注漿法在公路工程施工中的應(yīng)用

□吉東輝 □馬 略（唐河縣公路管理局）

□徐新龍（南陽水文水資源勘測局）

一、注漿法在處理灌注樁病害中的應(yīng)用

（一）病害產(chǎn)生原因分析

在橋梁建設(shè)工程中，灌注樁基礎(chǔ)常常由于勘察資料不準(zhǔn)確、設(shè)計(jì)不當(dāng)或施工操作失誤等原因，引發(fā)工程質(zhì)量問題，如：承載力不足、沉渣過厚、縮頸、斷樁、樁身夾泥等。

（二）對病害處理措施

注漿法處理樁基病害，既可在樁體內(nèi)注漿修補(bǔ)樁身缺陷，提高樁身強(qiáng)度；還可以在樁基周圍注漿，改善樁—土相互作用，以提高樁基軸向承載力。

（三）注漿加固機(jī)理

樁周注漿加固的作用主要是加強(qiáng)樁土相互作用，達(dá)到提高樁基承載力的目的。其加固機(jī)理可分為物理機(jī)理和化學(xué)機(jī)理。其中物理機(jī)理是注漿漿液在壓力作用下產(chǎn)生滲透作用、壓密作用和劈裂作用，使得樁身周圍一定范圍的土體充有漿液，達(dá)到對土體的填充、擠密以改善樁土間相互作用。注漿漿液一般采用水泥漿或水玻璃漿同土體發(fā)生水解和水化反應(yīng)，增加了土顆粒間、樁土間的粘結(jié)，提高了土體的強(qiáng)度和側(cè)摩阻力。

（四）注漿工藝

1.注漿泵的選擇

要選擇壓力高（≥10MPa），排漿量大（5m3/h以上），性能穩(wěn)定，操作方便的注漿泵。

2.注漿量

注漿量應(yīng)根據(jù)樁側(cè)土質(zhì)、滲透性、需加固土體的體積以及承載力增幅等因素確定，并在實(shí)施注漿過程中通過對注漿壓力、漿液濃度、注漿過程等方面進(jìn)行調(diào)控，將所需注漿量灌注到設(shè)計(jì)要求范圍內(nèi)。

3.注漿漿液的選配

注漿漿液根據(jù)經(jīng)濟(jì)性和施工操作性，一般選擇水泥或其它價(jià)格低廉的無機(jī)結(jié)合料，也可根據(jù)實(shí)際情況，摻加其它的材料以改進(jìn)漿液性能。漿液的濃度一般為0.4:1～1:1。漿液濃度不同，其注漿性能不同。稀漿（水灰比1：1）輸送、滲透能力強(qiáng)；濃漿（水灰比0.4:1～0.6:1）滲透能力差，可填充空隙。漿液材料、漿液濃度以及注漿壓力相互影響，具體選擇應(yīng)根據(jù)有關(guān)經(jīng)驗(yàn)或現(xiàn)場試驗(yàn)來決定。

4.壓水試驗(yàn)

壓水試驗(yàn)是注漿施工前必須的重要工序。通過壓水試驗(yàn)弄清楚樁底的可灌性，同時(shí)也是選擇、判斷注漿工藝及參數(shù)的重要依據(jù)。此外，壓水試驗(yàn)還擔(dān)負(fù)探明并疏通注漿通道，提高樁底可灌性的作用。

5.注漿孔設(shè)置及注漿加固

注漿管設(shè)置一般采用鉆孔法，鉆孔位置可以是樁身也可以是樁側(cè)，孔深宜大于樁長。對于樁身不長的可采用樁身鉆孔，將鉆孔穿過樁身至樁底以下土層中進(jìn)行高壓噴射注漿。當(dāng)樁身較長時(shí)可在樁側(cè)鉆孔直達(dá)持力層，以高壓施噴、定向擺噴及靜壓注漿相結(jié)合的方式，對土進(jìn)行置換填充擠密、加固。注漿壓力控制在4～6MPa，若漿液從樁周圍土體中冒出，則減壓或暫停，穩(wěn)定10h再復(fù)注。注漿孔平面布置可以根據(jù)樁基實(shí)際情況在樁身外側(cè)布置一層環(huán)或幾層環(huán)，其中最里層一般布置3～4個鉆孔，外層鉆孔依次加大加固范圍，各孔間距控制在1.0～1.5m左右。注漿施工時(shí)一般應(yīng)從外層孔向內(nèi)層孔依次注漿，達(dá)到漿液與樁周土固結(jié)，從而改善樁周土體性能而提高摩擦力。

