橋背注漿加固效果的檢測(cè)技術(shù)研究

徐召濱,譚 華

（江西省天馳高速科技發(fā)展有限公司,江西 南昌 330100）

0 引言

公路工程加強(qiáng)質(zhì)量管理離不開(kāi)相關(guān)檢測(cè)技術(shù)的研究和應(yīng)用，先進(jìn)適用的檢測(cè)技術(shù)和裝備引入公路工程，提高了檢測(cè)準(zhǔn)確性和操作效率，對(duì)保證工程質(zhì)量、施工效率以及工程經(jīng)濟(jì)性很有幫助。案例高速公路項(xiàng)目面臨大量的橋背回填作業(yè)量，為加強(qiáng)橋路過(guò)渡段的沉降控制質(zhì)量，在不同過(guò)渡段和施工階段分別采取鉆芯法、面波波速法、復(fù)灌法以及沉降檢測(cè)方法，進(jìn)行回填質(zhì)量狀態(tài)檢測(cè)。該文結(jié)合工程應(yīng)用，介紹了這四種檢測(cè)方法及其在橋背注漿加固評(píng)價(jià)中的應(yīng)用，希望對(duì)同類工程檢測(cè)應(yīng)用提供技術(shù)參考。

1 工程概況

某高速公路長(zhǎng)度33.87 km，包括70道通道或涵洞工程，23座路橋工程。因?yàn)樯降貤l件，往往橋臺(tái)基礎(chǔ)開(kāi)挖較深，致使橋背回填高度較大。因?yàn)榛靥盍腺|(zhì)量差異以及壓實(shí)度差異影響，橋路過(guò)渡段尤其橋背區(qū)域，難免發(fā)生工后沉降，造成路面銜接不順，形成跳車病害。為加強(qiáng)橋路過(guò)渡段的沉降控制，工程實(shí)施橋背注漿加固工藝。為保證注漿加固質(zhì)量效果，該工程加強(qiáng)了相關(guān)檢測(cè)技術(shù)研究和應(yīng)用。

2 橋背注漿加固效果檢測(cè)方法

案例橋背沉降控制由于工期限制，需要便捷、準(zhǔn)確、高效的檢測(cè)方法來(lái)評(píng)估注漿加固效果，常用的方法均各有適用范圍和優(yōu)缺點(diǎn)，例如灌砂法可用于回填施工中使用，但對(duì)于無(wú)黏結(jié)材料不適用；彎沉檢測(cè)方法僅于一定深度范圍有效；核子密度檢測(cè)方法雖然方便易用，但是儀器價(jià)格昂貴。該次檢測(cè)方法主要采用鉆芯法、面波檢測(cè)法、復(fù)灌檢測(cè)方法和沉降觀測(cè)法進(jìn)行注漿效果檢測(cè)[1]。

2.1 鉆芯法檢測(cè)

鉆芯法是在橋背回填體的特定位置選定檢測(cè)量點(diǎn)，利用地質(zhì)鉆機(jī)鉆芯取樣，并開(kāi)展抗壓強(qiáng)度檢測(cè)，以便準(zhǔn)確、直觀地評(píng)判加固效果。鉆芯法是考察橋背注漿加固功效的常用方法之一。然而鉆芯會(huì)導(dǎo)致局部破損，損傷回填體結(jié)構(gòu)，且受限于鉆芯位置和數(shù)量。由于在鉆進(jìn)過(guò)程中機(jī)器的擾動(dòng)，芯樣質(zhì)量也可能受到影響，因此難以廣泛應(yīng)用。在大莊中橋江岸和彭家河中橋的近水岸2個(gè)檢測(cè)點(diǎn)，以雙管單動(dòng)鉆芯法，對(duì)內(nèi)（ZK1，ZK3）和外（ZK2，ZK4）的搭板分別進(jìn)行檢測(cè)，鉆4個(gè)檢測(cè)孔，總共鉆進(jìn)28.50 m，操作過(guò)程及芯樣情況見(jiàn)表1所示[2]。

表1 操作過(guò)程及芯樣情況記錄表

表1資料顯示：

（1）級(jí)配碎石回填的橋背比巖屑回填的功效好。是因?yàn)榧?jí)配碎石的間隙率大，漿液填充和擴(kuò)散效果更好。

（2）級(jí)配碎石料與粉煤灰水泥漿液復(fù)合料的強(qiáng)度優(yōu)于巖屑水泥漿液膠結(jié)料的強(qiáng)度。這是因?yàn)榇旨嫌斜容^大的強(qiáng)度，再由水泥粉煤灰漿液進(jìn)一步膠結(jié)后，有更好的穩(wěn)定性和更大的強(qiáng)度。芯樣抗壓強(qiáng)度顯示，級(jí)配碎石回填料能夠降低灌注體與橋臺(tái)材料間的剛度差，有助于克服跳車病害。

