袖閥管注漿在高速公路橋頭路基加固處理中的應(yīng)用

劉明華, 劉 彪

(1.湖南省核工業(yè)地質(zhì)局，湖南 長(zhǎng)沙 410011； 2.核工業(yè)長(zhǎng)沙中南建設(shè)工程集團(tuán)公司，湖南 長(zhǎng)沙 410011)

橋梁臺(tái)背填土工后沉降是橋臺(tái)施工中一種常見(jiàn)的病害現(xiàn)象，其會(huì)造成橋臺(tái)前路面與橋面產(chǎn)生高程差，引起橋頭跳車(chē)現(xiàn)象，當(dāng)高程差較大時(shí)甚至危及行車(chē)安全，因而對(duì)橋背填土進(jìn)行加固十分必要。采用注漿技術(shù)提高橋背填土承載力以減少其工后沉降是橋臺(tái)施工中一種常用的施工方法，其具有施工簡(jiǎn)單、加固質(zhì)量和容易控制等特點(diǎn)。由法國(guó)Soletanche公司提出的袖閥管注漿工法是地鐵隧道施工中的一種常用技術(shù)，其在美、英、法、日、意以及我國(guó)臺(tái)灣、香港地區(qū)的隧道施工應(yīng)用中均取得良好效果，近年來(lái)也逐漸在國(guó)內(nèi)隧道施工中得到推廣應(yīng)用。

袖閥管注漿工法在橋臺(tái)回填加固處理工程中應(yīng)用還較少，工程經(jīng)驗(yàn)以及應(yīng)用效果需要進(jìn)一步研究。本文結(jié)合龍懷高速公路TJ6合同段大、中橋頭臺(tái)背回填工程，采用閥管注漿進(jìn)行加固處理，取得了較好的效果。

1 袖閥管注漿工法

袖閥管主要由孔壁上鉆有泄?jié){孔的PVC管、橡膠圈、套殼料和雙塞管等組成。橡膠圈能防止地下水、泥漿等雜物回流至袖閥管造成堵塞；套殼料能阻止?jié){液上下流動(dòng)，有效控制注漿范圍，保證注漿壓力，并增加注漿有效半徑；雙塞管主要起增壓作用。袖閥管注漿工法通過(guò)注漿泵將一定稠度的漿液加壓，經(jīng)連通管將漿液傳輸至袖閥管，注漿壓力會(huì)使包裹在袖閥管外側(cè)的橡膠圈脹開(kāi)，套殼料擠碎，此時(shí)漿液逐漸向橋背填土的空隙滲透，同時(shí)注漿壓力會(huì)使填土從薄弱結(jié)構(gòu)面產(chǎn)生劈裂，漿液會(huì)沿填土裂縫不斷向前延伸，所注漿液固結(jié)后與填土形成復(fù)合體，能有效提高橋背填土承載力，降低其工后沉降。在實(shí)際施工中，首先將袖閥管沿注漿孔伸至需注漿橋背填土底層，注漿完成后提升袖閥管，逐層進(jìn)行整個(gè)橋背填土高度范圍內(nèi)注漿作業(yè)，實(shí)現(xiàn)完全注漿，施工中應(yīng)注意每層注漿應(yīng)一次性完成。

2 工程概況

龍懷高速公路TJ6合同段路線為東西走向，起自東源縣船塘鎮(zhèn)龍江村(K39+300)，終于船塘鎮(zhèn)與連平縣三角鎮(zhèn)分界處(K48+910),路線全長(zhǎng)9.61 km。主線共有5座大、中橋梁，橋臺(tái)設(shè)計(jì)為肋板臺(tái)，臺(tái)背回填材料中部為透水性材料石屑，周邊采用3 m寬黏土包邊。

3 袖閥管注漿設(shè)計(jì)

3.1 注漿孔布置

路基兩側(cè)帷幕孔間距為1.0 m，其他孔間距為2.0～2.5 m，如圖1所示。

圖1 整體式路基半幅橋梁搭板注漿孔設(shè)計(jì)圖(單位：cm)

3.2 鉆孔原則

(1)對(duì)已經(jīng)施工的橋臺(tái)搭板，應(yīng)使用鉆孔注漿施工，方向豎直。鉆孔前應(yīng)根據(jù)橋臺(tái)搭板設(shè)計(jì)圖紙，利用鋼筋探測(cè)儀確定橋臺(tái)搭板內(nèi)部鋼筋位置，使鉆孔避開(kāi)鋼筋，防止結(jié)構(gòu)物承載力受損。

(2)對(duì)未曾施工的橋臺(tái)搭板，在搭板現(xiàn)澆時(shí)注意預(yù)留豎向注漿孔，可采用PVC管作為支撐模具，待澆注完成后拆除PVC管模具。

