灌漿法在公路橋梁隧道工程施工中的應(yīng)用分析

魏瑤瑤、程鵬、王亞風(fēng)

（1.商洛學(xué)院，陜西 商洛 726000；2.陜西交控通宇交通研究有限公司，陜西 西安 710118）

0 引言

公路橋梁隧道是公路交通系統(tǒng)的重要組成部分，它們承受著復(fù)雜的荷載和環(huán)境作用，容易出現(xiàn)各種病害和損壞，如裂縫、滲漏、沉降、空洞等，影響其安全性和耐久性，甚至影響出行人員和車輛的安全。因此，對公路橋梁隧道進(jìn)行有效的加固和修復(fù)，是保障公路交通暢通和安全的重要措施。灌漿法是一種常用的公路橋梁隧道加固和修復(fù)技術(shù)，其通過將水泥漿或其他材料以一定壓力注入地基或結(jié)構(gòu)中，使其充填裂縫或空洞，從而增強(qiáng)地基或結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和剛度，改善其抗?jié)B和抗凍能力，延長公路橋梁隧道使用壽命。

1 灌漿法的基本原理、分類和特點(diǎn)

1.1 灌漿法的基本原理

灌漿法的基本原理是利用高壓將水泥漿或其他材料注入地基或結(jié)構(gòu)中，使其充填裂縫或空洞，并與原有材料發(fā)生物理或化學(xué)作用，從而形成一個整體，達(dá)到改善地基或結(jié)構(gòu)性能的目的[1]。灌漿法的效果主要取決于以下幾個方面：一是灌漿材料的性能，包括流動性、凝結(jié)時(shí)間、強(qiáng)度、膨脹性、抗?jié)B性、耐久性等。二是灌漿壓力的大小和分布，其影響灌漿材料在地基或結(jié)構(gòu)中的擴(kuò)散范圍和充填程度。三是灌漿孔的位置和間距，其影響灌漿材料在地基或結(jié)構(gòu)中的覆蓋面積和重疊程度。四是地基或結(jié)構(gòu)的性質(zhì)和狀態(tài)，包括裂縫或空洞的形狀、大小、方向、數(shù)量、分布等。

1.2 灌漿法的分類

根據(jù)灌漿材料的不同，灌漿法可以分為水泥灌漿、化學(xué)灌漿和其他灌漿等。水泥灌漿是指以水泥為主要成分，加入適量水和其他外加劑制成的灌漿材料。水泥灌漿具有成本低、強(qiáng)度高、抗?jié)B好等優(yōu)點(diǎn)，是最常用的一種灌漿材料。根據(jù)水泥類型和外加劑種類，水泥灌漿又可以分為普通水泥灌漿、膨脹水泥灌漿、硫鋁酸鹽水泥灌漿、硅酸鹽水泥灌漿等?；瘜W(xué)灌漿是指以化學(xué)物質(zhì)為主要成分，通過化學(xué)反應(yīng)生成固體或凝膠狀物質(zhì)的灌漿材料。化學(xué)灌漿具有流動性好、凝結(jié)時(shí)間可控、適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，適用于低滲透性或微裂縫的地基或結(jié)構(gòu)。根據(jù)化學(xué)物質(zhì)的不同，化學(xué)灌漿又可以分為硅酸鹽化學(xué)灌漿、聚合物化學(xué)灌漿、有機(jī)硅化學(xué)灌漿等。其他灌漿是指除了水泥和化學(xué)物質(zhì)以外的其他類型的灌漿材料，如瀝青灌漿、玻璃纖維增強(qiáng)塑料（GFRP）灌漿、碳纖維增強(qiáng)塑料（CFRP）灌漿、水玻璃灌漿等。這些灌漿材料具有特殊的性能和用途，適用于特定的工程條件和要求。