二、注漿法在高邊坡錨固工程中的應(yīng)用

（一）不良地質(zhì)條件分析

在高邊坡防護(hù)工程中，主要存在坡面高液限的殘坡積土層較厚，內(nèi)夾大小不一的單個孤石?；虼嬖谄扑閹r層，充填少量粘土，前期曾蠕滑過，裂隙十分發(fā)育。在多雨季節(jié)，由于坡面地表滲水和上部裂隙滲水的作用，使土層處于流塑狀態(tài)，很容易形成小股泥石流而造成邊坡局部坍塌。

（二）注漿工藝

預(yù)應(yīng)力錨索孔注漿采用 525#水泥漿，其 28d強(qiáng)度＞25MPa。注漿時(shí)采取孔口自流，并以孔口返漿為第1次停止注漿的狀態(tài)，待漿液凝固后再進(jìn)行第2次補(bǔ)漿。

施工時(shí)，考慮到注漿輸送距離遠(yuǎn)，上揚(yáng)高差大，因此注漿壓力基本都控制在0.5MPa左右。

在注漿工作中一旦出現(xiàn)冒漿現(xiàn)象，立即對其進(jìn)行堵塞，然后繼續(xù)注漿，若堵塞效果良好，則直至孔口返漿；否則迅速清洗注漿管，并停一段時(shí)間（稍大于水泥漿的初凝時(shí)間）后再進(jìn)行注漿。

（三）注漿分析

1.注漿的有關(guān)規(guī)律

（1）漿液行走規(guī)律：由于高邊坡塹頂錨索孔的注漿量均較大，因此為進(jìn)一步了解其漿液的去向，在注漿的同時(shí)放一根探測管，以確定錨索孔中漿液深度。通過實(shí)踐總結(jié)主要有以下規(guī)律：一是地層越完整的地段，水泥漿注滿的時(shí)間越短；二是在破碎或有裂隙的地段，水泥漿主要用于填充裂隙，同時(shí)隨著注漿量的增加，錨索孔中水泥漿的體積增大得越來越快。

（2）漿液分布規(guī)律：一是自坡頂往下（同時(shí)也是按注漿時(shí)間先后）每米的平均注漿量大致呈減少趨勢。二是錨索孔注漿量在中間段最大，向兩側(cè)逐漸減少。三是下級注漿量在上級錨索孔范圍的兩側(cè)都有明顯的急劇上升段。

2.漿液作用機(jī)理

一是錨固段的水泥漿與土體的摩擦力，直接決定著預(yù)應(yīng)力錨索的抗拔力。二是對于裂隙發(fā)育的地層，其裂隙就是地下水的通道，從而直接影響著邊坡的穩(wěn)定。一旦注漿后，水泥漿液將充填于這些裂隙之中，從而堵塞了地下水的通道，有利于坡體穩(wěn)定。三是對于松散的殘坡積等土層或高液限土層，當(dāng)受外界影響使含水量增大時(shí)，立即威脅著邊坡的穩(wěn)定。但注漿后，由于水泥漿液的滲透，將使這些松散的土顆粒粘接成強(qiáng)度較高的土層，對邊坡的穩(wěn)定起著極大的改良作用。

三、注漿法在橋涵臺背回填路堤加固中的應(yīng)用

（一）橋頭病害產(chǎn)生的原因分析

橋臺處路基自身壓縮沉降會引起臺背處路面與橋面之間的錯臺，地基的沉降也會引起錯臺，錯臺必然就造成橋頭跳車；其次，橋上部結(jié)構(gòu)收縮時(shí)會把成為整體的橋臺從橋頭路堤一方拉開，致使橋梁兩個端部的路面下的路堤因失土而沉陷，或由于路面徑流水沖刷和交通荷載作用，逐漸在臺背形成空穴，以及橋頭路堤填料的流失，斜坡處的土壤側(cè)向位移，都將造成橋頭跳車。

