灌漿法在公路橋梁隧道施工中的應(yīng)用

王善民、趙小強(qiáng)

（青島交科建設(shè)集團(tuán)有限公司，山東 青島 266000）

0 引言

橋梁隧道作為公路的一部分，既能讓公路適應(yīng)多種自然環(huán)境又能將其價(jià)值充分發(fā)揮出來，不僅加強(qiáng)多地的經(jīng)濟(jì)文化往來，也實(shí)現(xiàn)全國(guó)的經(jīng)濟(jì)貿(mào)易交流，是一項(xiàng)關(guān)乎我國(guó)國(guó)力的重要民生項(xiàng)目。隨著工程使用年限的增長(zhǎng)，公路會(huì)出現(xiàn)路面開裂，橋臺(tái)與橋面之間出現(xiàn)裂隙，隧道受到山體巖層荷載和水流的侵蝕也會(huì)出現(xiàn)洞身裂痕，針對(duì)這些病害可采用灌漿法修補(bǔ)裂隙，不僅施工簡(jiǎn)單且修補(bǔ)效果好，還能減少工程維修的成本。本文將從這幾個(gè)方面講述灌漿法的實(shí)際應(yīng)用，探討出更為先進(jìn)科學(xué)的施工工藝以及質(zhì)量控制方法。

1 灌漿法簡(jiǎn)述

1.1 現(xiàn)狀

隨著我國(guó)建筑材料和設(shè)備研發(fā)力度的增大，各類新型材料和新設(shè)備也逐漸問世，從而推動(dòng)了國(guó)內(nèi)建筑行業(yè)的穩(wěn)步發(fā)展。我國(guó)的公路、橋梁和隧道施工技術(shù)也是日趨成熟，但在實(shí)際施工和后期運(yùn)維中仍無法避免一些病害的發(fā)生，例如施工操作不當(dāng)而產(chǎn)生結(jié)構(gòu)裂隙，建筑材料達(dá)到一定使用年限后會(huì)出現(xiàn)老化開裂現(xiàn)象，工程運(yùn)維時(shí)未能及時(shí)維修和定期保養(yǎng)，不能及時(shí)將質(zhì)量隱患清除而加重病害程度。

灌漿法作為一項(xiàng)新型工藝，具有優(yōu)良的防滲堵漏效果，不僅能科學(xué)地應(yīng)對(duì)眾多工程裂縫問題，還能避免環(huán)境對(duì)施工效果的影響，是現(xiàn)階段應(yīng)用最多的裂隙加固技術(shù)。相比于傳統(tǒng)的加固技術(shù)，這一技術(shù)適用范圍廣，施工操作難度不大，對(duì)技術(shù)人員的專業(yè)水平要求不高，施工速度快且灌漿造價(jià)低。通過灌漿法能改善材料的受損程度，一定程度上起到防滲作用，還能對(duì)周邊土體或巖層起到加固作用。

1.2 工作原理

操作人員事先按照配合比調(diào)配漿液，通過注漿壓力機(jī)將漿液導(dǎo)入裂縫中，形成延續(xù)的漿脈，填滿漿液的裂縫凝固后，與周圍的結(jié)構(gòu)緊密結(jié)合成一個(gè)整體，從而提高加固基體的強(qiáng)度。

1.3 種類

灌漿法通過灌漿方式的不同可分為四大類：

其一，滲透法，主要用于滲透性較高的地層，通過施加壓力將漿液逐漸滲透到更深的地層中，常常用于地基加固隧洞預(yù)加固。

其二，壓密法，通過高壓噴射機(jī)將漿液噴入巖石縫隙中，利用漿液凝結(jié)與巖體緊密連接從而提高整體的穩(wěn)定性，常用于隧道工程。

其三，電化學(xué)法，通過電滲與結(jié)構(gòu)體形成一個(gè)完整的電路，精準(zhǔn)性較高且能控制漿液的走向。

其四，直接往裂隙內(nèi)填充漿液，多用于局部修復(fù)裂隙，操作更為簡(jiǎn)單且能適合多種裂隙情況。灌漿法所用的漿液材料有很多種，最常用的原料有水泥、水玻璃，還有一種雙液灌漿材料是將氯化鈣和水玻璃分別溶于水中再交替注入。