(3)對(duì)于采用先注漿后施工搭板方案時(shí)，待注漿完成以后搭板施工時(shí)不再預(yù)留注漿孔。

3.3 鉆孔直徑與注漿深度

鉆孔孔徑不小于130 mm，注漿深度超過(guò)原地面以下0.5 m為準(zhǔn)。

3.4 袖閥管規(guī)格

采用外徑Φ50 mm袖閥管，管材質(zhì)必須符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。

3.5 漿液配合比

采用早強(qiáng)型42.5普通硅酸鹽水泥配置注漿液，其水灰比應(yīng)根據(jù)橋背填土特性選擇，一般為0.8～1.0。實(shí)際施工中根據(jù)需要可在不同注漿階段采用不同水灰比漿液，如注漿開(kāi)始時(shí)采用水灰比可稍大，以降低漿液濃度，而吸漿量大時(shí)水灰比應(yīng)適當(dāng)減小，以增加漿液濃度。

3.6 注漿量

水泥用量按平均250 kg/m控制。

3.7 注漿壓力

袖閥管注漿施工中，初始注漿壓力根據(jù)被動(dòng)土壓力理論計(jì)算。注漿流量約為50 L/min，注漿過(guò)程中壓力一般為0.3～0.6 MPa，注漿終止時(shí)壓力不大于1.0 MPa。

3.8 注漿終止標(biāo)準(zhǔn)

袖閥管注漿施工中，根據(jù)注漿量和注漿壓力確定是否終止注漿，當(dāng)其中一指標(biāo)達(dá)到設(shè)計(jì)要求時(shí)即停止施工。如尚未達(dá)到注漿終止條件時(shí)發(fā)生跑漿或冒漿等現(xiàn)象，應(yīng)分多次注漿，以盡可能提高注漿量至設(shè)計(jì)值。

4 袖閥管注漿施工技術(shù)

4.1 施工工藝流程

施工工藝流程為：場(chǎng)地平整→測(cè)量定位→鉆機(jī)就位、對(duì)中→鉆孔、控制垂直度→注入套殼料→安設(shè)袖閥管→分次注漿(在此之前完成配比檢查、漿液配制、注漿管清洗等步驟)→移除注漿管→封孔。

4.2 施工操作

(1)根據(jù)鉆孔布置，在橋臺(tái)搭板表面進(jìn)行放樣，標(biāo)注鉆孔位置，其中鉆孔中心與設(shè)計(jì)圖誤差應(yīng)小于5 cm。

(2)根據(jù)鉆孔設(shè)計(jì)直徑采用干鉆方式豎直成孔，鉆孔深度與設(shè)計(jì)圖誤差應(yīng)小于5 cm。同時(shí)為防止局部孔壁坍塌造成袖閥管不能插到設(shè)計(jì)深度，應(yīng)根據(jù)橋背填土特性可能造成的塌孔情況適當(dāng)增加鉆孔深度。

(3)采用水泥、黏土和水按質(zhì)量比為2∶1∶2配制1 d抗壓強(qiáng)度約為0.3 MPa的套殼料，而后注滿鉆孔。

(4)將預(yù)先制作好的袖閥管摻入套殼料直至鉆孔設(shè)計(jì)深度，應(yīng)注意袖閥管中心盡量與鉆孔中心重合，保證袖閥管外部套殼料厚度均勻。

(5)采用經(jīng)檢驗(yàn)合格的水根據(jù)設(shè)計(jì)水灰比采用早強(qiáng)型42.5普通硅酸鹽水泥配置注漿液，同時(shí)施工中應(yīng)根據(jù)吸漿量、串漿和返漿等情況及時(shí)調(diào)整水灰比或采用摻入速凝劑等方式調(diào)整漿液濃度。制漿過(guò)程中應(yīng)嚴(yán)格控制各組分材料用量，且應(yīng)攪拌均勻，攪拌時(shí)間一般不低于180 s；制漿完成后將其移入儲(chǔ)漿池，邊攪拌邊注漿，注漿施工過(guò)程應(yīng)盡快進(jìn)行，一般持續(xù)時(shí)間不超過(guò)2 h，防止?jié){液離析影響注漿效果。