（二）施工工藝

1.布孔：在橋梁搭板范圍內(nèi)，第一排注漿孔距臺背0.5m，最外一排注漿孔距搭板外緣0.5m，在中央分隔帶一側(cè)注漿孔距分割帶1.0m；沿線路縱向每排注漿孔的間距為1.5m，橫向孔距：在行車道、超車道一側(cè)孔距為1.2m，硬路肩一側(cè)孔距為1.5m；若構(gòu)造物為斜交，應(yīng)視實(shí)際情況適當(dāng)增加注漿孔。

2.孔深：每排孔深為臺背回填厚度（路床頂面至原地面）。

3.壓漿技術(shù)要求：注漿施工設(shè)備采用SYB50/50液壓機(jī)注漿或HB—80型注漿機(jī)注漿，泵壓控制在0.2～0.5m，流量為20～50L/min，水灰比為0.5～0.6，采用32.5級普通硅酸鹽水泥，不摻外加劑，為水泥凈漿。

4.施工技術(shù)要求

（1）注漿孔必須采用干鉆成孔，除非鉆遇路基結(jié)構(gòu)層或大塊石頭等障礙物確實(shí)無法鉆進(jìn)時(shí)，才可以加少量水濕潤，平常嚴(yán)禁清水鉆孔，成孔后為防止雨水灌入，必須采用有效方法，封孔或及時(shí)進(jìn)行壓漿；孔徑需確保注漿管的放置。

（2）灌漿時(shí)必須一次性將灌漿管放置到設(shè)計(jì)深度，從下而上進(jìn)行注漿，砂性土注漿壓力達(dá)到0.2MPa，粘性土注漿壓力達(dá)到0.5MPa，方可終止注漿。

（3）冒漿處理：在注漿過程中，水泥漿液沿土體孔隙往上串流冒出地面，稱為地表冒漿。地表冒漿處理時(shí)必須耐心細(xì)致，有時(shí)可能要多次反復(fù)處理;一般是在冒漿處用碎棉絮、麻絮或速凝水泥封堵，若封堵無效，則可采用降壓、改變水灰比或孔隙灌濃水泥漿等辦法進(jìn)行處理。

（4）串漿：在注漿過程中，水泥漿液從注漿孔內(nèi)流出的現(xiàn)象叫串漿。發(fā)生串漿的原因是在地層中孔隙、裂縫較多，壓力較高時(shí)，相互串連造成串漿通路。處理的辦法有：一是適當(dāng)延長相鄰孔之間的注漿間隔時(shí)間；二是串漿孔和注漿孔同時(shí)進(jìn)行壓漿；三是封堵串漿孔。

四、注漿法在處理橋頭搭板脫空中的應(yīng)用

（一）病害產(chǎn)生原因分析

公路工程橋梁兩側(cè)引道均采用橋頭搭板的過渡型式，隨著通車年限的增長，橋頭引道段由于地基土質(zhì)不良造成的沉降、臺背填料壓縮引起路基的沉降、剛?cè)嵬蛔円鸬某料莸纫蛩兀斐纱畎迮c原二灰碎石基層之間存在不同程度的脫空現(xiàn)象。在長時(shí)間車輛荷載的不斷作用下搭板漸漸變得松動，搭板尾部瀝青混凝土表面產(chǎn)生橫裂，加之雨水的滲入，產(chǎn)生了啃邊、唧漿甚至破損，形成跳車這一常見的病害。

（二）注漿原理

采用注漿加固措施處理，即利用液壓、氣壓將水泥漿注入路基，在粘性土路基內(nèi)發(fā)生徑向劈裂，漿液沿裂隙流入土體，并將土體切割成不規(guī)則的塊體，在塊體之間形成互相穿插的膠狀水泥結(jié)石，粘性土又受到充填漿液時(shí)的壓縮，形成一種復(fù)合型巖土，防止或減弱路基再下沉；在用碎石土、砂礫土填筑的路基內(nèi)，漿液以滲流或紊流的方式滲入路基土孔隙，從而提高了路基強(qiáng)度和剛度，填實(shí)搭板脫空部分，讓搭板不再松動。壓密注漿形成的土能使路面搭板上抬，使橋頭路面回升，是用濃漿置換和擠密土體的過程。通過注漿形成的水泥柱柱體也可做為半剛性基層的樁基礎(chǔ)，有效地支承路面結(jié)構(gòu)層，起到雙重作用。