2 灌漿法的應(yīng)用

灌漿法可用于多類工程中，一是能做防滲帷幕，例如往地層進(jìn)行高壓噴射注漿，可形成一道防水抗?jié)B的水泥墻體；二是巖石固結(jié)，通過漿液滲透到巖體的空隙中以提高固結(jié)強(qiáng)度；三是地基補(bǔ)強(qiáng)，將漿液滲入土體中使整塊地基形成一個(gè)具有一定強(qiáng)度的板狀結(jié)構(gòu)；四是修補(bǔ)結(jié)構(gòu)裂縫，工程結(jié)構(gòu)多為混凝土或鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，受外部環(huán)境各種因素而引起材料變質(zhì)老化，導(dǎo)致材料之間的黏結(jié)力不足而出現(xiàn)裂隙。

2.1 公路施工

公路多分為三層，當(dāng)路基是不良土或含水量較高時(shí)，需要加強(qiáng)路基承載力或設(shè)置排水墊層，前者可往路基內(nèi)部插入注漿管，然后注入漿液與土體凝結(jié)成塊，后者多采用砂礫石等顆粒材料填充。如果公路開放交通后，行車荷載過大且基層承載力不足，路面容易出現(xiàn)凹陷或開裂現(xiàn)象，此時(shí)可往基層內(nèi)注入漿液以達(dá)到修補(bǔ)基層和面層裂隙的效果。公路橋梁兩端如采用砌石加固坡體，時(shí)間的流逝會(huì)使砌石出現(xiàn)松動(dòng)或砌漿出現(xiàn)脫落，這不僅會(huì)影響山體土體的穩(wěn)定性，也容易出現(xiàn)砌石滾落而影響行車或行人的安全。這四種質(zhì)量問題都可以采用灌漿法，施工前需探明地層情況，根據(jù)土質(zhì)選擇合適的漿液配比，某公路的路基是用粉土回填，經(jīng)過數(shù)年的車輛來回碾壓，現(xiàn)已出現(xiàn)路面開裂和部分塌陷，經(jīng)過配比試驗(yàn)選定雙液化學(xué)漿液，先將氯化鈣溶液注入路基，再將水玻璃溶液注入與氯化鈣反應(yīng)生成膠狀物，以達(dá)到填補(bǔ)黏結(jié)縫隙。

灌漿法也可用于公路兩旁的砌石加固，砌石經(jīng)過風(fēng)霜雨雪，如果排水不及時(shí)，下部的土層容易被水浸泡，砌石縫隙間的水泥砂漿也會(huì)老化脫落，這些都會(huì)引起砌石的松動(dòng)，在砌石內(nèi)打入注漿管可以將漿液滲透到下部土體，既能加固土體又能修補(bǔ)砌石間的縫隙。灌漿后土體的強(qiáng)度應(yīng)滿足砌石和自重的要求，根據(jù)砌石松動(dòng)的特征和該區(qū)域的土層特點(diǎn)選擇合適的灌漿方法和漿液配比，不同土層在滲透系數(shù)上存在差異，往往需根據(jù)以往的施工經(jīng)驗(yàn)確定擴(kuò)散半徑，再根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的施工條件調(diào)整參數(shù)。公路灌漿效果的好壞與這幾個(gè)方面有關(guān)，一是漿液用量，二是灌漿壓力，三是灌注地下深度，灌漿結(jié)束后還需測(cè)定灌漿質(zhì)量，可通過鉆芯查看地層的完整性。

