高速公路橋背沉降控制后注漿法應(yīng)用

李德孝

（貴州省公路工程集團(tuán)總公司，貴州 貴陽 550008）

高速公路隨改革開放而出現(xiàn)，見證了時代的巨變。截止2007年全國已建成高速公路通車?yán)锍踢_(dá)55780Km。預(yù)計2010年我國高速公路通車?yán)锍虒⑦_(dá)到6.5萬公里?！皹蝾^跳車”問題是高等級公路常見的一大質(zhì)量病害，主要由橋背路面沉降或搭板沉陷、斷裂造成車輛通過時產(chǎn)生跳躍，使司機(jī)和乘客感到顛簸不適，甚至造成車輛大幅度減速，嚴(yán)重的可導(dǎo)致交通事故(特別是車輛機(jī)械事故)，同時跳躍的車輛又對橋涵和路面產(chǎn)生附加沖擊荷載。因而，這一病害問題受到公路建設(shè)與管理部門的廣泛關(guān)注?！皹蝾^跳車”主要發(fā)生在公路的橋臺、涵洞（通道）和擋土墻與路基的連接處，即所謂的“三背回填”區(qū)域。我國西南地區(qū)“三背回填區(qū)”也常因回填材料選擇不當(dāng)，壓實度不夠，滲水和排水不暢等原因造成跳車病害，嚴(yán)重影響了公路的使用性能，大大增加了公路的運營和維修費用，此問題如解決不好將對西南地區(qū)交通發(fā)展建設(shè)造成影響。

1 高速公路橋背沉降病害成因分析

由于橋臺和涵洞（通道）構(gòu)筑物分別按各自的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計，沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。所以從結(jié)構(gòu)設(shè)計上，以上構(gòu)筑物與路基連接處沒有共同的設(shè)計參數(shù)控制。結(jié)構(gòu)設(shè)計、填筑材料與填筑技術(shù)、地基處理方法、施工及質(zhì)量控制與評價方法等綜合設(shè)計方法與控制指標(biāo)的不同而進(jìn)一步加劇差異沉降。造成高速公路“橋頭跳車”的直接原因是橋臺與道路由于材料剛度的不同而在連接處產(chǎn)生差異性沉降，形成錯臺，導(dǎo)致跳車。

1.1 地基沉降分析

地基土體在上部結(jié)構(gòu)物的荷載作用下將產(chǎn)生應(yīng)力和沉降變形。土的沉降變形與土的壓縮性能密切相關(guān)。天然土體一般由三相組成，即土體礦物顆粒構(gòu)成骨架，土骨架孔隙內(nèi)充填有空氣和水。土體受壓力后從變形過程上講包括兩部分:第一部分是土顆粒的壓縮過程，土的固體部分在壓力下與其他材料一樣會產(chǎn)生壓縮和側(cè)脹，不過通常的壓力范圍內(nèi)，土顆粒自身的壓縮量很小，可忽略不計;第二部分是土粒孔隙中流體的排出，土體積減小的過程，土體受壓后土顆粒之間的相互作用力增大，顆?？繑n，土體的孔隙率減小，其中的水和氣體排出，土體積減小，產(chǎn)生沉降變形。如果土為飽和態(tài)，則只有水的排出，一般假定水的流動滿足達(dá)西定律，而且認(rèn)為土的體積壓縮與孔隙中水的排出量相等;如果土為非飽和狀態(tài)，則既有氣體的排出，也可能有水的排出，還可能有氣體在高壓力下溶于水，土的體積壓縮與水、氣體排出量關(guān)系如何很難確定。

在軟基地區(qū)高速公路橋背路基由于施工較快或處治力度不夠，地基的固結(jié)沉降還未完成就已經(jīng)通車，在道路自重和車輛荷載的長期作用下，路基基礎(chǔ)沉降、變形，造成“跳車”。

1.2 回填材料壓縮變形分析

按照施工工序，橋背路堤一般是在橋臺構(gòu)筑物完成后進(jìn)行回填施工的，這樣就在橋頭形成一個填方較高、施工面狹窄、工期緊迫的作業(yè)段。在實際施工過程中，即使施工時嚴(yán)格要求，壓實度達(dá)到規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)，但由于橋背填土較高，沉降按1cm/1m計算，隨著時間推移，在自重和車輛荷載作用下，材料顆粒進(jìn)一步擠密，排出水分和空氣也會累計產(chǎn)生較大的沉降量。如果受施工條件限制，壓實度不能有效保證，沉降量將會更大。一方面，在橋背與路堤的連接處，由于裂縫的產(chǎn)生，雨水會沿裂縫滲透到路基回填體，增加路堤含水量，對其造成沖刷和侵蝕，不斷帶走細(xì)小顆粒。隨著路堤和各結(jié)構(gòu)層的破壞，在車輛長期荷載作用下，必然造成橋頭路堤沉陷或搭板底部的托空，甚至搭板的斷裂；另一方面，毛細(xì)水的浸潤和地下水的入滲，也會造成路基含水量的增加和細(xì)小顆粒的流失，對路基的穩(wěn)定造成威脅。地下水的長期浸潤使得回填土體強(qiáng)度降低，在車輛流動荷載作用下，回填土體的蠕變也會引起邊坡變形，同時使得橋背路堤高程降低。