（三）壓力注漿的現(xiàn)場實(shí)施

1.施工前設(shè)備

可以在橋頭搭板存在跳車病害的路段采用探地雷達(dá)車對橋頭搭板做一次數(shù)據(jù)采集，以便確定脫空部位及程度，也可以利用鉆芯試驗(yàn)確定脫空規(guī)律。

2.施工步驟

（1）注漿口和出氣口的設(shè)置

出氣口原則在搭板的四周邊緣設(shè)置，且不宜過多，一般認(rèn)為5～6個即可；注漿口宜設(shè)置在搭板橫向居中位置，縱向距離臺背1～2m處。注漿口和出氣口的布設(shè)需要用鉆孔機(jī)鉆孔，操作時(shí)間較長，這道工序可以提前安排，如果有條件的話，可以用探測儀確定鋼筋的位置，避開鋼筋從而節(jié)約鉆孔的時(shí)間。注漿孔間距為1m，采用梅花形布置，單個孔深2m。

（2）砂漿拌和

在注漿前應(yīng)進(jìn)行室內(nèi)配比試驗(yàn)和現(xiàn)場注漿試驗(yàn)。嚴(yán)格按照配合比將一定數(shù)量的水泥、黃砂、早強(qiáng)減水劑加入強(qiáng)制式砂漿拌和機(jī)內(nèi)先行干拌后，再加入一定數(shù)量的水，泥漿水灰比可取0.5～1，也可加入1%～2%的速凝劑或0.3%的三乙醇氨，拌和時(shí)間≥3min。

（3）注漿

將拌好的砂漿通過壓漿機(jī)從密封的固定注漿口壓入砂漿，砂漿在壓力作用下會很快流向各出氣口部位，待某個出氣口溢出砂漿時(shí)即行用預(yù)先準(zhǔn)備好的木塞塞緊出氣口，所有出氣口都溢出砂漿后注漿工作即告完成。壓實(shí)注漿應(yīng)保證封閉泥漿凝固后方可進(jìn)行，充填微收縮的部分，使搭板和已注漿部分沒有空隙。注漿壓力1～5MPa。單個注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)：一是注漿壓力逐步升高，達(dá)到設(shè)計(jì)終壓并繼續(xù)注漿10min以上。二是水泥漿注入量達(dá)到設(shè)計(jì)數(shù)量，且結(jié)束時(shí)的進(jìn)漿量在20～30L/min以下。注漿路段注漿孔完成后，進(jìn)行效果檢查和評定，不合格者補(bǔ)充鉆孔注漿。

（4）路面瀝青混凝土鋪裝層恢復(fù)

注漿結(jié)束后要及時(shí)對鉆孔部位的鋪裝層用瀝青混凝土進(jìn)行修補(bǔ)性恢復(fù)，以確保行車安全。并用水對路面進(jìn)行清洗，保持路容路貌。

五、結(jié)論和建議

上述的注漿法處理樁基病害、高邊坡錨固、橋涵臺背回填路基加固、橋頭搭板脫空等方法已在公路建設(shè)中得到應(yīng)用，并且均已通過施工驗(yàn)收。實(shí)踐表明當(dāng)出現(xiàn)上述質(zhì)量問題時(shí)，采用注漿法能有效地彌補(bǔ)病害缺陷，提高強(qiáng)度和承載力，改善了各部位與砂土界面的相互作用。同時(shí)該方法同其它處理方法比較，具有施工簡便、工程造價(jià)低等優(yōu)點(diǎn)。從成本分析經(jīng)濟(jì)指標(biāo)看，具有一定的推廣價(jià)值。當(dāng)然，這種方法只是在出現(xiàn)質(zhì)量問題時(shí)的補(bǔ)救措施，在施工中嚴(yán)把質(zhì)量關(guān)，杜絕出現(xiàn)問題仍是最基本的要求。