根據(jù)不同的灌漿目的，灌漿法可以分為加固灌漿、防滲灌漿和填充灌漿等。加固灌漿是指為提高地基或結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和剛度，增加其抗變形和抗破壞能力而進(jìn)行的灌漿。加固灌漿一般采用水泥或化學(xué)灌漿材料，要求具有較高的強(qiáng)度和膨脹性，以便與原有材料牢固結(jié)合。加固灌漿適用于地基或結(jié)構(gòu)存在裂縫、空洞、沉降、變形等病害的情況。防滲灌漿是指為了阻止地下水或其他液體對地基或結(jié)構(gòu)造成滲透和侵蝕而進(jìn)行的灌漿。防滲灌漿一般采用化學(xué)或其他灌漿材料，要求具有較好的流動性和抗?jié)B性，以便充分填充裂縫或空洞，并與原有材料形成密閉的屏障。防滲灌漿適用于地基或結(jié)構(gòu)存在滲漏、腐蝕、凍脹等病害的情況。填充灌漿是指為了填補(bǔ)地基或結(jié)構(gòu)中的空隙或空間而進(jìn)行的灌漿。填充灌漿一般采用水泥或其他灌漿材料，要求具有較好的流動性和穩(wěn)定性，以便充分填充空隙或空間，并與原有材料形成均勻的整體。填充灌漿適用于地基或結(jié)構(gòu)存在空隙、空間、不均勻等問題的情況。

1.3 灌漿法的特點(diǎn)

灌漿法作為一種公路橋梁隧道工程施工技術(shù)，具有以下幾個特點(diǎn)：

一是操作簡便。灌漿法只需要簡單的設(shè)備和工具，如鉆機(jī)、泵、管道、噴嘴等，不需要復(fù)雜的施工機(jī)械和人員，操作過程也比較簡單，只需按照設(shè)計(jì)要求鉆孔、制備漿液、注入漿液、封堵孔口等步驟進(jìn)行。

二是成本低廉。灌漿法所需的材料和設(shè)備都比較廉價(jià)，施工時(shí)間也比較短，不需要大量的人力和物力投入，因此施工成本相對較低。

三是效果顯著。灌漿法可以有效地改善地基或結(jié)構(gòu)中存在的各種病害，提高其性能和壽命，同時(shí)也可以改善其外觀和美觀度，達(dá)到預(yù)期的施工效果。

四是適應(yīng)性強(qiáng)。灌漿法可以根據(jù)不同的地基或結(jié)構(gòu)、性質(zhì)、狀態(tài)和病害情況，選擇不同的灌漿材料、灌漿壓力、灌漿孔位和灌漿方法，以適應(yīng)不同的工程條件和要求，具有較強(qiáng)的靈活性和通用性。

2 灌漿法在公路橋梁隧道工程施工中的應(yīng)用要點(diǎn)和技術(shù)措施

2.1 灌漿法在路基邊坡加固中的應(yīng)用

路基邊坡是公路工程中重要的組成部分，它承受著車輛荷載、地震作用、風(fēng)雨侵蝕等多種因素的影響，容易出現(xiàn)滑坡、崩塌、裂縫等病害，危及公路的安全運(yùn)營[2]。為了加固路基邊坡，提高其穩(wěn)定性和安全性，可以采用灌漿法進(jìn)行處理。灌漿法在路基邊坡加固中主要是填充邊坡中的裂縫或空洞，增加邊坡的整體性和抗剪強(qiáng)度，減少邊坡的變形和位移，防止邊坡的滑動和崩塌。

施工時(shí)，確保設(shè)施器材的材料充足，重點(diǎn)做好試驗(yàn)工作，修整灌漿壓力、漿體蔓延的半徑、孔距和排距后，及時(shí)跟進(jìn)孔距施工放樣至實(shí)地調(diào)查。依據(jù)現(xiàn)場作業(yè)必要條件、地質(zhì)構(gòu)造和方式等施工程序，選用從內(nèi)向外的形式開展。流程依照引孔—放置注漿管—攪漿—待凝—注漿加固。

引孔鉆頭(φ110mm)瞄準(zhǔn)孔距后，選用沖擊性引孔的方式鉆入。在雜土中鉆入時(shí)，若孔周圍動搖，可開入套管護(hù)壁；當(dāng)鉆入污泥或淤泥質(zhì)土和粉、細(xì)砂時(shí)，倒入套管護(hù)壁，隨后選用撈砂筒取砂引孔的方式直至下臥黏性土壤層。攪漿要往攪拌漿筒內(nèi)灌入設(shè)定水量并啟動攪漿機(jī)，再慢慢添加42.5#普通硅酸鹽水泥直至規(guī)定的用量，攪勻3～5min 后把漿體根據(jù)濾網(wǎng)流進(jìn)儲漿筒內(nèi)待灌。

