橋梁隧道工程施工中灌漿法加固技術(shù)分析

[ 作者簡介 ]

蔣明明，女，湖南邵陽人，湖南省第四工程有限公司，工程師，本科，研究方向：公路橋梁、市政道路技術(shù)管理。

[ 摘要 ]

為順應(yīng)社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，橋梁隧道工程的建設(shè)規(guī)模日益擴(kuò)大，逐步完善了交通基礎(chǔ)設(shè)施。在橋梁隧道施工中，需要充分考慮現(xiàn)場地形、地勢、水文等多重條件，遵循因地制宜的原則，以科學(xué)的方法施工，達(dá)到筑安全、保質(zhì)量、增效益的效果。在現(xiàn)階段的橋梁隧道工程施工技術(shù)體系中，灌漿法頗具代表性，若操作得當(dāng)，有助于提高橋梁隧道的質(zhì)量，為車輛的通行提供安全保障。鑒于此，本文以某橋梁隧道工程為例，闡述灌漿法在橋梁隧道工程中的具體應(yīng)用。

[ 關(guān)鍵詞 ]

橋梁隧道;灌漿法;加固技術(shù);原理;應(yīng)用

現(xiàn)代交通運(yùn)輸業(yè)的發(fā)展使相關(guān)的工程建造和實(shí)施技術(shù)的運(yùn)用得到推廣，在路橋隧道工程施工過程中，會遇到不同的地質(zhì)和地理環(huán)境，這些都對施工的開展有較大的影響，比如山體結(jié)構(gòu)、巖溶等，而在隧道開挖和建造中，要事先開展詳細(xì)的監(jiān)測和探查工作，確定其中存在的風(fēng)險(xiǎn)因素，并且采取防范措施。由于橋梁隧道的施工環(huán)境復(fù)雜，存在諸多不可抗因素，結(jié)構(gòu)以及現(xiàn)場巖土體有失穩(wěn)的可能，因此合理采用灌漿加固方法顯得至關(guān)重要。通過灌漿法對橋梁隧道進(jìn)行加固，能有效保證加固效果，為工程建設(shè)提供幫助。

1 橋梁隧道施工常見問題

1.1 漿脫落

對于隧道工程來講，砌漿是不可或缺的重要施工環(huán)節(jié)?？紤]到隧道工程的整體美觀程度，施工人員通常會在砌漿時(shí)覆蓋墻體的粗糙表面，經(jīng)過全面的砌漿工作，使隧道墻體外表整潔、平滑，從而達(dá)到美觀的目的。砌漿在加固方面也起到了一定作用，提高了隧道墻體的抗腐蝕能力，在一定程度上提升了隧道的承重平衡水平。當(dāng)砌漿脫落時(shí)，隧道失去一個(gè)保護(hù)層，讓墻體在空氣中暴露出來，大大增加了隧道施工危險(xiǎn)系數(shù)。這要求施工人員不僅需要對隧道工程的美觀性進(jìn)行考慮，還應(yīng)兼顧隧道的安全性，充分優(yōu)化和改善砌漿施工環(huán)節(jié)，減少因砌漿而導(dǎo)致的隧道施工問題。

1.2 隧道橋臺裂縫和橋墩裂縫

在隧道工程中，施工人員經(jīng)常會遇到隧道的橋臺裂縫和橋墩裂縫。處于初始施工作業(yè)階段，橋臺裂縫和橋墩裂縫并不明顯，因此難以被施工人員及時(shí)發(fā)現(xiàn)，再加上隧道工程驗(yàn)收階段的裂縫問題容易被人們遺漏和疏忽，便導(dǎo)致隧道在投入使用后裂縫逐漸擴(kuò)大，最終給隧道工程質(zhì)量帶來嚴(yán)重的影響，大幅增加安全隱患。裂縫超過1.2 毫米后，施工人員才會注意并發(fā)現(xiàn)隧道的裂縫問題，若此階段未及時(shí)采取有效的保護(hù)措施來彌補(bǔ)或處理產(chǎn)生裂縫的部位，隧道裂縫將會進(jìn)一步擴(kuò)大，表現(xiàn)出不斷延伸的趨勢，降低橋梁隧道的承重能力，破壞隧道原有的平衡性，并且橋梁的承重能力也得不到保障。

