二次劈裂注漿在高速公路橋頭臺背加固中的應用

劉 欣，郭 燦

（1.廣東省南粵交通投資建設有限公司，廣東 廣州 510623；2.中鐵建港航局集團勘察設計院有限公司，廣東 廣州 511442）

0 引 言

目前，中國高速公路運營中橋頭跳車狀況較為普遍，尤其易發(fā)生在山區(qū)高速公路上。由于臺背回填料的壓實受作業(yè)空間限制難以得到有效保證，在路面荷載、車輛荷載、雨水滲透共同作用下易發(fā)生較大的沉陷，從而導致橋頭跳車等影響行車舒適性的路基病害［1－6］。目前在工程實際中廣泛采用袖閥管注漿法來加固橋頭臺背回填料。

本文結合具體工程案例，闡述橋頭臺背的加固機理、方法以及控制要求，通過分析加固后變形監(jiān)測數(shù)，評價加固效果。

1 袖閥管注漿加固原理與特點

1.1 加固原理

袖閥管注漿法具有壓密注漿、劈裂注漿、摻入注漿的優(yōu)點，以及分序、分段、定深、定量、間歇、重復灌注的特點［7－10］。它是在一定外壓作用下通過注漿管將漿液注入到臺背回填料中，漿液以劈裂與滲透的方式填補臺背填料的空隙，充分結合后形成較高強度的水泥土固結體和樹枝狀水泥網(wǎng)脈體，具有強度高、壓縮性低、抗?jié)B性高和穩(wěn)定性好的特點，從而減少臺背回填料的壓縮沉降和水蝕，達到減少橋頭跳車的目的［11－13］。

1.2 工藝特點

（1）袖閥管注漿的施工設備和施工工藝簡單、操作性強，節(jié)約勞力，施工場地要求低，鉆孔和注漿可交替作業(yè)，施工效率高［14］。

（2）袖閥管注漿加固效果明顯，可靠性強，費用較低，經濟合理。

（3）袖閥管注漿加固適用于砂土、粉土、黏土、淤泥土、一般土或砂礫等多種介質，可用于建筑物基礎加固、路基加固、橋涵臺背加固、隧道地表加固、隧道堵漏、深基坑周圍土體加固等［15－16］。

（4）袖閥管注漿可根據(jù)不同層次和不同深度的加固要求區(qū)分對待，并可反復注漿加固。

1.3 施工要點

（1）鉆孔：灌漿孔的孔位、深度、孔徑、鉆孔順序和垂直度應嚴格符合施工要求；選用優(yōu)質泥漿（如膨潤土泥漿）進行護壁，塌孔嚴重時采用套管護壁。

（2）澆注套殼料：用套殼料置換孔內泥漿，澆注時應避免套殼料進入袖閥管內，并嚴防孔內泥漿混入套殼中。

（3）插入袖閥管：為使套殼料的厚度均勻，應設法使袖閥管位于鉆孔的中心。

（4）灌漿：待套殼料具有一定強度后（一般在7d后），在袖閥管內放入雙塞的灌漿管進行注漿。

（5）注漿順序宜為：先兩端后中部，先外部后內部，從下向上依次注漿。應跳孔施工，路基外注漿孔至少分2次注漿，路基內注漿孔至少分3次注漿，嚴禁全部鉆孔后再集中注漿。

（6）灌漿壓力為0.2～0.4MPa，并采用間歇灌漿方法。隨著灌漿量的增加，壓力同步增大，當灌漿壓力達到1.0MPa并穩(wěn)定5min后，可結束灌漿。

2 工程應用

2.1 工程概況

廣東某高速公路全線橋梁段較多，部分路段沿線地形起伏，山高坡陡，山體交錯，地形復雜，施工場地狹窄。由于橋頭填方體多為石屑，為減小橋梁臺背填土的工后沉降，防止橋臺處路面變形而引起跳車，影響行車舒適性及安全性，對除柱式橋臺以外的橋梁臺背進行袖閥管注漿處理。

2.2 袖閥管加固施工參數(shù)

根據(jù)袖閥管滲入性注漿擴散理論模型，得出其擴散半徑

式中：de為被灌土體的有效粒徑，本項目臺背回填土多為石粉；υ為漿液的運動黏滯系數(shù)；k為砂土的滲透系數(shù)；h1為灌漿壓力；r0為灌漿半徑；n為砂土的孔隙率；t為注漿時間。

通過經驗參數(shù)計算得出注漿孔間距在3m左右為有效擴散半徑，為保證加固效果，本項目注漿范圍為掐頭搭板長度范圍，注漿孔間距定為3m，注漿深度為進入原狀土0.5～1.0m。具體布置方式見圖1、2。

