一种公路路基病害治理方法与流程

本申请涉及公路路基养护领域，尤其涉及一种公路路基病害治理方法。

背景技术：

近年来，相当数量的公路在建成通车不久便会出现如路面开裂、脱空、错台和路基软化沉降(突水)等病害。这些病害都是造成公路事故的“隐形杀手”，给人们的生命和社会的安全带来了严重的威胁。

注浆是地下工程防渗加固的主要技术手段之一，在水利工程、交通工程、隧道工程和采矿工程等领域都得到了广泛应用。而在富水高填方公路路基区域，由于其病害区的水流量大，利用传统的水泥浆已不能满足设计规定的要求。由于钢纤维水泥材料具有安全环保、反应速率快和抗渗抗压耐久等特点，已成为公路路基病害治理综合性能较优的注浆材料。

钢纤维水泥浆液由于粘度性质发生变化，造成其注浆扩散机理十分复杂，给注浆过程中注浆参数的选取带来极大不便。而且，目前钢纤维水泥浆液主要应用于建筑地基加固等，申请号为cn201810490808.0的专利文献公开了一种抗压钢纤维混凝土，但是所存在的注浆方法既没有给出注浆孔型的选取方法，也没有给出注浆扩散范围的检测方法和注浆结束的判定准则，这些都是决定注浆效果的最为关键的因素。

因此，提供一种适合于富水高填方公路路基病害钢纤维水泥浆注浆治理方法已成为业内急需解决的问题。

技术实现要素：

鉴于上述现有技术的不足之处，本申请的目的在于提供一种公路路基病害治理方法，能够根据公路路基病害区的范围确定注浆孔的数量以及位置，并实时监测注浆范围，清楚把控注浆节点。

为了达到上述目的，本申请采取了以下技术方案：

一种公路路基病害治理方法，包括步骤：

s10、布置注浆孔：

根据病害区的范围，在病害区钻取若干个注浆孔，相邻注浆孔的孔间距为第一距离阈值；在每个注浆孔中分别插入注浆管，并在每个所述注浆管外壁装设若干个注浆压力传感器；

s20、布置排水孔：

距离病害区水平方向第二距离阈值处向所述病害区的中心位置方向钻取排水孔，并在所述排水孔中插入排水管，在所述排水管的出水端与所述排水孔的孔壁之间进行密封处理，并在所述排水管的进水端装设排水压力传感器；

s30、封堵注浆：

所述注浆管向病害区内注射封堵浆液，封堵病害区的裂隙或溶洞，当所述排水压力传感器检测到的排水压力的压力值等于压力阈值时，执行步骤s40；

s40、压密加固注浆：

所述注浆管向病害区内停止注射封堵浆液，并开始注射加固浆液，当所述注浆传感器检测到加固浆液填满所述病害区后，结束注浆。

优选的所述的公路路基病害治理方法，在步骤s10前，还包括步骤：

s01、预处理：

利用无损检测技术确定病害区的轮廓线；在确定的路基的病害区通过钻孔取芯，测点岩样的结构的空隙特征，并根据所述空隙特征通过室内试验确定单孔注浆扩散的有效半径。

优选的所述的公路路基病害治理方法，所述步骤s10中，若干个所述注浆孔分布的位置和所述注浆孔之间的孔间距的选取根据最值理论和所述单孔注浆有效半径获得。

优选的所述的公路路基病害治理方法，所述步骤s10中，还包括：

通过所述注浆管注入锚固浆液，固定所述注浆管的位置。

优选的所述的公路路基病害治理方法，所述排水压力传感器为两个，分别为内排水压力传感器和外排水压力传感器，所述内排水压力传感器装设在所述排水管进水口处的内壁上；所述外排水压力传感器装设在所述排水管进水口处的外壁上。

优选的所述的公路路基病害治理方法，所述注浆压力传感器在所述注浆管的外壁上沿直线每隔固定距离装设一个。

优选的所述的公路路基病害治理方法，在步骤s40中，所述结束注浆信号是根据所述注浆压力传感器和所述外排水压力传感器的测量值的变化获得。

优选的所述的公路路基病害治理方法，所述封堵浆液为钢纤维水泥浆液，包括配料及其质量配比为：水泥浆液:钢纤维＝1:1.5；所述加固浆液为钢纤维水泥的浆液，包括配料及其质量配比为：水泥浆液:钢纤维＝1:1。