除此之外，材料剛度差異、設(shè)計理念不同、施工方面等都有可能成為高速公路橋背沉降的影響因素。

2 橋背后注漿處治施工

橋背注漿加固是通過群孔效應(yīng)，利用壓力將漿液充填到回填體的孔洞、縫隙，待其凝固后，使松散體膠結(jié)，達(dá)到改善回填體結(jié)構(gòu)力學(xué)性質(zhì)、降低壓縮性的目的。

2.1 注漿實驗工作程序

注漿需要的機(jī)械、設(shè)備主要有：壽力P900型空壓機(jī)，宣化100型鉆機(jī)，100/15型灌漿機(jī)，80KW、30KW發(fā)電機(jī)，高壓供水泵，其它配套設(shè)施（鉆桿、鉆頭、止?jié){塞、花管等）、機(jī)具和耗材等若干。參與施工的技術(shù)人員，機(jī)長、技工等若干人。

現(xiàn)場注漿試驗采用實驗室推薦的配比和設(shè)計參數(shù)，根據(jù)注漿效果對設(shè)計參數(shù)行修正和調(diào)整。

清理施工場地，設(shè)置好警示標(biāo)志，對施工點進(jìn)行交通封閉。按照設(shè)計文件在指定地點標(biāo)出鉆孔點及鉆孔深度，孔位偏差控制在5cm的范圍，孔位統(tǒng)一編號，做好記錄。設(shè)置好水槽，儲滿水后取上層清液備用。

注漿前波速測試，以便于注漿完畢后對比。面波測試的點位應(yīng)做好記錄，確保注漿后的測試是在橋背回填體的相應(yīng)部位。

采用的是風(fēng)動偏心潛孔錘跟管鉆進(jìn)工藝成孔，安裝鋼花管后自上而下注漿。

按注漿次序統(tǒng)一編號、分序注漿，記錄注漿壓力、單孔注漿量、注漿時間以及注漿過程中的異常情況等。整理注漿資料，便于分析對比。

注漿效果采用鉆孔取芯法、復(fù)灌法、面波波速法檢測。

2.2 注漿方法與施工工藝

注漿次序是后注漿施工的關(guān)鍵，一般的原則是從加固區(qū)域的外圍進(jìn)行圍、堵、截，內(nèi)部進(jìn)行充填、擠壓，以獲得較好的注漿效果，從而達(dá)到加固的目的。注漿次序分為平面次序和深度次序。

2.2.1 成孔

2.2.2 下鋼花管、安裝止?jié){塞封閉孔口

止?jié){塞的工作原理是利用中心管穿一串膠塞，兩端用托盤限位，固定上端托盤，下端托盤沿中心管移動，用注漿鉆桿下端連接止?jié){塞，下到預(yù)定止?jié){位置，通過鉆桿在孔口施加一個機(jī)械壓力使膠塞產(chǎn)生縱向壓縮和橫向膨脹與孔壁擠緊，達(dá)到封隔鉆孔的目的。

2.2.3 漿液的制備

按各序列的配比配料，水泥、粉煤灰等固相材料采用重量稱量法計量，計量誤差小于5%。水泥、粉煤灰混合均勻后加水使用高速攪拌機(jī)ZJ-400攪拌均勻，高速攪拌機(jī)攪拌時間不小于1min。為防止石塊、雜物混入漿液，漿液流出前需經(jīng)過1mm的方孔篩過濾。制備好的漿液先置于儲漿桶，低速攪拌，然后用泵和連接膠管輸送至灌漿點。漿液從開始制備至用完的時間不大于4h，超過此標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)廢棄。制漿溫度保持在5～40℃。按規(guī)范要求，現(xiàn)場抽取一定批次的漿液用于結(jié)石率和抗壓強(qiáng)度的測試。

2.2.4 壓力注漿

壓力注漿采用自上而下的方式，在封閉孔口后分段實施，同排不同序注漿的時間間隔不小于4小時，同時施工的兩注漿孔距離不小于5m。

2.2.5 異常情況的處理

灌漿過程中，選用適宜的漿液，適時地變換漿液配合比，合理地控制灌漿壓力并使它們之間很好地配合，是保證灌漿質(zhì)量的重要因素。

2.2.6 注漿結(jié)束封孔

采用灌漿泵壓漿封孔法，向孔內(nèi)下入灌漿管，泵入已拌制好的水:水泥:砂＝1:0.5:0.8的水泥砂漿，一邊壓漿一邊提升灌漿管，直至孔口返出水泥砂漿后為止，封孔結(jié)束。

2.2.7 施工流程：定孔位→安裝鉆機(jī)→成孔→鋼花管注漿→止?jié){→孔口封閉→復(fù)灌檢測。

[1]李峻利，姚代祖.路基設(shè)計原理與計算[M].北京：人民交通出版社，2001.

[2]劉松玉等.公路地基處理[M].南京：東南大學(xué)出版社，2001.