（3）鉆芯分布顯示，灌注深度范圍內(nèi)漿液分布情況不同，可能因不均勻壓實(shí)所致。在結(jié)構(gòu)松散區(qū)域，則相對(duì)容易漿液注入，而在緊密區(qū)域，漿液較難充填。

（4）底部芯樣的質(zhì)量不足，但顯示注漿已貫穿設(shè)計(jì)深度，說(shuō)明注漿材料和注入壓力合適。

（5）水泥粉煤灰漿液的早期強(qiáng)度比較低，取芯過(guò)程損壞粗集料與漿液之間的黏結(jié)力，從而影響了取芯效果。

2.2 面波波速法檢測(cè)

面波又稱瑞利波，是體波探測(cè)中的一種干擾波，可以在地面以下數(shù)米至數(shù)十米范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)介質(zhì)狀態(tài)檢測(cè)。一個(gè)時(shí)期以來(lái)，面波波速探測(cè)技術(shù)的工程應(yīng)用多，具有易于操作、快速高效、原地檢測(cè)、無(wú)損檢測(cè)、安全可靠等優(yōu)點(diǎn)。

該次橋背注漿功效檢測(cè)采取面波頻譜分析法（SASW）。應(yīng)用SWS面波儀，配置有12道垂向檢波器，檢波器間距0.50 m，偏移距0.50~3.00 m，取樣間隔0.25 ms，取樣點(diǎn)數(shù)2 048個(gè)。激發(fā)波源由16磅錘人工錘擊3~5次產(chǎn)生。

通過(guò)在檢測(cè)點(diǎn)附近地面用錘擊產(chǎn)生瞬態(tài)震源，使震動(dòng)以波的形式傳播到檢測(cè)體內(nèi)，因空洞、壓密均勻性、密實(shí)度等不同性質(zhì)，產(chǎn)生相應(yīng)的回波并為檢波器所接收。經(jīng)過(guò)濾波、放大等信號(hào)處理，可以在不同深度范圍內(nèi)獲得回填體面波波速。速度越快，則回填體的密實(shí)度越好?？赏ㄟ^(guò)室內(nèi)試驗(yàn)，獲得最優(yōu)壓密狀態(tài)下回填材料的波速狀態(tài)，將現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)波速與試驗(yàn)獲得的優(yōu)化波速進(jìn)行比較，就能夠揭示檢測(cè)路基的壓實(shí)度狀態(tài)。

2.2.1 巖土質(zhì)與面波波速影響關(guān)系

不同類型填充材料與面波波速影響關(guān)系如表2所示[3]：

表2 巖土質(zhì)與面波波速影響關(guān)系

2.2.2 面波檢測(cè)結(jié)果

（1）染坊橋檢測(cè)結(jié)果。染坊橋墊江岸分為左右兩線，注漿前和注漿后7 d于相同位置開(kāi)展面波檢測(cè)。左線墊江岸共設(shè)4條測(cè)線，右線墊江岸設(shè)3條測(cè)線。通過(guò)比較右線墊江岸注漿前后測(cè)試結(jié)果發(fā)現(xiàn)，波速與深度正相關(guān)，注漿后波速大幅提升，回填各層注漿前的最低平均波速在117 m/s，注漿后在354 m/s，各層注漿前的最高平均波速在396 m/s，注漿后在1 070 m/s。表明注漿形成良好的填充和加固功效。左線注漿后，橋背回填體的各測(cè)量層的平均波速也提升很大，表明漿液可以有效填充回填體孔隙，注漿發(fā)揮了加固功效。

（2）彭家河中橋檢測(cè)結(jié)果。近水岸，注漿前和注漿后7 d，相同位置開(kāi)展面波檢測(cè)。檢測(cè)共配置測(cè)線4條。注漿后檢測(cè)各層的平均波速幾近500 m/s，已經(jīng)達(dá)到了堅(jiān)硬土波速標(biāo)準(zhǔn)。波速與深度正相關(guān)，注漿后波速顯著提高，表明注漿有良好的填充和加固功效。

