小時(shí)之間較準(zhǔn)確地進(jìn)行控制，有效地控制漿液擴(kuò)散范圍，還可在很短的時(shí)間內(nèi)封堵有壓集中滲流。③其聚合體幾乎是不透水的，滲透系數(shù)一般為10-8cm/s，且在高水頭下不易被擠出，化學(xué)漿材種類很多，常用化學(xué)漿材的逐步要材料就是硅酸鈉（Na2SiO3）化合物溶液。

由于本工程采用硅酸鈉化合物溶液作為漿液灌漿，它可解決水泥灌漿難以奏效的特殊工程地質(zhì)問(wèn)題，粉細(xì)砂層常用化學(xué)灌漿進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)加固，經(jīng)過(guò)計(jì)算研究決定采用水玻璃灌漿材料，水玻璃化學(xué)名稱就是硅酸鈉，分為液體、固體、水淬3種，該灌漿采用的是液體硅酸鈉無(wú)色、略帶色的透明黏稠狀液體。分子式：Na2·nSiO2，石英砂和堿的配合比例即SiO2和Na2O的摩爾比決定著硅酸鈉的模數(shù)n，模數(shù)即顯示硅酸鈉的組成。液體硅酸鈉的技術(shù)指標(biāo)見(jiàn)表1。

鈉水玻璃為硅酸鈉水溶液，分子式為Na2O·nSiO2，土木工程中主要使用鈉水玻璃，優(yōu)質(zhì)純凈的水玻璃為無(wú)色透明的黏稠液體，溶于水。水玻璃分子式中的n稱為水玻璃的模數(shù)，代表Na2O和SiO2的分子數(shù)比，是非常重要的參數(shù)。n值越大，水玻璃的黏性和強(qiáng)度越高，但水中的溶解能力下降，工程中常用模數(shù)n為2.6～2.8，既易溶于水又有較高的強(qiáng)度，工程中常用液態(tài)水玻璃的密度一般為1.36～1.50 g/cm3，相當(dāng)于波美度38.4～48.3，為加速水玻璃的凝結(jié)固化速度和提高強(qiáng)度，水玻璃使用時(shí)一般要求加入固化劑氟硅酸鈉，氟硅酸鈉的摻量一般為12%～15%。

表1 液體硅酸鈉的技術(shù)指標(biāo)

4 注漿孔范圍的確定

注漿采用的是管內(nèi)固結(jié)注漿，在套管內(nèi)管壁上每排鉆孔6個(gè)，孔徑50 mm左右，6個(gè)鉆孔成對(duì)稱布置，相鄰鉆孔的夾角為60°，D1620套管的每個(gè)鉆孔深度經(jīng)計(jì)算后確定為2.0 m，D1420套管的每個(gè)鉆孔深度經(jīng)計(jì)算后確定為1.5 m，D1620套管和D1420套管鉆孔排距均為1.5 m，排與排之間的鉆孔采用梅花形錯(cuò)開(kāi)布置，采用間隔式對(duì)鉆孔進(jìn)行灌漿，灌漿量經(jīng)過(guò)計(jì)算在壓強(qiáng)≤0.28 MPa的作用下，根據(jù)滲透半徑與滲透速度，最后灌漿量52 L/m，灌漿完畢后對(duì)鉆孔采用與套管等厚度鋼板封堵焊死。

5 注漿鉆孔進(jìn)尺量以及注漿量計(jì)算

5.1 D1620套管進(jìn)尺計(jì)算

每排6孔，每孔進(jìn)尺2 m，排距1.5 m，1根頂進(jìn)的66 m套管共45排，所以D1620的鉆孔進(jìn)尺量L=540 m。

5.2 D1620套管注漿量計(jì)算

式中：Q為注漿液用量，m3;D為注漿直徑，m;H為鉆孔深度，m;B為損失系數(shù)。

5.3 D1420套管進(jìn)尺計(jì)算

每排6孔，每孔進(jìn)尺1.5 m，6根頂進(jìn)的66 m套管共270排，所以D1420的鉆孔進(jìn)尺量L=2 430 m。

5.4 D1420套管注漿量計(jì)算

式中：Q為注漿液用量，m3;D為注漿直徑，m;H為鉆孔深度，m;B為損失系數(shù)。

綜上，在對(duì)公路路基下部土體進(jìn)行固結(jié)灌漿的同時(shí)，還要考慮灌漿的壓力不可以太大，隨著新管線需要大量興建和過(guò)去的舊管線大量待重建或翻修，管線建設(shè)愈多，在穿過(guò)公路路基為粉細(xì)砂路段，采用化學(xué)灌漿的加固措施是可行的。

[1]華東水利設(shè)計(jì)院.水工設(shè)計(jì)手冊(cè)（第八卷）[R].北京：中國(guó)水利電力出版社，1992.

[2]崔冠英.水利工程地質(zhì)[M].北京：中國(guó)水利電力出版社，2003.

[3]袁光裕.水利工程施工[M].北京：中國(guó)水利電力出版社，2003.