(6)根據(jù)氣候情況，待套殼料達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后可開(kāi)始注漿施工。注漿過(guò)程中應(yīng)嚴(yán)格控制注漿速度和順序以滿足設(shè)計(jì)要求，如速度過(guò)快或集中注漿，容易引起冒漿和串漿現(xiàn)象，不利于注漿效果，且可能引起橋背填土開(kāi)裂或致使橋臺(tái)移位；注漿順序應(yīng)采用隔排跳孔方式，且由外到內(nèi)；注漿過(guò)程從下到上，每次提升袖閥管0.5 m，如發(fā)現(xiàn)某注漿孔下填土吸漿緩慢或不吸漿，應(yīng)在該孔附近重新鉆孔進(jìn)行注漿作業(yè)；如發(fā)生冒漿和串漿現(xiàn)象，應(yīng)根據(jù)冒漿和串漿嚴(yán)重程度分多次注漿，以提升注漿效果，相鄰兩次注漿時(shí)間間隔約2 h；注漿過(guò)程中，注漿量或注漿壓力其中之一達(dá)到設(shè)計(jì)值時(shí)停止注漿；當(dāng)橋背填土所有注漿孔中有一半及以上孔位填土吸漿量大于250 kg/m時(shí)，可適當(dāng)提高注漿量，以改善注漿效果。

(7)應(yīng)實(shí)時(shí)監(jiān)控注漿過(guò)程，避免因注漿壓力過(guò)大造成橋背填土凸起等不利現(xiàn)象，具體為在注漿處理周邊設(shè)置水平位移和豎向沉降觀測(cè)點(diǎn)，監(jiān)測(cè)預(yù)警值控制在20 mm。在整個(gè)施工過(guò)程中，要認(rèn)真做好信息反饋和動(dòng)態(tài)施工工作，利用監(jiān)測(cè)信息指導(dǎo)施工。

(8)袖閥管注漿施工前應(yīng)準(zhǔn)確收集原始資料，施工中對(duì)各個(gè)工藝進(jìn)行詳細(xì)記錄，包括鉆孔、套殼料強(qiáng)度試驗(yàn)、套殼料材料配置及灌注、袖閥管插入、漿液配比試驗(yàn)、注漿量、注漿壓力、靜力觸探試驗(yàn)、標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)、水泥鑒定試驗(yàn)等。

(9)施工過(guò)程中如發(fā)現(xiàn)橋臺(tái)兩側(cè)錐臺(tái)周?chē)軡{，或錐臺(tái)護(hù)面墻變形或開(kāi)裂，應(yīng)立即暫定注漿作業(yè)，查明原因并處理后再單孔分次注漿；注漿過(guò)程中應(yīng)采取導(dǎo)流措施防止冒漿或清孔的漿水四處溢流。

5 注漿效果分析

龍懷高速公路TJ6合同段的5座橋注漿情況見(jiàn)表1。從表1可知，全標(biāo)段5座橋梁平均填土高度7.98 m，共鉆孔4 070.92 m，每個(gè)橋梁臺(tái)背注漿量記錄顯示總水泥用量953.11 t，平均為234.13 kg/m。每孔實(shí)際注漿量稍有差別，但注漿總量與設(shè)計(jì)總量基本相符，且水泥用量與填土類型也有關(guān)，砂性土區(qū)域比黏性土區(qū)域水泥用量明顯要高。另外，注漿過(guò)程中每序孔的吸漿量逐漸減少，也間接證明了注漿設(shè)計(jì)參數(shù)與實(shí)際地層結(jié)構(gòu)情況相符。

注漿后鉆芯檢測(cè)結(jié)果顯示，包邊土及底層填土漿液呈現(xiàn)劈裂狀注入，石屑呈現(xiàn)板結(jié)狀，對(duì)松散顆粒填料包裹較好，間接反映注漿后臺(tái)背填筑密實(shí)性有所提高。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)觸探、透水性及彎沉試驗(yàn)測(cè)試，地基承載力、回填層的滲透性系數(shù)及彎沉值較注漿前得到明顯的改善，表明該方法的適用性和可靠性。

表1 龍懷高速TJ6標(biāo)橋梁臺(tái)背注漿匯總表

6 結(jié)束語(yǔ)

龍懷高速龍連段2017年12月建成通車(chē)，現(xiàn)通車(chē)已有一年有余，橋頭無(wú)跳車(chē)現(xiàn)象，有效解決了橋頭路基的工后沉降周期長(zhǎng)和橋頭“跳車(chē)”問(wèn)題。該項(xiàng)目通過(guò)實(shí)施橋背填土袖閥管注漿加固工藝表明：袖閥管注漿應(yīng)根據(jù)橋背填土高度分層、定量和間歇注漿，同時(shí)可根據(jù)需要對(duì)某一部位重復(fù)注漿和不同地層選用不同配比漿液；鉆孔和注漿工序分離，能實(shí)現(xiàn)流水作業(yè)，效率高、造價(jià)低；橋梁臺(tái)背填土采用袖閥管注漿加固處理后，土基強(qiáng)度明顯提高，透水性、可壓縮性及水蝕性明顯降低，有效延長(zhǎng)了橋臺(tái)前后路基路面的使用壽命，并增強(qiáng)了行車(chē)舒適性。