2.2 橋梁施工

不管是現(xiàn)澆法還是裝配式的混凝土結(jié)構(gòu)，經(jīng)過較長(zhǎng)時(shí)間的侵蝕風(fēng)化都容易出現(xiàn)大小不等的裂縫，橋梁中容易在橋臺(tái)和臺(tái)背之間出現(xiàn)裂隙，臺(tái)背常用泡沫混凝土或砂礫等透水性好的顆粒材料回填。臺(tái)背回填后的土體如果采用砌石加固，經(jīng)過風(fēng)雨侵蝕也容易出現(xiàn)砌漿脫落和砌石松動(dòng)，橋梁的墩臺(tái)施工前如遇到不良地基可以采用灌漿法加固地基。如果橋面排水不及時(shí)可能滲透到橋臺(tái)墩柱，又或者橋面所承受的荷載長(zhǎng)期超標(biāo)，久而久之結(jié)構(gòu)會(huì)有裂縫。大跨度橋梁一旦出現(xiàn)裂痕是很難發(fā)覺的，跨度大增加后期檢查跨中結(jié)構(gòu)裂隙的難度，也加大了灌漿施工難度和提高灌漿成本，裂隙會(huì)危及整座橋梁的穩(wěn)定性。

該灌漿施工的關(guān)鍵是控制灌漿壓力，如果灌漿壓力過小，漿液無法流入深層裂縫中，反之則容易損傷結(jié)構(gòu)而造成更大更長(zhǎng)的裂縫。一些松散地層如果灌漿壓力過大，會(huì)破壞土體結(jié)構(gòu)而影響加固效果。因而灌漿前應(yīng)做試灌試驗(yàn)以確定灌漿壓力。橋梁灌漿是利用鉆孔機(jī)在結(jié)構(gòu)或土體內(nèi)成孔，安裝灌漿管并及時(shí)封堵孔口防止雜物落入孔內(nèi)，拌和漿液后利用灌漿設(shè)備將漿液充滿全部的空隙并及時(shí)封孔，待漿液與結(jié)構(gòu)或土體凝固后再驗(yàn)收灌漿質(zhì)量。漿液不宜過稠過稀，漿液過濃不利于填充空隙，漿液過稀加固效果不明顯。灌漿的順序是自上而下的，需嚴(yán)格按照此順序才能將空隙盡量填滿，灌漿完成后及時(shí)封孔是為了防止雜物污染，在24 小時(shí)之內(nèi)檢查孔口漿液面是否下降，如果液面下降說明空隙沒有填充完則需補(bǔ)漿至頂面。

2.3 隧道施工

隧道工程最常用的灌漿方法有回填法和接觸法。前者是作用在隧洞混凝土襯砌層和山體巖石間的空隙，施工步驟比較簡(jiǎn)單能有效地提高洞身的強(qiáng)度和穩(wěn)定性，后者是作用于底部結(jié)構(gòu)和基巖間的縫隙，施工操作較煩瑣，先澆筑結(jié)構(gòu)的混凝土，再對(duì)結(jié)構(gòu)與巖石之間的縫隙注漿以提高隧道施工質(zhì)量，目前在隧道施工中應(yīng)用較多。用石塊和水泥修建的隧道會(huì)受到山體水流的侵蝕和山體自重的荷載，容易在隧道表面出現(xiàn)砌漿脫落，進(jìn)一步使得石塊松動(dòng)滾落，可能砸傷過往車輛和來往行人，降低隧道整體的承載能力，嚴(yán)重時(shí)還可能引起隧道坍塌。利用灌漿技術(shù)可加強(qiáng)砌石之間的穩(wěn)定性，增強(qiáng)隧道對(duì)山體的支撐作用。

3 灌漿法質(zhì)量控制措施

3.1 灌漿標(biāo)準(zhǔn)

灌漿施工的標(biāo)準(zhǔn)有質(zhì)量和強(qiáng)度的雙重把控，前者可以根據(jù)現(xiàn)有的規(guī)范進(jìn)行質(zhì)量驗(yàn)收，如果沒有相適應(yīng)的規(guī)范則可以根據(jù)裂痕數(shù)量、大小及用漿量等指標(biāo)判斷，后者是通過檢測(cè)灌漿后的強(qiáng)度來判斷是否滿足要求，不同部位所需的承載力也是不同的，公路、橋梁和隧道各自有不同的衡量標(biāo)準(zhǔn)，因而需查明規(guī)范再判斷強(qiáng)度是否達(dá)標(biāo)。

