砂礫石注漿在某水庫1號橋基礎(chǔ)加固中的應(yīng)用

李 鶴

（新疆水利水電勘測設(shè)計研究院 新疆烏魯木齊830000）

1 工程情況概述

某水庫1號橋位于該水庫庫區(qū)內(nèi)，采用兩跨連續(xù)布置，其中第一跨長18m，第二跨長45m，橋面凈寬3.7m，設(shè)計荷載汽—15，上部結(jié)構(gòu)采用“321”兩排單層加強型裝配式鋼橋，下部結(jié)構(gòu)采用重力式橋臺和橋墩。2009年5月，水庫蓄水試運行，10 d后，發(fā)現(xiàn)該橋左岸橋臺頂部向上游傾斜15cm，橋面鋼板出現(xiàn)變形。

2 工程地質(zhì)條件

1號橋位于某河流斷陷盆地東部，橋址處水面寬約20 m，水流順直，左岸橋臺位于左岸Ⅱ級階地上，距河岸邊20～25m，表層為8～10 m沖積砂卵礫石層，砂卵礫石層以2～8cm為主，個別10～15cm，砂含量約占15%～20%，結(jié)構(gòu)較松散，橋臺大部分基礎(chǔ)坐落于砂卵礫石層上，砂卵礫石天然密度2.23g/cm3，比重2.71g/cm3，緊密容重2.3g/cm3，承載力為300～350 kPa，在橋臺下游近河（右下角）拐角局部基礎(chǔ)座于基巖上，其中順河方向2.7m，橫向0.7m，下伏基巖為紅褐色巨厚層礫巖，巖石堅硬，其承載力為1～2MPa。

3 橋臺傾斜原因分析

左岸橋臺高9m，下部基礎(chǔ)長8m，寬7.325m，根據(jù)地質(zhì)資料分析，橋臺下游近河（右下角）拐角局部基礎(chǔ)坐于基巖上，其余均坐落于砂礫石上，由于基礎(chǔ)范圍內(nèi)地基承載力不均勻，且砂礫石基礎(chǔ)承載力不足，所以在水庫蓄水后，橋臺發(fā)生不均勻沉降，向上游傾斜，橋臺傾斜示意圖見圖1。

圖1 橋臺傾斜示意圖

4 處理方案研究

對于已經(jīng)建成橋梁基礎(chǔ)的不均勻沉降問題的處理，目前國內(nèi)一般有兩種處理辦法：一是對橋臺基礎(chǔ)壓注水泥漿液，加固基礎(chǔ)，提高基礎(chǔ)地基承載力；二是高壓噴射灌漿。第一種方法施工較簡單，適用于地基顆粒較大的地層，第二種方法施工需要專用機械設(shè)備，適用于地基顆粒較小的土體地層[1]。根據(jù)地質(zhì)提供的資料，左岸橋臺基礎(chǔ)地層顆粒較大，礫石含量較多，所以左岸橋臺的加固最終考慮采用第一種方法。

5 注漿原理、方法及施工工藝

5.1 注漿原理

砂礫石注漿的原理是利用液壓、氣壓將水泥漿注人橋臺基礎(chǔ)土體之內(nèi)，漿液在橋臺基礎(chǔ)內(nèi)發(fā)生劈裂，漿液沿裂隙被壓入土體，置換和擠壓土體孔隙；漿液以滲流或紊流的方式壓入橋臺基礎(chǔ)土體孔隙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；土體又受到充填漿液時的壓縮，形成一種復(fù)合型巖土，可極大地提高橋臺基礎(chǔ)的承載力，防止或減弱橋臺再下沉，以滿足橋臺地基承載力要求[2]。

5.2 注漿孔布置

注漿孔在平面布置上分為內(nèi)排孔、外排孔和補強孔。內(nèi)排孔沿橋臺周邊布置，為斜孔，向橋臺內(nèi)側(cè)傾斜，與豎直方向夾角為10o，外排孔位于內(nèi)排孔外側(cè)，與內(nèi)排孔間距1.5m，外排孔為豎直孔。為確保注漿效果，在橋臺發(fā)生沉降一側(cè)增設(shè)補強孔，補強孔位于外排孔外側(cè)，與外排孔間距0.75m，也為豎直孔。在時間上，外排孔、內(nèi)排孔和補強孔均分為兩序先后施工，即奇數(shù)孔為一序孔，偶數(shù)孔為二序孔，先施工一序孔，再施工二序孔。見圖2。