1.3 隧道干縮裂縫

隧道干縮裂縫多為表面性的，紋理較細(xì)小，走向沒有規(guī)律。裂縫的產(chǎn)生與施工工藝關(guān)系大，其中包括掘進(jìn)方式的選擇、混凝土振搗、水灰比確定、拆模、拱背回填、養(yǎng)護(hù)等。拆模過早，混凝土還沒有達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度就開始受力，使混凝土產(chǎn)生裂縫，如果拱頂回填不密實(shí)，則頂部壓力會分散作用在兩側(cè)拱腰部位，拱部出現(xiàn)馬鞍形荷載的地壓分布形式，與襯砌的原始設(shè)計(jì)大不一樣，造成拱腰開通時(shí)混凝土本身的干縮與冷縮，也是產(chǎn)生裂縫的重要原因。

2 灌漿法加固技術(shù)概述

2.1 原理

以水泥、砂、黏土、水、添加劑為主要的原材料，按照特定的比例選取適量材料并予以充分的拌和，制得均勻性較好的砂漿，將其灌注至預(yù)先鉆進(jìn)成型且得到清理的孔洞內(nèi)，水泥砂漿在固結(jié)過程中將連同待加固結(jié)構(gòu)共同組成完整穩(wěn)定的整體，達(dá)到加固的效果。灌漿法是公路橋梁隧道施工中的重要方法，其還能夠填補(bǔ)結(jié)構(gòu)的裂縫，避免結(jié)構(gòu)表觀質(zhì)量問題以及受力異常。在路橋隧道工程中，根據(jù)注漿壓力的不同，分為高壓注漿和低壓注漿兩種形式，通常前者的應(yīng)用更為廣泛，即壓力作用更強(qiáng)，有效地將漿液推送至特定的加固區(qū)域后，漿液的填充更加飽滿，隨之取得良好的加固效果。

2.2 優(yōu)勢

灌漿法在公路橋梁隧道中的應(yīng)用優(yōu)勢突出，主要體現(xiàn)在如下幾方面：

①灌漿法加固技術(shù)能夠?qū)⑺淼赖穆┒炊伦?，避免漏水，從而?shí)現(xiàn)堵漏的目的。

②灌漿法加固技術(shù)可以將隧道變形量減少，使其力學(xué)性質(zhì)有效增強(qiáng)，確保隧道混凝土結(jié)構(gòu)和特性，從而實(shí)現(xiàn)增固的目的。

③灌漿法加固技術(shù)能夠避免隧道混凝土出現(xiàn)滲水的現(xiàn)象，提高防滲水平，從而實(shí)現(xiàn)防滲的目的。

④灌漿法加固技術(shù)可以讓建筑隧道的斜度大大減小，避免產(chǎn)生不均勻沉降的問題。

2.3 方法

較為常見的灌漿法有如下幾種。

2.3.1 填充灌漿

填充灌漿法能夠?yàn)榈刭|(zhì)坍塌所導(dǎo)致的裂縫提供保護(hù)，如隧道因地震、溶洞坍塌、施工設(shè)計(jì)、施工不當(dāng)?shù)仍蚨a(chǎn)生裂縫的情形。

2.3.2 壓密灌漿法

在高壓作用下，將制備的高濃度漿液注入孔縫內(nèi)。施工常采用高壓脈沖泵等相關(guān)裝置，注漿壓力控制在20兆帕～40兆帕，由于壓力作用較強(qiáng)，噴出的漿液將對土體帶來切割作用，使土粒從土體上剝落。此時(shí)，細(xì)小的土體被注入的漿液置換，順著漿液的流動而被推動到土面上;還有部分土粒與漿液結(jié)合，經(jīng)過攪拌后得到均勻性較好的混合體，兩者共同凝固，產(chǎn)生穩(wěn)定可靠的固結(jié)體，擠入巖縫后起到加固的作用。對噴射流移動方向進(jìn)行調(diào)整后，固結(jié)體的形狀也隨之改變，因此施工中需要根據(jù)具體情況以及要求控制噴射流的移動方向。