（3）大莊左線中橋檢測(cè)。在墊江岸橋背共配置了2條測(cè)線，測(cè)試結(jié)果顯示，注漿前后波速有了比較大的提高。表明未壓實(shí)間隙被漿液填充較好，松散碎石體得到固化，從而達(dá)到加固目的。波速與深度正相關(guān)，注漿后波速有了顯著提高，顯示注漿具備良好的填充和加固功效。

2.3 復(fù)灌法檢測(cè)

復(fù)灌法是通過(guò)比較注漿前后的噴涌量來(lái)評(píng)估注漿功效的檢測(cè)方法。基于相同壓力，各測(cè)孔注漿量與相鄰3個(gè)注漿孔的注漿量均值進(jìn)行比較，比率一般≤30%即為注漿效果符合要求；否則需要給予補(bǔ)灌。復(fù)灌法檢測(cè)結(jié)果詳見(jiàn)表3所示[4]。

表3 注漿效果復(fù)灌法檢測(cè)

表3數(shù)據(jù)顯示，各橋臺(tái)復(fù)灌檢測(cè)孔的注漿量與相鄰孔平均注漿量的差異最小為8.30%，最大為14.60%，平均為11.30%。這符合≤30%標(biāo)準(zhǔn)，說(shuō)明注漿質(zhì)量符合質(zhì)量要求。復(fù)灌量低于鄰孔注漿量，顯示之前注漿有效充填了結(jié)構(gòu)孔隙，注漿效果較好。

2.4 沉降檢測(cè)

沉降板底座鋼板制成規(guī)格為600 mm×600 mm×10 mm，考慮這樣的底座埋入回填體，有可能會(huì)給鉆孔帶來(lái)不利影響，因此采用類比原則，在鄰近大莊中橋右線的墊江岸橋背采用相同回填料和工藝設(shè)立試驗(yàn)段，出于對(duì)比分析的需要，進(jìn)行了前期沉降檢測(cè)。沉降板需分兩批進(jìn)行埋設(shè)，位置見(jiàn)圖1所示。試驗(yàn)段鋪設(shè)完畢后對(duì)左線、右線墊江岸均進(jìn)行觀測(cè)，以便于功效比較。

圖1 沉降板配置示意

檢測(cè)結(jié)果顯示，測(cè)點(diǎn)S1~S3在回填級(jí)配碎石后，經(jīng)過(guò)40 d時(shí)間，基本完成橋背回填體的固結(jié)沉降，沉降總量約在40.00 mm。測(cè)點(diǎn)S4~S6經(jīng)過(guò)80 d時(shí)間，也基本完成了回填體的固結(jié)沉降，沉降總量約15.00 mm。半年后，注漿橋背幾乎再未沉降，而可對(duì)比的另外兩處注漿橋背卻發(fā)生了輕微的沉降。

3 橋背注漿加固效果評(píng)價(jià)

3.1 檢測(cè)點(diǎn)Ⅰ的注漿效果評(píng)價(jià)

檢測(cè)點(diǎn)Ⅰ即染坊橋左線墊江岸檢測(cè)點(diǎn)。面波波速檢測(cè)顯示，完成注漿后，測(cè)線1~4波速分別提高43.80%、111.50%、105.90%、110.70%，增強(qiáng)幅度69.00%~202.50%。通過(guò)注漿處理，回填體獲得改善，中軟土轉(zhuǎn)變?yōu)橹杏餐?，中硬土轉(zhuǎn)變?yōu)閳?jiān)硬土。復(fù)灌檢測(cè)中，3個(gè)檢測(cè)孔的復(fù)灌率分別是13.90%、8.30%和9.40%，均滿足≤30%的最低要求。并且注漿壓力增長(zhǎng)較快，顯示前期注漿的填充功效較好。檢測(cè)結(jié)果顯示，該檢測(cè)點(diǎn)的橋背注漿加固效果符合設(shè)計(jì)要求。開(kāi)放交通1年后，注漿加固段的路況一直較好，未發(fā)生沉降。

3.2 檢測(cè)點(diǎn)Ⅱ的注漿效果評(píng)價(jià)

