早強(qiáng)發(fā)泡水泥注漿在高填方路基橋頭沉降處治中的應(yīng)用

夏 冉

江蘇現(xiàn)代路橋有限責(zé)任公司 江蘇 南京 210000

1 背景

1.1 問(wèn)題的提出

橋臺(tái)后路堤土體在荷載作用下除了彈性變形外，還伴有殘留壓縮變形，即使壓實(shí)度達(dá)到95%以上，在季節(jié)性水位變化及多雨季節(jié)地表水入滲情況下，也會(huì)直接導(dǎo)致錐坡或背墻后土體的強(qiáng)度軟化。臺(tái)后填料也會(huì)在自重和車輪荷載的作用下，產(chǎn)生壓縮沉降，出現(xiàn)局部弱支撐、裂縫，致使橋頭搭板支承面下局部脫空，重車通過(guò)時(shí)，搭板由均勻支承變?yōu)椴痪鶆蛑С?，并在脫空區(qū)最大沉降值處的板下位置產(chǎn)生應(yīng)力集中，逐漸產(chǎn)生的裂隙進(jìn)一步使后部應(yīng)力增大，當(dāng)應(yīng)力超過(guò)極限彎拉強(qiáng)度，脫空的搭板就開(kāi)始斷裂。由此導(dǎo)致的危害主要有：對(duì)行車來(lái)說(shuō)，降低行車速度，影響行車安全，給車內(nèi)司乘人員造成不適，嚴(yán)重的可導(dǎo)致交通事故；對(duì)路橋而言，可能導(dǎo)致錐坡坍塌，橋臺(tái)基礎(chǔ)下沉，甚至橋梁垮塌等病害。

1.2 常規(guī)處治方案

（1）搭板脫空沉降段直接加鋪瀝青混凝土

對(duì)于搭板沉降段，若不對(duì)脫空區(qū)域進(jìn)行處治，采用表層挖填處理方案，加鋪瀝青混凝土。短期內(nèi)能達(dá)到處治效果，中后期沉降現(xiàn)象仍然存在。

（2）脫空區(qū)域搭板注漿后再進(jìn)行路面處治

橋頭搭板注漿工藝：是指針對(duì)高填方路基舊路橋臺(tái)搭板尾端出現(xiàn)的不均勻沉陷問(wèn)題，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，使?jié){液沿路基裂隙流入土體，在土體內(nèi)形成膠狀水泥結(jié)石（亦稱復(fù)合型巖土），是防止或減弱路基再下沉的一種處理方式。

目前省內(nèi)高速公路橋梁搭板脫空注漿一般采用水泥漿液、水泥+粉煤灰漿液兩大類，主要添加劑有鋁粉、水玻璃、早強(qiáng)劑、減水劑等，按此配比能夠達(dá)到填充搭板脫空區(qū)域的目的。

注漿材料基本要求：速凝早強(qiáng)，適于快速修補(bǔ)；流動(dòng)可灌，施工和易性好；操作簡(jiǎn)便，普適經(jīng)濟(jì)，便于推廣。早強(qiáng)發(fā)泡水泥漿可滿足上述要求。

采用不中斷交通施工，一般是封閉半幅車道，當(dāng)天完成半幅車道施工，通常下午5點(diǎn)前需開(kāi)放交通。開(kāi)放交通時(shí)，水泥漿雖然終凝，但呈現(xiàn)海綿狀，強(qiáng)度達(dá)不到路基強(qiáng)度。除此之外，成型后的水泥漿密度大于二灰土密度，可能產(chǎn)生工后沉降，對(duì)于高填土路基可能產(chǎn)生二次沉降病害，需要謹(jǐn)慎對(duì)待。

2 技術(shù)方案及試驗(yàn)

2.1 設(shè)計(jì)目標(biāo)