2.3.3 滲透灌漿

橋梁地基加固、隧道側(cè)壁修補(bǔ)施工中常采用的是滲透灌漿方法，經(jīng)過注漿后，將漿液推送至巖土層，通過漿液的應(yīng)用，與周邊的巖土體共同組成穩(wěn)定的整體，此時(shí)巖土層的強(qiáng)度較之未處理前有明顯的提高。

2.3.4 電動化學(xué)灌漿法

首先確定待加固的巖層，在該處確定好正負(fù)兩極后，將插至底層的正極接入金屬管內(nèi)，與電源的正極連接，以便組織灌漿作業(yè)。從適用性的角度來看，電動化學(xué)灌漿法常被應(yīng)用于橋梁基礎(chǔ)加固中，漿液固結(jié)后基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的完整性和穩(wěn)定性均得到改善。

3 工程概述

某公路工程全長45.23千米，路橋隧道占比約

30 %。其中，隧道采用22米寬的整體式路基和9.96米寬的分離式路基。隧道設(shè)計(jì)時(shí)速100千米，現(xiàn)場地質(zhì)條件復(fù)雜多樣且頗為特殊，貫通段以砂巖和英砂巖為主，有山泉水流經(jīng)，在采取爆破措施時(shí)，容易由于參數(shù)不合理、作業(yè)不規(guī)范等原因而誘發(fā)泥石流、內(nèi)部開裂等問題。對此，項(xiàng)目采用灌漿法，經(jīng)過灌漿施工后，依托漿液的固結(jié)作用，保證結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，規(guī)避隧道質(zhì)量缺陷。

4 灌漿法加固技術(shù)在橋梁隧道工程中的應(yīng)用

4.1 施工準(zhǔn)備

全面的準(zhǔn)備是灌漿施工作業(yè)正式開展的關(guān)鍵前提，主要考慮三個(gè)方面：①深入現(xiàn)場做全面的勘察，明確地形、地質(zhì)、水文、氣候等自然條件，對公路橋梁隧道的施工環(huán)境形成準(zhǔn)確的認(rèn)識，將采集的信息作為施工方案編制時(shí)的參考;②合理配置施工隊(duì)伍，落實(shí)持證上崗制度，由具有資質(zhì)的員工參與施工;③根據(jù)施工方案配備材料、機(jī)械設(shè)備，進(jìn)場時(shí)加強(qiáng)對材料質(zhì)量以及機(jī)械設(shè)備性能的檢驗(yàn)，夯實(shí)物資基礎(chǔ)。

4.2 施工要求

嚴(yán)格依據(jù)施工標(biāo)準(zhǔn)開展各項(xiàng)工作，富有流程性地推進(jìn)施工進(jìn)程，盡可能避免工序交叉的情況。對于無特定圍巖加固施工標(biāo)準(zhǔn)的，則密切關(guān)注現(xiàn)場環(huán)境，動態(tài)調(diào)整施工方案，盡可能提高各項(xiàng)工作的規(guī)范性。漿液被有效注入待加固區(qū)域的關(guān)鍵在于得到特定壓力的支持，不同壓力條件下的灌漿施工效果存在差異。在正式灌漿前，需組織灌漿試驗(yàn)，確定最具適用性的壓力控制值，后續(xù)依據(jù)該值灌漿;遇到施工條件改變的情況時(shí)，動態(tài)優(yōu)化灌漿壓力。灌漿量也是灌漿施工中的重點(diǎn)控制對象，其并無固定值，因此根據(jù)實(shí)際情況以及需求而定，有必要預(yù)留出額外的漿液，確保在突發(fā)異常狀況時(shí)漿液能夠及時(shí)供應(yīng)，避免施工中斷。通常實(shí)際準(zhǔn)備的漿液量以理論值的1.2倍較為合適。灌漿孔吸收量在每分鐘0.6升以內(nèi)且有逐步減小的變化時(shí)，表明孔內(nèi)灌漿達(dá)到飽滿狀態(tài)，可結(jié)束灌漿作業(yè)。經(jīng)過灌漿施工后，軟土圍巖的承載力需達(dá)到90千帕及以上，復(fù)合型圍巖該值需達(dá)到135千帕及以上。

