大跨徑拱橋拱座基礎(chǔ)持力層注漿關(guān)鍵技術(shù)研究

徐鴻晟 于遠(yuǎn)志

摘要：文章以平南三橋工程為例，介紹了該橋北岸拱座地基卵石層注漿設(shè)計(jì)方案與施工工藝，并通過(guò)密實(shí)性、均勻性與承載力檢驗(yàn)，證明了卵石層注漿的有效性。

關(guān)鍵詞：卵石層注漿;軟弱地基加固;拱座基礎(chǔ)

中圖分類號(hào)：U445.4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.13282/j.cnki.wccst.2019.09.039

文章編號(hào)：1673-4874（2019）09-0137-04

0引言

注漿技術(shù)作為水工建筑物地基處理中常用和重要的工程措施，近年來(lái)在大壩壩基防滲與加固、橋梁基礎(chǔ)軟弱持力層處理等方面得到廣泛應(yīng)用。

對(duì)大跨徑鋼管混凝土拱橋而言，其兩岸拱座基礎(chǔ)往往處于地質(zhì)分層復(fù)雜、巖性軟硬交替的河漫灘不良地質(zhì)區(qū)域。若將常分布于一定深度的砂卵石層作為基礎(chǔ)持力層，則這類持力層的承載力與穩(wěn)定性將面臨很大的考驗(yàn)。若處理不好，一方面有可能導(dǎo)致橋梁基礎(chǔ)在豎直荷載下發(fā)生不均勻沉降;另一方面，在承受由鋼管拱傳遞的水平推力時(shí)，基礎(chǔ)會(huì)發(fā)生水平位移，進(jìn)而造成鋼管拱發(fā)生異常變形。而在橋梁基礎(chǔ)基坑開(kāi)挖之前，對(duì)砂卵石層利用注漿技術(shù)處理，是應(yīng)對(duì)上述情況的較好措施。

本文以廣西貴港平南三橋作為工程依托，重點(diǎn)研究該橋北岸拱座基礎(chǔ)下部砂卵石持力層注漿關(guān)鍵技術(shù)，利用PVC袖閥管在加固的地層中進(jìn)行多點(diǎn)、定量、均衡地灌注水泥漿液，使注漿體在地層中形成分布均勻、連接密實(shí)的加固體，從而大大提高了卵石層的承載力與穩(wěn)定性。

1工程概況

平南三橋?yàn)閺V西荔浦至玉林高速公路平南北互通連接線上跨潯江的一座在建的特大型鋼管混凝土拱橋，起訖里程為L(zhǎng)K2+485-LK3+520，大橋全長(zhǎng)1035m，主橋跨徑575m。

該橋北岸為半徑27.3m、深度16.5m的圓形地下連續(xù)墻基礎(chǔ)，基底持力層為經(jīng)過(guò)注漿處理的卵石層。詳見(jiàn)下頁(yè)圖1和圖2。

卵石層上部為采用630混凝土滿槽連續(xù)澆筑的拱座底板，澆筑厚度為6m。

根據(jù)工程地質(zhì)勘查資料，卵石層介質(zhì)分布以中密狀為主，局部地段稍密或密實(shí);母巖成分主要為砂巖、石英，粒徑20-100mm，含量約50%-70%，間隙充填圓礫、細(xì)砂及粉質(zhì)黏土，層厚1.00-24.80m（見(jiàn)圖3）。

鑒于原狀卵石層承載力相對(duì)較弱，設(shè)計(jì)文件中采用靜壓灌注水泥漿液的措施對(duì)其進(jìn)行加固處理，并在注漿結(jié)束、5d后檢驗(yàn)固結(jié)效果。要求為：卵石層注漿加固后的承載力≥800kPa或N重型動(dòng)力觸探單節(jié)修正錘擊數(shù)≥20擊。

2 注漿工藝

2.1工藝介紹

注漿采用較為先進(jìn)的袖閥管注漿工藝，該工藝由法國(guó)索萊坦奇公司首創(chuàng)，故又稱為“索萊坦奇注漿法。從20世紀(jì)80年代末至今，該法在國(guó)內(nèi)廣泛應(yīng)用于砂礫層固結(jié)、深層和淺層軟土層劈裂注漿，效果良好（見(jiàn)圖4）。

此法通過(guò)澆筑孔內(nèi)套殼料、下放單向密封閥管、安裝注漿芯管密封裝置等工藝環(huán)節(jié)，避免了不同注漿段之間的相互干擾，同時(shí)減小了操作中發(fā)生冒漿、串漿的幾率。其特殊的開(kāi)孔結(jié)構(gòu)使注漿位置可根據(jù)需要靈活調(diào)整，甚至還可進(jìn)行同一注漿段的重復(fù)施工。