檢測(cè)點(diǎn)Ⅱ即染坊橋右線墊江岸檢測(cè)點(diǎn)。面波波速檢測(cè)顯示，注漿后測(cè)線1~3，波速分別增強(qiáng)147.30%、151.50%、198.00%；各層波速增幅在136.10%~223.10%。經(jīng)注漿加固后，原中軟土達(dá)到了堅(jiān)硬土標(biāo)準(zhǔn)，個(gè)別區(qū)域甚至達(dá)到巖石標(biāo)準(zhǔn)。顯示注漿大大增加了土體的剛度、穩(wěn)定性和抗形變能力。復(fù)灌率分別在13.20%、11.60%、9.20%，符合設(shè)計(jì)質(zhì)量要求。并且注漿壓力增長(zhǎng)較快，顯示前期注漿的填充功效較好。檢測(cè)結(jié)果顯示，該檢測(cè)點(diǎn)的橋背注漿加固效果符合設(shè)計(jì)要求。開(kāi)放交通1年后，注漿加固段的路況一直較好，未發(fā)生路面沉降，橋路過(guò)渡段“跳車”現(xiàn)象基本得到控制。

3.3 檢測(cè)點(diǎn)Ⅲ的注漿效果評(píng)價(jià)

檢測(cè)點(diǎn)Ⅲ即彭家河中橋近水岸檢測(cè)點(diǎn)。取芯得知，雖然孔深范圍內(nèi)漿液分布存在個(gè)別區(qū)域不均勻，但孔深范圍均填充了漿液，表明注漿功效較好。注漿功效呈搭板內(nèi)優(yōu)于搭板外的特點(diǎn)，利于橋路過(guò)渡段剛?cè)徇^(guò)渡。面波檢測(cè)顯示，注漿加固后測(cè)線1~3的波速，分別增強(qiáng)256.10%、135.70%、150.30%、121.30%。各層波速增幅在128%~280%。波速提高明顯，顯示注漿彌補(bǔ)了前期的壓實(shí)度不足，土體達(dá)到堅(jiān)硬土標(biāo)準(zhǔn)。復(fù)灌注漿壓力提高很快，表明漿液填充效果良好。檢測(cè)結(jié)果顯示，該檢測(cè)點(diǎn)的橋背注漿加固效果符合設(shè)計(jì)要求。開(kāi)放交通1年后，注漿加固段的路況一直較好，未發(fā)生路面沉降，橋路過(guò)渡段“跳車”現(xiàn)象基本得到控制。

3.4 檢測(cè)點(diǎn)Ⅳ的注漿效果評(píng)價(jià)

檢測(cè)點(diǎn)Ⅳ即大莊中橋左線墊江岸檢測(cè)點(diǎn)。取芯得知，雖然孔深范圍內(nèi)漿液分布存在個(gè)別區(qū)域不均勻，但孔深范圍均填充了漿液，并且漿液在級(jí)配碎石填充料中的填充功效良好，具有較高的抗壓強(qiáng)度。注漿功效呈搭板內(nèi)優(yōu)于搭板外的特點(diǎn)，滿足設(shè)計(jì)要求。面波檢測(cè)顯示，注漿加固后測(cè)線1~2的波速分別增強(qiáng)了65.60%、83.50%，平均波速增幅63.60%~110.10%。波速前后的變化表明，注漿前已經(jīng)具有較好的壓實(shí)度，但注漿后獲得了進(jìn)一步強(qiáng)化，回填體達(dá)到堅(jiān)硬土標(biāo)準(zhǔn)。3個(gè)檢測(cè)孔的復(fù)灌率分別在14.60%、12.70%、12.70%，符合設(shè)計(jì)要求。復(fù)灌注漿壓力提高很快，表明漿液填充效果良好。檢測(cè)結(jié)果顯示，該檢測(cè)點(diǎn)的橋背注漿加固質(zhì)量很高，有效地增強(qiáng)了回填體剛度。開(kāi)放交通1年后，注漿加固段的路況一直較好，也未發(fā)生路面沉降，橋路過(guò)渡段“跳車”現(xiàn)象基本得到控制。

4 結(jié)語(yǔ)

該文結(jié)合公路工程案例，對(duì)橋背注漿效果評(píng)測(cè)所適用的檢測(cè)技術(shù)進(jìn)行了研究。介紹了所應(yīng)用的鉆芯法、面波波速法、復(fù)灌法以及沉降檢測(cè)方法；對(duì)檢測(cè)方法進(jìn)行了優(yōu)劣勢(shì)比較；介紹了工程應(yīng)用這些方法所形成的橋背注漿加固效果評(píng)價(jià)，包括橋背注漿加固Ⅰ~Ⅳ檢測(cè)點(diǎn)的注漿效果評(píng)價(jià)。雖然幾種方法均適用于注漿加固效果檢測(cè)分析，但比較而言，面波波速檢測(cè)法的操作性、檢測(cè)效率、經(jīng)濟(jì)性相對(duì)更好。