3.2 施工準(zhǔn)備

為了保證施工順利開展和灌漿的質(zhì)量，施工企業(yè)需重視施工準(zhǔn)備工作，首先需對(duì)灌漿部位的周邊環(huán)境進(jìn)行深入調(diào)查，查明施工實(shí)際環(huán)境和裂縫的成因，某些公路路面開裂是由于基層的承載力不足，如果只對(duì)路面進(jìn)行修補(bǔ)，未提高基層的承載力，后期仍會(huì)出現(xiàn)路面開裂，因而需找出裂縫產(chǎn)生的根本原因才能徹底修補(bǔ)裂縫問題。公路表面出現(xiàn)裂縫一方面是由于材料老化，另一方面是由于路基排水不及時(shí)導(dǎo)致土層長(zhǎng)期處于濕潤(rùn)狀態(tài)，增大了土體的可塑性，易出現(xiàn)地基承載不足。隧道施工存在的安全隱患更多，必須事先探明山體的地層和結(jié)構(gòu)受損情況。

再者對(duì)施工隊(duì)伍的專業(yè)技能考核，操作人員對(duì)機(jī)械設(shè)備的認(rèn)識(shí)和熟練程度會(huì)影響灌漿速度和凝結(jié)質(zhì)量，管理人員對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的部署和監(jiān)管也會(huì)影響到施工質(zhì)量。人員進(jìn)場(chǎng)前，施工企業(yè)需組織專門的安全技術(shù)培訓(xùn)，將工程概況、灌漿的部位及施工重難點(diǎn)詳細(xì)介紹，學(xué)習(xí)灌漿質(zhì)量控制的要點(diǎn)和驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)，培養(yǎng)人員對(duì)質(zhì)量、技術(shù)的把控意識(shí)。施工隊(duì)伍的專業(yè)水平不僅能保證施工進(jìn)度，還能保障灌漿質(zhì)量，因而施工企業(yè)一定要重視人員的教育培訓(xùn)工作。

3.3 漿液配比

灌漿材料有很多種，需根據(jù)周圍土層、灌漿部位以及質(zhì)量強(qiáng)度要求選擇合適的灌漿配比。漿液的配比直接影響到其密度、流動(dòng)性、凝結(jié)速度和凝結(jié)效果，如果漿液過稀而流動(dòng)性大，凝結(jié)速度慢且加固效果差，反之則流動(dòng)性小，無法將漿液順暢地注入導(dǎo)管內(nèi)，容易出現(xiàn)堵管現(xiàn)象，也會(huì)影響凝結(jié)速度和效果。如果選擇水泥漿液，可以選擇普通型的硅酸鹽水泥，水泥進(jìn)場(chǎng)后應(yīng)妥善存放，由于容易受潮而影響凝結(jié)效果，合理安排水泥的進(jìn)場(chǎng)數(shù)量和進(jìn)場(chǎng)時(shí)間?，F(xiàn)在大部分工地采用散裝水泥，需保證水泥罐的清潔且避免雨水流入罐內(nèi)，如果工程規(guī)模較小而選擇袋裝水泥時(shí)應(yīng)避免將其直接放在地上，用木架或鋼架將其抬離地面20cm 左右，存放環(huán)境應(yīng)保持通風(fēng)和干燥并做好防雨遮陽的措施。

3.4 施工流程

灌漿的基本操作是鉆孔、安裝導(dǎo)管、拌和漿液、灌漿封孔。只有充分做好施工前的準(zhǔn)備，嚴(yán)格把控每道工序的規(guī)范施工，排除一切不利的因素，才能保證灌漿質(zhì)量滿足要求。