保證在不中斷交通的前提下，密度低，早強(qiáng)效果好（4h內(nèi)開(kāi)放交通），方便施工操作，性價(jià)比較高。

2.2 初步方案

從水泥原材料、添加劑方面考慮，提出配合比設(shè)計(jì)，然后進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證并進(jìn)一步優(yōu)化。

主要材料選擇如下：

（1）水泥選用三種型號(hào)：425#普通硅酸鹽水泥、硫鋁酸鹽水泥和電化訊派水泥（俗稱“日本水泥”），按照不同配合比進(jìn)行試驗(yàn)；

（2）發(fā)泡劑：高分子復(fù)合型發(fā)泡劑；

（3）添加劑：早強(qiáng)減水劑JM-1，鋁粉；

（4）水：自來(lái)水。

2.3 配合比設(shè)計(jì)及試驗(yàn)——確定最佳方案

（1）設(shè)計(jì)要求

混合料配合比需滿足下列要求：4h抗壓強(qiáng)度（開(kāi)放交通強(qiáng)度）＞2MPa（大于二灰土強(qiáng)度），流動(dòng)度在20-30s之間，泥漿比重≯1.5g/cm3（密度盡量小及兼顧最終強(qiáng)度），混合料初凝時(shí)間控制＞30min，干縮率為微膨脹5%以內(nèi)，同時(shí)兼顧經(jīng)濟(jì)性和施工方便。

（2）試驗(yàn)路徑

試驗(yàn)分為兩步：第一步，在試驗(yàn)室進(jìn)行配比試驗(yàn)，以以往的施工配比為基礎(chǔ)，主要就水泥漿的收縮率、添加劑對(duì)凝結(jié)時(shí)間及強(qiáng)度的影響、新型早強(qiáng)水泥的試用、水灰比對(duì)流動(dòng)度的影響以及發(fā)泡劑添加量對(duì)水泥漿強(qiáng)度、密度等影響開(kāi)展試驗(yàn)研究；第二步，對(duì)試驗(yàn)室配合比進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證，尤其是溫度對(duì)施工的影響，得出最終的施工配合比。

（3）試驗(yàn)室配比

通過(guò)對(duì)水泥漿干縮率、流動(dòng)度水灰比、發(fā)泡劑添加量、早強(qiáng)強(qiáng)度等指標(biāo)進(jìn)行試驗(yàn)，依據(jù)本次試驗(yàn)結(jié)果，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際施工，得出結(jié)論如下：

①水泥：采用普通425#水泥與硫鋁酸鹽水泥，比例為3：1；

②早強(qiáng)劑添加量：為水泥重量的1%；

③膨脹劑添加量：采用鋁粉作膨脹劑，為水泥重量的1‰；

④發(fā)泡劑添加量：為水泥重量的3.5%；

⑤配合比：

P.O 42.5普通硅酸鹽水泥：硫鋁酸鹽水泥：發(fā)泡劑：JM-1：鋁粉：水= 0.75：0.25：0.035：0.01：0.001：0.42。

⑥相關(guān)參數(shù)：4h強(qiáng)度2.5MPa，24h強(qiáng)度4.0MPa，密度1.33g/cm3，流動(dòng)度26s，水灰比0.42，收縮率1.41%（微膨脹，成型后體積增大1.41%）。

3 現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證及工程應(yīng)用

3.1 現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證

選擇廣靖高速公路界河中橋搭板進(jìn)行配合比驗(yàn)證及首例工程施工，主要為檢測(cè)現(xiàn)場(chǎng)施工溫度和攪拌機(jī)械對(duì)水泥漿混合料初凝時(shí)間和早期強(qiáng)度的影響。在現(xiàn)場(chǎng)發(fā)現(xiàn)原3：1配比時(shí)初凝時(shí)間過(guò)短（20min），無(wú)法滿足正常施工需要。在前期試驗(yàn)中也發(fā)現(xiàn)水泥漿混合料初凝時(shí)間和早期強(qiáng)度主要與早強(qiáng)水泥（硫鋁酸鹽水泥）的摻加量有關(guān)，以此為思路，現(xiàn)場(chǎng)對(duì)配比進(jìn)行了調(diào)整試驗(yàn)：硫鋁酸鹽水泥摻加量分別為1/7（硫鋁酸鹽水泥：P.O42.5普通硅酸鹽水泥）、1/15和1/9（如圖1所示）。