4.3 灌漿材料選取

灌漿材料的性能會直接影響灌漿效果，因此在漿液拌制階段加強(qiáng)質(zhì)量控制具有必要性。在漿液的生產(chǎn)中，配比必須得當(dāng)，其是影響漿液性能的關(guān)鍵指標(biāo)，應(yīng)加以控制?，F(xiàn)階段灌漿主劑主要采用的是粒狀漿材、化學(xué)漿材兩類，各自均有其獨(dú)特的應(yīng)用優(yōu)勢。其中粒狀漿材原材料包含水泥、瀝青、黏土等，按照一定的比例混合而成，優(yōu)勢在于制備工藝簡單、造價(jià)較低，因此在多數(shù)公路橋梁隧道工程中取得廣泛的應(yīng)用?；瘜W(xué)漿材漿液的灌注覆蓋面較廣，灌注效果良好。

4.4 灌漿加固施工工藝

4.4.1 鉆進(jìn)成孔

鉆孔采用的是半徑為40毫米的鉆頭，沿著與鉆孔面垂直的方向打孔，其間加強(qiáng)對垂直度的檢測與控制，保證全程的垂直度誤差均在±1 %以內(nèi)。鉆孔深度范圍內(nèi)可能存在特殊的地質(zhì)條件，在本工程中則有粉狀土壤，此時(shí)先下入導(dǎo)管用于防護(hù)孔壁（以防粉塵泥沙混入孔內(nèi)，否則會造成堵塞），而后再繼續(xù)鉆孔，直至達(dá)到設(shè)定深度要求為止。鉆孔后清理內(nèi)部的巖粉等雜物，將孔內(nèi)沉渣厚度控制在許可范圍內(nèi)，并檢測孔位、孔深、孔徑等參數(shù)，確保各自均滿足要求。

4.4.2 安裝灌漿管道

鉆孔成型后，向其中安裝灌漿管道。道路橋梁施工環(huán)境復(fù)雜，若采用普通灌漿管道，容易受施工擾動等作用而損傷管材，如管壁出現(xiàn)裂縫，此時(shí)部分注入的漿液沿著裂縫向外流出，材料浪費(fèi)量增加，且注漿的密實(shí)性難以得到保證，影響最終的加固效果。為有效規(guī)避該類問題，在安裝灌漿管時(shí)采取防護(hù)措施，即在其外部包裹軟膠保護(hù)層用于緩沖，以免管壁與周邊孔洞直接接觸而破裂。灌漿管道鋪設(shè)至指定位置后，進(jìn)一步檢查鉆孔孔隙以及管道銜接部位的孔隙，對其采取填補(bǔ)處理措施，提升嚴(yán)密性。

4.4.3 拌制水泥砂漿

根據(jù)試驗(yàn)確定的配比選擇原材料，沿一個(gè)方向連續(xù)攪拌，制得均勻的混合料。攪拌時(shí)盡可能保持勻速，時(shí)間不短于30秒，其間觀察水泥砂漿的實(shí)際狀況，靈活調(diào)整攪拌速度，確保在攪拌全過程中均無砂漿離析、沉淀等質(zhì)量問題。遵循隨拌隨用的原則，將拌制好的水泥砂漿轉(zhuǎn)至現(xiàn)場，盡快投入使用，通常中途間歇時(shí)間在2小時(shí)以內(nèi)，否則砂漿易初凝或變質(zhì)。在本次公路橋梁隧道施工中，拌制原材料選用的是42.5硅酸鹽水泥、粒徑不超過3毫米的集料，并輔以適量水玻璃、粉煤灰等外加劑，借助此類材料提高砂漿的性能。