相较于现有技术，本申请提供的公路路基病害治理方法，能够在实施时取得以下效果：

1)依据最值理论和单孔扩散有效半径精准的布置注浆孔和排水孔，实现浆液扩散范围的精准化和病害治理费用的经济化；

2)可以精准的控制注浆的浆液的扩散范围和注浆结束时间，确保泥浆液不会沿空隙流出路基外而造成浆液的大量浪费和影响隧道的正常运行；

3)利用排水功能不仅减缓病害核心区对浆液的冲刷力，也可以使浆液沿着排水管扩散的范围更大。

附图说明

图1是本申请提供的公路路基病害治理方法流程图；

图2是本申请提供的一种实施方式的病害区正面示意图；

图3是本申请提供的图2实施方式的病害区侧面示意图。

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本申请进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

请一并参阅图1-图3，本申请提供一种公路路基病害治理方法，包括步骤：

s10、布置注浆孔：

根据病害区的范围，在病害区钻取若干个注浆孔1，相邻注浆孔1的孔间距为第一距离阈值；在每个注浆孔1中分别插入注浆管11，并在每个所述注浆管11外壁装设若干个注浆压力传感器12；

s20、布置排水孔：

距离病害区水平方向第二距离阈值处向所述病害区的中心位置方向钻取排水孔，并在所述排水孔中插入排水管21，在所述排水管21的出水端与所述排水孔的孔壁之间进行密封处理，并在所述排水管21的进水端装设排水压力传感器；

s30、封堵注浆：

所述注浆管11向病害区内注射封堵浆液，封堵病害区的裂隙或溶洞，当所述排水压力传感器检测到的排水压力的压力值等于压力阈值时，执行步骤s40；

s40、压密加固注浆：

所述注浆管11向病害区内停止注射封堵浆液，并开始注射加固浆液，当所述注浆传感器检测到加固浆液填满所述病害区后，结束注浆。

具体的，如图2-图3所示，图中不规则图形集中区域为所述病害区，即突水区，框中白色部分为正常路基；所述注浆孔1的数量根据所述病害区的范围大小和形状而定，一般为3个或4个，如果是3个，则优选方案为3个所述注浆孔1的位置呈正三角形布置，如果是4个，则4个所述注浆孔1的位置呈正方形或者长方形布置，若是需要更多开孔，则孔位分布还可以为梅花状或六边形等视孔数多少进行规则和不规则形状排布；相邻的注浆孔1之间的孔间距即所述第一距离阈值的优选方案为1.2m-1.5m之间。应该说明的是，优选方案为所述注浆孔1的深度为贯穿所述病害区并超过0.5m，所述注浆管11的装设深度为所述注浆管11的末端距离所述注浆孔1的末端0.8m。这里所述的病害区一般为公路路基突水区；所述第二距离阈值优选为1.5m。其中，所述压力阈值优选为0kpa。一般情况下，所述排水孔个数为两个，分别开设在病害区中心(即突水源)垂直下方取一点水平方向上的两边，并都开孔位置都距离所述病害区第二距离阈值，方向都是向所述病害区中心开设，在垂直方向形成一定的角度方便排水。本申请中所述的富水高填方公路包括富水高填方高速公路以及富水区的公路。

作为优选方案，本实施例中，在步骤s10前，还包括步骤：

s01、预处理：

利用无损检测技术确定病害区的轮廓线；在确定的路基的病害区通过钻孔取芯，测点岩样的结构的空隙特征，并根据所述空隙特征通过室内试验确定单孔注浆扩散的有效半径。

具体的，所述无损检测技术是指在不损害或不影响被检测对象使用性能，不伤害被检测对象内部组织的前提下，利用材料内部结构异常或缺陷存在引起的热、声、光、电、磁等反应的变化，以物理或化学方法为手段，借助现代化的技术和设备器材，对试件内部及表面的结构、性质、状态及缺陷的类型、性质、数量、形状、位置、尺寸、分布及其变化进行检查和测试的方法，本实施例中使用的仪器优选为管道探测仪或者探地雷达；然后利用多层状均匀动力响应特性和缺陷分析方法对探测数据进行分析，得到所述病害区轮廓线。所述室内构模为根据所述岩样构建所述病害区的模型，并使用单孔注浆的方法，在所述模型上测取到所述病害区的单孔注浆的浆液扩散有效半径。所述空隙特征包括孔隙和裂隙。