圖2 注漿孔布置示意圖

5.3 注漿材料

注漿材料的選擇主要從三個方面考慮：一是適應(yīng)快速修補的需要，凝結(jié)固化時間短，早期強度要來得快；其次是要滿足壓力注漿設(shè)備的需要，操作簡捷，有較好的流動性；三是從經(jīng)濟指標分析，具有可適用價值。注漿材料可利用早強水泥漿，采用超早強水泥漿液進行施工。根據(jù)本工程實際情況，注漿材料采用水泥水玻璃漿，水玻璃（40°Be）與水泥漿（水灰比為 0.75：1～1：1）的體積比為1：2.5，水泥漿試塊強度應(yīng)大于M20。

漿液采用現(xiàn)場攪拌，并在出漿口設(shè)置篩網(wǎng)過濾顆粒雜質(zhì)，以利壓漿能順利進行（根據(jù)不同情況，必要時也可采用純水泥漿液）[3]。

5.4 注漿順序

注漿采用自上而下分段進行，每段長為1m，將拌好的漿液從密封的注漿口壓入水泥漿液，漿液體在壓力作用下會快速壓入土體空隙部位。單個注漿孔結(jié)束標準：注漿壓力逐步升高，達到設(shè)計終壓，進漿量在2L/min以下，并持續(xù)時間15min（穩(wěn)壓）以上方可結(jié)束。施工時可根據(jù)實際情況合理調(diào)整施工參數(shù)。在注漿范圍內(nèi)，注漿順序由外往內(nèi)進行，即先注橋臺四周外邊的土體，將橋臺基礎(chǔ)四邊形成一個封閉圈（形成帷幕），再注圈內(nèi)土體。注漿壓力由小到大依次施加，避免一開始就采用大注漿壓力。要詳細記錄壓注漿液過程中的壓漿情況，判斷土體的擠密效果。注漿前應(yīng)進行室內(nèi)配比試驗和現(xiàn)場注漿試驗，一序孔壓力可采用0.3MPa，二序孔壓力可采用0.4MPa，注漿壓力也可根據(jù)現(xiàn)場注漿情況進行調(diào)整[4]。

5.5 注漿機械

自上而下的分段灌漿采用1臺高風(fēng)壓覆蓋層跟管鉆進鉆機鉆孔，鉆機由挖掘機吊起，放入橋梁底部進行造孔，并在孔口下入1～2m的孔口管。水泥灌漿采用自制立式雙層攪拌機制漿，純水泥灌漿泵送漿，另外配備2臺40 kW發(fā)電機機、1臺移動式空壓機。

5.6 施工中應(yīng)注意的事項

施工中應(yīng)注意以下的事項：①注漿壓力：注漿時要盡快達到設(shè)計壓力，并專人控制注漿壓力，防止壓力過大產(chǎn)生抬動造成事故或注漿壓力過小而影響注漿質(zhì)量，使用壓力應(yīng)在壓力表最大標值的1/4～3/4之間。②串孔檢查：沖洗時認真檢查有無鄰孔、特別是正在鉆進的孔串通，如果發(fā)現(xiàn)串通，應(yīng)及時進行處理。③漿液攪拌：必須攪拌均勻，嚴格按照注漿要求的水灰比配制，普通水泥漿液自制備至用完時間不大于4h，漿液溫度保持在5～40℃之間，漿液超過規(guī)定時間和溫度予以舍棄。

5.7 特殊情況的處理

如發(fā)現(xiàn)漏漿，應(yīng)根據(jù)具體情況采用嵌縫、表面封堵、加濃漿液、降低壓力、間歇灌漿等方法處理。如發(fā)現(xiàn)因襯砌變形過大而漏漿，則應(yīng)立即停止灌漿，及時分析原因，并通知監(jiān)理及設(shè)計人員研究處理措施。如發(fā)生串漿，則應(yīng)與被串孔同時灌注。