4.4.4 正式灌漿

灌漿施工量較大，為有秩序性推進(jìn)施工進(jìn)程，采取分區(qū)段灌漿的方法，單個(gè)區(qū)段的長度不大于50米。灌漿后，隨即采取封堵措施，避免漿液流出。按照自下而上的順序灌漿，在底處孔灌漿時(shí)，隨著漿液注入量的增加，氣體在漿液的推送作用下從高處孔排出，并在某時(shí)間節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)高處孔溢漿現(xiàn)象，此時(shí)隨即將底處孔封堵，再進(jìn)一步從高處孔開始注漿，迫使?jié){液向下推送，以保證注漿的飽滿性。注漿時(shí)，根據(jù)漿液的流動性、內(nèi)部鋼筋分布情況等靈活控制注漿壓力，但避免壓力異常波動。注漿遵循連續(xù)性原則，盡可能避免中途中斷。

在本工程中，采用的是分階段（兩次）灌漿的方法，首次為常壓注漿，從孔底開始逐步向上注入，待上孔溢出漿液后結(jié)束;經(jīng)12小時(shí)后再次安排注漿，此環(huán)節(jié)采取的是劈裂注漿的方法。第一、二次注漿時(shí)，漿液的水灰比不盡相同，分別為1∶0.5、1∶0.6。注漿時(shí)，根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況靈活調(diào)整注漿參數(shù)，保證注漿壓力、注漿量以及注漿時(shí)間的合理性。通常情況下，注漿壓力不大于1.2兆帕，若在施工期間遇到地表冒漿、串漿問題，則隨即予以防護(hù)，并對注漿方法做出調(diào)整，如采取間歇式注漿。注漿結(jié)束后，組織地基承載力的檢測工作，判斷注漿效果，實(shí)測值達(dá)到300千帕，滿足130千帕的要求。

4.4.5 灌漿孔封堵

灌漿壓力達(dá)到設(shè)定值后，仍需穩(wěn)壓灌注10 min，注漿量約為每分鐘10升，目的在于保證漿液注入的飽滿性。注漿后，隨即對注漿口做封堵處理。

5 結(jié)束語

綜上所述，在橋梁隧道施工過程中，由于其施工的復(fù)雜和特殊性，施工單位應(yīng)注意做好施工前的準(zhǔn)備工作，并嚴(yán)格注重各個(gè)施工環(huán)節(jié)以及施工參數(shù)的合理控制，通過應(yīng)用灌漿法加固技術(shù)，對其中的裂縫和基底進(jìn)行彌補(bǔ)和加固處理，從而提高其質(zhì)量和穩(wěn)定性，以此滿足當(dāng)今社會的交通運(yùn)輸需求，促進(jìn)社會經(jīng)濟(jì)的良好發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

[1]代家壯，連佳盛. 灌漿法在公路橋梁隧道施工中的運(yùn)用[J]. 建筑與預(yù)算，2021（11）：110-112.

[2]梁小軍. 灌漿法在公路橋梁隧道施工中的應(yīng)用[J]. 四川水泥，2017（4）：65.

[3]段志國. 隧道襯砌裂縫及滲漏病害治理技術(shù)研究[J]. 市政技術(shù)，2014，32（增刊1）：97-99，103.

[4]劉欣然，李兆平，張存，等. 考慮地層蠕變特性的盾構(gòu)隧道施工對鄰近橋樁影響和保護(hù)措施[J]. 中國安全生產(chǎn)科學(xué)技術(shù)，2021，17（10）：79-84.

[5]安柏合. 云南省楊柳至宣威高速公路施工關(guān)鍵施工技術(shù)方案[J]. 工程機(jī)械與維修，2021（4）：165-167.

[6]翟強(qiáng)，顧偉紅，頡芳弟. 基于SPA法的盾構(gòu)隧道施工鄰近橋梁安全評價(jià)[J]. 中國安全生產(chǎn)科學(xué)技術(shù)，2021，17（1）：129-135.