單向密封閥管通常采用鈣塑聚丙烯材質(zhì)的塑料管，也可采用無(wú)縫鋼管（見(jiàn)圖5）。

該種管材具有內(nèi)壁光滑、抗折能力強(qiáng)、接頭牢固且順直、接長(zhǎng)方便等優(yōu)點(diǎn)，這使得施工人員在其內(nèi)部下放或提升注漿芯管作業(yè)變得簡(jiǎn)便且容易操作到位。

操作中，在需要加固的地層范圍內(nèi)設(shè)置管壁有孔的塑料袖閥管，孔位外側(cè)管壁緊套橡膠皮套（如圖4所示）。皮套被漿液擠壓沖破的臨界壓力設(shè)置為2hwa，可保證漿液的單方向運(yùn)動(dòng)，避免串漿的發(fā)生，使注漿質(zhì)量得到保證。

2.2 孔位布置與注漿參數(shù)

注漿孔孔位按梅花形設(shè)置，孔中心距2m，孔徑120mm（如圖6所示）。

將地連墻卵石層注漿區(qū)按圓形平面劃分為7個(gè)施工區(qū)（A-G）?？偪讛?shù)設(shè)計(jì)為647個(gè)，孔序分為I-Ⅲ。操作順序?yàn)橛蓤A形區(qū)域四周逐漸向中心注漿（如圖7所示）。

水泥漿液配比如表1所示.

孔內(nèi)套殼料配比如表2所示。

2.3 方案實(shí)施

2.3.1鉆孔

（1）注漿孔開(kāi)孔采用德國(guó)寶峨kLM805-2型潛孔鉆，效率較高，平均1.5h/孔。終止高程控制在卵石層下部中風(fēng)化巖石頂面向下1.0m。

（2）開(kāi)鉆時(shí)，保持并經(jīng)常校核鉆孔的垂直度，保證垂直鉆孔。

（3）鉆進(jìn)過(guò)程，套管全程跟進(jìn)，采用壓縮空氣和高壓水將鉆渣沖出至地面。

（4）鉆孔過(guò)程中，每鉆進(jìn)1m記錄一次地質(zhì)情況及孔深。

2.3.2 安裝袖閥管

（1）鉆桿鉆至設(shè)計(jì)標(biāo)高后，向孔內(nèi)泵入高壓水進(jìn)行清孔。

（2）測(cè)量復(fù)核鉆孔深度無(wú)誤后，下放袖閥管。

（3）快速對(duì)袖閥圖管接頭進(jìn)行擰緊，防止?jié){液滲入堵塞孔道。

（4）卵石層范圍內(nèi)安裝有袖套（管壁有孔）袖閥管，其它范圍安裝無(wú)袖套袖閥管.袖閥管安裝就位后，及時(shí)封堵管口，防止異物落入孔中。

2.3.3 澆筑孔內(nèi)套殼料

孔內(nèi)套殼料的主要作用是封閉袖閥管與鉆孔孔壁之間的環(huán)狀空間，防止注漿時(shí)漿液到處流竄，迫使?jié){液在注漿段范圍內(nèi)擠破套殼料進(jìn)入地層（注漿開(kāi)環(huán)）。套殼料的澆筑過(guò)程如圖8所示。

（1）套殼料為水泥+膨潤(rùn)工，采用攪拌機(jī)集中拌制。澆筑時(shí)自下而上灌注，距離孔口約1.5m停止灌注。

（2）澆筑套殼料3d后，方可安裝注漿芯管并進(jìn)行注漿施工。

2.3.4 安裝注漿芯管與開(kāi)環(huán)注漿

套殼料養(yǎng)護(hù)3d后安裝注漿芯管。芯管采用鍍鋅鐵管。安裝時(shí)，接頭采用扭力扳手?jǐn)Q緊，并用膠帶將栓塞水管綁扎在芯管上.