应该说明的是，所述排水孔距离所述病害区第二距离阈值，实际是所述排水孔与所述轮廓线之间的距离。

作为优选方案，本实施例中，所述步骤s10中，若干个所述注浆孔1分布的位置和所述注浆孔1之间的孔间距的选取根据最值理论和所述单孔注浆有效半径获得。

具体的，所述最值理论在本申请中为最大值理论，是指最优控制中的最大值原理，是在目标泛函的最大化问题中得到最优控制的必要条件是使哈密顿函数达最大值。

作为优选方案，本实施例中，所述步骤s10中，还包括：

通过所述注浆管11注入锚固浆液，固定所述注浆管11的位置。具体的，此处注浆的主要目的在于固定所述注浆管11的位置。

作为优选方案，本实施例中，所述排水压力传感器为两个，分别为内排水压力传感器221和外排水压力传感器222，所述内排水压力传感器221装设在所述排水管21进水口处的内壁上；所述外排水压力传感器222装设在所述排水管21进水口处的外壁上。这里应该说明，在步骤s30中，用来检测所述排水压力的压力值的排水压力传感器具体是指装设在内壁上的所述内排水压力传感器221。

所述注浆压力传感器12在所述注浆管11的外壁上沿直线每隔固定距离装设一个。这样装设的目的在于实时检测注浆的浆液的扩散范围，优选的数量为4个。

在步骤s40中，所述结束注浆信号是根据所述注浆压力传感器12和所述外排水压力传感器222的测量值的变化获得。具体的，压力传感器的测量值开始明显变化时，表示浆液已经扩散到该位置；先变化后无明显变化时，则表示所述浆液的扩散范围已经超过当前位置；当若干个(本实施例中为4个)所述注浆压力传感器12的测量值以及所述外排水压力传感器222的测量值都经历先变化后无明显过程，则表示此时停止注浆，完成治理。

作为优选方案，本实施例中，所述封堵浆液为钢纤维水泥浆液，其配比为：水泥浆液:纤维＝1:1.5；所述加固浆液为钢纤维水泥的浆液，其配比为:水泥浆液：纤维＝1:1。

以富水高填方高速公路路基病变为例，首先利用管道探测仪和探地雷达进行无损检测技术对高填方高速公路路基进行探测，然后利用多层状均匀动力响应特性和缺陷分析方法对探测数据进行分析，从而确定待注浆治理的高填方高速公路路基的病害区也就是突水区的轮廓线。

在轮廓线核心区通过钻孔进行取芯，分析岩样结构的空隙特征，所述空隙特征包括孔隙和裂隙，然后室内构模并进行钢纤维水泥浆液的单孔扩散试验，最终确定单孔注浆扩散的有效半径。

依据最值理论和单孔注浆有效半径得出相邻注浆孔1的孔间距为1.4m，然后在高填方高速公路路基的突水核心区布置三角型孔型的注浆孔1，每个钻孔的深度要嵌入结构完整区超过0.5m；在距离待注浆治理高填方高速公路路基的病害区的轮廓线横向距离1.5m处开设钻孔，布置排水孔，其中钻孔方向为钻孔开设点与突水源处两点之间的连线方向。

在注浆孔1中插入注浆管11，所述注浆管11插入深度为距离钻孔末端0.8m处，并在堵水注浆管11外壁布设4个注浆压力传感器12，相邻注浆压力传感器12之间的距离为0.5m；并进行锚固注浆，锚固所述注浆管11的位置。

在所述排水孔中插入装设内/外排水压力传感器222的排水管21，其中所述内排水压力传感器221的装设位置为注浆管11内壁0.3m处，并在所述排水管21的外壁0.4m处装设所述外排水压力传感器222。

配置两种配比的钢纤维水泥浆液，即所述封堵浆液：水泥浆:钢纤维＝1:1.5，浆液的主要特性是凝固快；所述加固浆液为钢纤维水泥的浆液，其配比为：水泥浆液:钢纤维＝1:1，浆液的主要特性是强度高。

待注浆管11埋设和钢纤维水泥浆液配置完成后，对高填方高速公路路基的病害区(突水区)进行钢纤维水泥注浆，注浆分为两个过程，即封堵注浆和加固注浆。

首先在锚固区进行锚固注浆，然后再进行封堵注浆，即注浆管11内注射封堵注浆浆液，封堵病害区的裂隙或溶洞，当病害区突水量显著减小或者排水管21末端的所述外排水压力传感器222读数大约为零时，此时对病害区进行压密加固注浆。

同时，通过观察管每个所述注浆压力传感器12和所述排水传感器的测量值变化规律可以实时监测钢纤维水泥浆液的扩散范围，即：各压力传感器的读数有明显变化则表明有浆液扩散到该区域。

最后，通过观察管每个所述注浆压力传感器12和所述排水传感器的测量值变化规律来判定注浆结束时间，即：而当各压力传感器的读数随时间基本无明显变化时则表明可以停止注浆，此时再继续注浆不仅无法对病害结构体起到加固作用，而且还会浪费大量的钢纤维水泥浆液，增加突水治理的成本。

可以理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据本申请的技术方案及其申请构思加以等同替换或改变，而所有这些改变或替换都应属于本申请所附的权利要求的保护范围。