灌漿不得中途無故中斷，如因故中斷，應(yīng)按下列原則進行處理：

①盡可能縮短中斷時間，盡早恢復(fù)灌漿；

②中斷時間超過30 min，應(yīng)設(shè)法處理至孔深，恢復(fù)灌漿；

③恢復(fù)灌漿時，開始應(yīng)使用最大水灰比的漿液灌注，如吸漿量與中斷時相近似，即可采用中斷前的水灰比，如吸漿量較中斷前減少較多，則漿液應(yīng)從最低級漿液開始逐漸加濃?；謴?fù)灌漿之后，如吸漿量較中斷前減少很多，且在較短時間停止吸漿，則認為該灌漿段不合格，應(yīng)重新鉆孔重灌。

6 效果檢查

注漿效果檢查主要以檢查孔注漿情況及巖芯采取情況來評價。

本次注漿共計81孔，其中Ⅰ序孔41個，Ⅱ序孔40個。鉆孔總長度為999.17m，注漿總長度為790.61m。總注灰量為328.78t，總平均單位注入量415.86kg/m。Ⅰ序孔總注灰量為181.65t，平均單位注入量457.00 kg/m，Ⅱ序孔總注灰量為147.13t，平均單位注入量367.43kg/m。單位注入量I序孔大于Ⅱ序孔，隨著孔序的加密，基礎(chǔ)的可注性呈逐漸減小的趨勢；注漿在排序上先注外圍排后注內(nèi)圈。Ⅰ序排平均單注443.55kg/m，Ⅱ序排平均單注424.67kg/m，隨著注漿排距的加密，注灰量趨于遞減。從以上Ⅰ序、II序之間排與排之間注入量遞減規(guī)律表明注漿工藝、注漿方法及注漿設(shè)備比較適宜合理，注漿過程較正常。

砂礫石基礎(chǔ)注漿孔后共布置5個檢查孔，分別位于基礎(chǔ)左右側(cè)及基礎(chǔ)上下游，注漿后28天后開始進行效果檢查，5個檢查孔均使用地質(zhì)鉆機泥漿回轉(zhuǎn)鉆進取芯，由于砂礫石內(nèi)水泥填充后比較密實，芯樣采取率均大于90%，而且水泥填充效果較好，結(jié)石基本均勻分布在所取巖芯中，但是原橋臺基礎(chǔ)下的砂礫石的級配情況較差，局部有砂層填充，所取巖芯基本處于小塊連續(xù)結(jié)石，呈短柱狀，單孔結(jié)石總長度均超過巖芯總長度的30%，檢查孔注漿平均單位注灰量39.96kg/m，較檢查前的注漿平均單位注灰量412.05kg/m減小10倍以上，由此可以判定基礎(chǔ)砂礫石通過注漿，密實程度有很大的提高和改善。

7 結(jié)語

橋臺基礎(chǔ)發(fā)生不均勻沉降，往往是由地基承載力不均勻所造成，對橋梁的正常使用危害較大，針對這種危害，目前國內(nèi)主要采用對地基注漿以提高其承載力，但針對砂礫石注漿目前還沒有相關(guān)的規(guī)程規(guī)范，其參數(shù)選擇主要依靠設(shè)計及施工企業(yè)的工程經(jīng)驗，本水庫工程1號橋基礎(chǔ)2010年加固處理完成后，已經(jīng)安全運行三年多，根據(jù)觀測資料，未發(fā)現(xiàn)繼續(xù)沉降的現(xiàn)象，證明注漿效果良好。

［1］吳志東.基礎(chǔ)注漿工藝在橋臺沉降處置中的應(yīng)用［J］，西部探礦工程，2009(增刊)：183-184。

［2］單成林.舊橋加固設(shè)計原理及計算示例［M］，北京：人民交通出版社，2007。

［3］劉來軍，趙小星.橋梁加固設(shè)計與施工技術(shù)［M］，北京：人民交通出版社，2004。

［4］夏可風(fēng).水利水電工程施工手冊（地基與基礎(chǔ)工程卷）［M］，北京：中國電力出版社，2002。