圖1 全幅路面橫斷面注漿剖面

圖2 路基中心線處臺背袖閥管注漿立面布置

2.3 注漿參數(shù)

（1）注漿材料水灰比為0.8～1.0，根據(jù)吸漿量與竄漿、返漿情況適當調整水灰比或摻入占水泥用量3%～5%的速凝劑。

（2）注漿采取低壓注漿，將注漿泵調至最低擋，控制注漿流量在50L·min－1以內。注漿壓力控制在0.2～0.4MPa，當灌漿量增加，壓力同步增大，灌漿壓力達到1.0MPa并穩(wěn)定5min后，可結束灌漿。底部注漿時初期采用高壓力，壓力逐步降低，最終注漿壓力不大于1.0MPa。

為了便于施工現(xiàn)場控制，引進自動灌漿記錄儀，實時監(jiān)測注漿壓力、流量和水灰比的變化情況，及時發(fā)現(xiàn)異常并根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)調整灌漿參數(shù)，提高灌漿施工水平。灌漿記錄儀及其連接方式見圖3。

圖3 注漿儀器及其連接

2.4 施工順序及工藝流程

（1）注漿的施工順序與注漿速度直接影響本項目的加固效果，如果集中注漿或注漿速度過快，不僅容易出現(xiàn)冒漿、串漿等不利現(xiàn)象，而且還可能引起路基開裂或橋臺位移等病害［17］。因此，采用隔排跳孔方式注漿，先施工外圍注漿孔，再施工內部孔；從孔底往上注漿，每孔分2、3次注漿，分次注漿時間間隔不小于2h。

（2）袖閥管注漿工藝流程依次為：施工準備、測量放線、鉆孔、下袖閥管、孔口密封、制漿、分次注漿、封管［18］。

2.5 監(jiān)測儀器布置

為了掌握注漿施工擾動對橋梁結構物變形的影響，從而及時調整施工安排，確保橋梁結構物的安全，在注漿施工前布置了孔隙水壓力計、深層位移測斜管、表面沉降觀測點和裂縫觀測點，具體布置方式如圖4所示。另外，表面沉降觀測點及伸縮縫變形測點在加固施工完成后繼續(xù)觀測，用于評價注漿加固效果。

3 加固效果分析

為了解橋頭過渡段路基注漿對橋臺的影響，以及注漿完成后橋頭過渡段的變形情況，僅對某橋頭過渡段路基沉降變形及橋頭伸縮縫的變形監(jiān)測數(shù)據(jù)進行分析，如圖5～7所示。

圖4 監(jiān)測儀器布置

圖5 0＃橋頭路段沉降變化曲線

由圖5～7可知以下幾點。

（1）注漿使橋臺有不同程度的抬升（圖中沉降為負值），1＃橋臺平均抬升約15mm，0＃橋臺右幅抬升15mm左右，左幅相對小一些，但實際上左幅因注漿期間尚未進行沉降觀測，部分沉降量在圖中未有反映，因此注漿引起橋臺總體抬升量約為15mm；注漿完成后，主要還是表現(xiàn)出沉降趨勢，但速率較小。

（2）一字墻的沉降變化相對較小，在注漿期間主要表現(xiàn)為抬升，注漿后逐漸沉降至原標高，基本處于穩(wěn)定狀態(tài)。

（3）兩側橋臺伸縮縫在注漿加固處理前雖有明顯拉伸變寬的現(xiàn)象，但未有明顯的錯臺現(xiàn)象。注漿導致左右幅橋臺相對錯臺變化較小，在注漿期間主要在－2～2mm之間變化，注漿結束后基本無變化。

圖6 1＃橋頭路段沉降變化曲線

圖7 橋臺伸縮縫寬度變化曲線

4 結 語

（1）注漿對橋梁結構物的影響主要表現(xiàn)為橋臺抬升和伸縮縫擴大，為減少注漿施工對附近結構物造成的不良影響，施工進度必須嚴格控制，且應按隔排跳孔的順序施工。

（2）根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)分析得出，袖閥管二次劈裂的注漿加固效果能夠達到設計要求，有效降低了工后沉降，減少了橋頭跳車現(xiàn)象的出現(xiàn)，為通車后行車的安全性、舒適性提供了保障。

（3）采用袖閥管二次劈裂注漿工藝，占地面積小，施工效率高，同時注漿加固工藝對路堤邊坡及周邊環(huán)境影響較小，生態(tài)恢復極快，具有良好的環(huán)境效應和社會效應。