圖1 現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證

通過(guò)對(duì)比試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，1/15摻加量的試塊在4h時(shí)無(wú)法拆模，即強(qiáng)度未達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

1/7和1/9摻加量的兩組樣品的4h抗壓強(qiáng)度分別為2.4MPa和1.7MPa。考慮到施工時(shí)路面表面溫度比搭板下面溫度要高，即搭板下的水泥漿強(qiáng)度上升應(yīng)比路面的慢，1/7摻加量配比時(shí)相關(guān)指標(biāo)為初凝時(shí)間（30min）、4h強(qiáng)度（2.4MPa）、24h強(qiáng)度（7.4MPa）、收縮率（1.41%微膨脹）、密度（1.36g/cm3）和流動(dòng)度（24s）等指標(biāo)均滿足要求，且施工方便（每次攪拌時(shí)普通水泥3.5包，硫鋁酸鹽水泥0.5包，現(xiàn)場(chǎng)好計(jì)量，施工方便）。

故最終確定的現(xiàn)場(chǎng)施工配比為P.O42.5普通水泥：硫鋁酸鹽水泥：發(fā)泡劑：JM-1：鋁粉：水=0.875：0.125：0.035：0.01：0.001：0.42。

3.2 工程應(yīng)用

本次在2017年度廣靖錫澄高速公路部分橋梁搭板脫空病害處理中采用了上述方案。施工方式：兩個(gè)施工隊(duì)同步平行施工，半幅車道分兩次封閉施工，上午7點(diǎn)開(kāi)始，下午5點(diǎn)前開(kāi)放交通，夜間不占道。

4 效果檢查

4.1 取芯效果檢查

2017年10月22日，選擇廣靖高速公路廣陵北街小橋、靖公岱南小橋處理過(guò)的橋頭搭板進(jìn)行取芯檢查，共抽檢8處，其中有6處漿體與搭板連成一體，另外2處水泥漿體也成功取出（初步判斷可能是取芯過(guò)程中鉆機(jī)高速旋轉(zhuǎn)過(guò)程中脫發(fā)生離），合格率100%，效果良好，如下圖所示。

4.2 4h強(qiáng)度檢測(cè)

注漿處理過(guò)程中現(xiàn)場(chǎng)制作了漿液試塊3組9個(gè)，同條件養(yǎng)護(hù)，并進(jìn)行了強(qiáng)度試驗(yàn)，得到漿液試塊的4h抗壓強(qiáng)度為2.5MPa，24h抗壓強(qiáng)度為7.3MPa，滿足設(shè)計(jì)要求。

5 結(jié)論

橋頭跳車是路基與橋梁過(guò)渡段常見(jiàn)的病害，也是養(yǎng)護(hù)中的一個(gè)難點(diǎn)問(wèn)題。本文從工程實(shí)際需求出發(fā)，針對(duì)橋梁搭板養(yǎng)護(hù)過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題，主要就注漿材料的選擇、主要材料性能指標(biāo)開(kāi)展了有針對(duì)性的研究，并結(jié)合實(shí)際工程案例，對(duì)早強(qiáng)發(fā)泡水泥注漿在高填方路基橋頭沉降處治中的應(yīng)用作了分析介紹。結(jié)果表明，應(yīng)用本方案注漿施工，順利完成了維修加固任務(wù)，各項(xiàng)指標(biāo)經(jīng)檢測(cè)均達(dá)優(yōu)良，可供今后類似工程施工參考。