另外，芯管安裝前，在注射器止?jié){塞兩側(cè)涂抹黃油進(jìn)行潤(rùn)滑，并在安裝過(guò)程中詳細(xì)記錄芯管下放長(zhǎng)度。

安裝完畢后，管頂采用手拉葫蘆進(jìn)行固定，即可開(kāi)環(huán)注漿。

注漿泵正常工作時(shí)，止?jié){塞工作壓力控制在1.0-1.5MPa，注漿孔孔口工作壓力控制在0.7-1.0MPa。終壓標(biāo)準(zhǔn)如下：

（1）在最大注漿壓力0.7-1.0MPa下，注入率≤5L/min，并已持續(xù)灌注30min。

（2）灌段單位注漿量累計(jì)達(dá)到2000L，灌漿壓力達(dá)到設(shè)計(jì)壓力0.8MPa。

（3）一孔中最后灌段全孔累計(jì)注入量達(dá)到1.0t/m時(shí)，可結(jié)束該孔灌漿。

（4）觀測(cè)到地面有抬升現(xiàn)象發(fā)生時(shí)。

（5）在注漿壓力0.7MPa下，單次灌入量達(dá)到3000L。

達(dá)到上述5條標(biāo)準(zhǔn)任意一條，即可終止該孔注漿施工。

3 注漿效果

卵石層注漿加固效果主要從以下兩方面來(lái)評(píng)判：

（1）卵石層水泥漿液是否填充密實(shí)，且分布均勻。

（2）卵石層注漿結(jié)束15d后，其地層承載力是否得到顯著提高，到達(dá)設(shè)計(jì)要求的≥800kPa。

3.1密實(shí)性檢驗(yàn)

水泥漿液在卵石層中的密實(shí)層度可以根據(jù)注漿區(qū)域地表隆起程度來(lái)檢驗(yàn)。因此，在注漿過(guò)程中如圖9所示布置了4個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)。

隨著注漿的進(jìn)行，區(qū)域地表發(fā)生明顯隆起，且隆起值達(dá)到最大后區(qū)域穩(wěn)定，則說(shuō)明卵石層中的水泥漿液密實(shí)性較好.監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)如表3所示.

從表3可以看到，區(qū)域地層在注漿施工后都發(fā)生了明顯的隆起，最大隆起值為測(cè)點(diǎn)GC3的觀測(cè)值0.05m。根據(jù)分析，現(xiàn)場(chǎng)施工機(jī)具移位及天氣影響施工中斷是造成曲線波動(dòng)的主要原因。但各曲線從整體上體現(xiàn)出明顯上升的趨勢(shì)，由此說(shuō)明卵石層中的水泥漿液密實(shí)性較好。

3.2均勻性檢驗(yàn)

卵石層中的水泥漿液是否分布均勻，可以通過(guò)該地層中地下水位標(biāo)高變化來(lái)評(píng)判。若注漿后卵石層中的地下水發(fā)生明顯下降，且下降至中風(fēng)化巖頂面標(biāo)高處（+11.0m）后保持穩(wěn)定，說(shuō)明卵石層中的水泥漿液分布是均勻的。

通過(guò)設(shè)置地下水位觀測(cè)井，進(jìn)行注漿施工中區(qū)域地下水位實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè).圖10為施工中注漿區(qū)域地下水位的波動(dòng)曲線。經(jīng)分析：

（1）隨著注漿的持續(xù)進(jìn)行，卵石層中地下水位總體呈下降趨勢(shì)，并在標(biāo)高+11.0m穩(wěn)定。

（2）雨水小規(guī)模補(bǔ)給是地下水位曲線波動(dòng)的主要原因。

綜上，說(shuō)明水泥漿已將卵石層孔隙中的水置換充分且漿液的分布具有較好的均勻性。

3.3承載力檢驗(yàn)

在注漿區(qū)域設(shè)置6個(gè)鉆孔N重型圓錐動(dòng)力觸探試驗(yàn)點(diǎn)，在注漿完成后15d對(duì)卵石層開(kāi)展重型動(dòng)力觸探，并對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表4所示。

根據(jù)表4可以得知，注漿結(jié)束15d后，針對(duì)施工區(qū)域卵石層開(kāi)展的的6個(gè)N重型圓錐動(dòng)力觸探試驗(yàn)修正錘擊數(shù)均大于20擊，地基承載力均≥800kPa，說(shuō)明注漿后卵石層滿足設(shè)計(jì)要求。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)依托工程地基卵石層注漿工程的施工，驗(yàn)證了在卵石層地層中袖閥管注漿施工工藝的有效性。通過(guò)本研究可以得到如下結(jié)論：

（1）袖閥管注漿工藝適用于深層卵石層注漿，操作方便且效果較好。

（2）注漿完畢后，為了檢驗(yàn)注漿效果，分別考察了地表隆起高度和地下水標(biāo)高以考察卵石層中漿液的密實(shí)度和均勻性。考察結(jié)果表明：卵石層中漿液分布均勻且填充密實(shí)。

（3）根據(jù)6個(gè)鉆孔N重型圓錐動(dòng)力觸探試驗(yàn)點(diǎn)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明：注漿后的卵石層承載力顯著提高，且滿足設(shè)計(jì)要求≥800kPa。