3.4.1 鉆孔

成孔的質(zhì)量關(guān)系著漿液向周邊擴(kuò)散的效果，鉆孔一般采用隔排跳孔方式，鉆孔前應(yīng)將鉆孔位置準(zhǔn)確定位并做好標(biāo)號(hào)標(biāo)識(shí)，鉆機(jī)就位后調(diào)整鉆頭并對(duì)準(zhǔn)孔位中心點(diǎn)，鉆孔偏差不宜超過50mm，隨時(shí)檢查孔身的垂直度。一般采用干法鉆孔，成孔直徑盡量小，可防止結(jié)構(gòu)體大面積損壞。鉆孔過程中如果遇到粉土地層，鉆孔容易出現(xiàn)塌孔，可先插入導(dǎo)管對(duì)孔身的粉土起到防護(hù)作用，以免粉土堵塞灌漿孔。如果出現(xiàn)塌孔或堵塞情況，應(yīng)及時(shí)選擇合適的補(bǔ)救措施，盡快恢復(fù)正常的施工。

3.4.2 管道安裝

管道安裝時(shí)容易出現(xiàn)管壁破裂的現(xiàn)象，這會(huì)影響到灌漿的效果，可能使?jié){液流不到預(yù)定的位置，也有可能使?jié){液向周圍土體滲漏而加大用漿量。灌漿管運(yùn)輸堆放時(shí)需輕拿輕放，以免出現(xiàn)碰撞而損傷管壁，安裝時(shí)可用橡膠材料對(duì)管道外部進(jìn)行保護(hù)，操作需得當(dāng)才能降低管壁碰撞的概率。橡膠保護(hù)層能保護(hù)管壁也能避免泥沙流入管內(nèi)，雙重保護(hù)能提高灌漿的效果。

3.4.3 灌漿

漿液調(diào)配后進(jìn)行灌漿，一般是現(xiàn)場(chǎng)調(diào)配現(xiàn)場(chǎng)灌漿，避免漿液放置時(shí)間過長(zhǎng)而影響灌漿效果。漿液應(yīng)為同一方向連續(xù)勻速攪拌，攪拌完成后及時(shí)進(jìn)行灌漿以免出現(xiàn)漿液凝固。灌漿設(shè)備進(jìn)場(chǎng)時(shí)應(yīng)檢查各部件拼裝運(yùn)作是否正常，灌漿時(shí)應(yīng)保持連續(xù)輸送漿液，因而必須保證設(shè)備能連續(xù)工作，長(zhǎng)時(shí)間未使用的設(shè)備應(yīng)進(jìn)行測(cè)試。灌漿過程中如果出現(xiàn)設(shè)備故障，應(yīng)及時(shí)停止灌漿，盡快對(duì)設(shè)備進(jìn)行檢維以免影響灌漿效果。兩次灌漿施工間隔不得超過漿液初凝時(shí)間，否則會(huì)出現(xiàn)施工縫隙。灌漿時(shí)還需觀察封口周邊的變化，查看漿液是否從封口周邊滲漏出去，如果出現(xiàn)吸漿現(xiàn)象應(yīng)及時(shí)停止灌漿，查明吸漿原因并采用應(yīng)對(duì)方案。

3.4.4 漿液凝固及封孔

漿液凝固需要一定的時(shí)間，因而灌漿完成后需等到完全凝固后再進(jìn)行下道工序施工，避免灌漿壓力過大而穿透已灌漿的部位。封孔是避免雜物進(jìn)入已灌漿的管道內(nèi)，封孔24 小時(shí)后應(yīng)觀察漿液面是否發(fā)生變化，如果出現(xiàn)漿液面下降則需要再次補(bǔ)充漿液。

4 結(jié)語

公路工程涉及橋梁和隧道施工，也增加了施工的復(fù)雜性，各種裂縫和松動(dòng)的成因較為繁雜，灌漿法既能防滲堵漏又能加固地層，而隨著公路橋梁隧道的施工技術(shù)不斷地改進(jìn)，灌漿法也要與時(shí)俱進(jìn)，只有不斷地優(yōu)化灌漿技術(shù)，才能適應(yīng)更多的工程類型，促進(jìn)我國(guó)各類工程的進(jìn)一步發(fā)展。