2.2 灌漿法在路面裂縫和空洞修復(fù)中的應(yīng)用

路面是公路工程中直接承受車輛荷載和環(huán)境作用的部分，它的質(zhì)量和性能直接影響公路的平順性和舒適性[3]。由于各種原因，路面容易出現(xiàn)裂縫和空洞等病害，如不及時(shí)修復(fù)，會導(dǎo)致路面進(jìn)一步破壞，甚至引發(fā)交通事故。為了修復(fù)路面裂縫和空洞，提高路面的整體性和耐久性，可以采用灌漿法進(jìn)行處理。灌漿法在路面裂縫和空洞修復(fù)中主要是填充路面中的裂縫或空洞，增加路面的密實(shí)度和強(qiáng)度，改善路面的抗?jié)B和抗凍能力，延長路面的使用壽命。

按照固結(jié)灌漿修補(bǔ)技術(shù)應(yīng)用原理，做好工程材料、工程設(shè)備及其施工隊(duì)伍準(zhǔn)備工作。做好灌漿方式及施工技術(shù)交底作業(yè)，同時(shí)還要在確保灌漿修補(bǔ)品質(zhì)的同時(shí)，做好相關(guān)安全防范工作。對注漿相關(guān)工作人員進(jìn)行崗位培訓(xùn)，使其把握注漿材料性能和特點(diǎn)，掌握準(zhǔn)確的工程施工工藝及流程。針對兩邊產(chǎn)生裂紋的公路網(wǎng)，需將殘留的水泥砂漿、油跡等雜質(zhì)清洗干凈，而且需要采用高濃度有機(jī)溶液對縫隙兩邊進(jìn)行清潔，在清除粉塵的同時(shí)，能夠確?？p隙處干燥。完成清潔后，針對公路網(wǎng)產(chǎn)生裂紋的區(qū)域要順著縫隙的方向進(jìn)行挖除，直至新混凝土裸露。需要注意的是，針對裸露的建筑鋼筋，一旦出現(xiàn)腐蝕，要進(jìn)行防銹處理；一旦出現(xiàn)斷裂狀況，要施焊，而且在施工完畢之后要進(jìn)行雜物的清潔。最后應(yīng)向縫隙內(nèi)灌進(jìn)碎石子，并確保其壓實(shí)。對縫隙表層處理完畢之后，要進(jìn)行固結(jié)灌漿嘴埋設(shè)，埋設(shè)間隔在35～40cm 上下。固結(jié)灌漿嘴埋設(shè)的基本原則為寬縫可稀、窄縫可密，所有縫隙必須留有進(jìn)漿孔和排氣口。在固結(jié)灌漿嘴開展埋設(shè)時(shí)，還要先抹一層約1mm 的環(huán)氧泥封邊膠。為了確保固結(jié)灌漿的品質(zhì)，還要采用有效的方法對縫隙進(jìn)行密閉處理。

2.3 灌漿法在結(jié)構(gòu)物裂縫和滲漏治理中的應(yīng)用

結(jié)構(gòu)物是指公路橋梁隧道工程中的各種構(gòu)件和設(shè)施，如橋墩、橋臺、梁板、涵洞、隧道襯砌等，它們是承擔(dān)荷載和傳遞力的重要部分，其質(zhì)量和性能直接影響工程的安全性和耐久性。由于各種原因，結(jié)構(gòu)物容易出現(xiàn)裂縫和滲漏等病害，如不及時(shí)治理，會導(dǎo)致結(jié)構(gòu)物的損壞和失效，甚至引發(fā)災(zāi)難性的后果。為了治理結(jié)構(gòu)物裂縫和滲漏，提高結(jié)構(gòu)物的整體性和抗?jié)B性，可以采用灌漿法進(jìn)行處理。灌漿法在結(jié)構(gòu)物裂縫和滲漏治理中是填充結(jié)構(gòu)物中的裂縫或空洞，增加結(jié)構(gòu)物的密實(shí)度和強(qiáng)度，改善結(jié)構(gòu)物的抗?jié)B和抗凍能力，延長結(jié)構(gòu)物的使用壽命。

結(jié)構(gòu)物縫隙堵漏步驟：聚氨酯類材料縫隙堵漏工序：打孔—洗孔安裝使用止水針管(密封器)—泵水清洗—用丙酮更換水量注漿加固。在縫隙兩邊交疊擺放，斜穿深度50cm，交叉式孔間距15cm 的縫隙，打孔與洞壁的傾斜角呈45°進(jìn)行作業(yè)。洗孔：打孔后，用水沖洗孔內(nèi)的粉末，待水凈無粉末狀就可以。安裝使用止水針頭(密封器)：對打孔的孔眼開展封口。用壓力水對打孔及裂縫進(jìn)行清洗，查驗(yàn)縫隙上注漿嘴是否有勾連及注漿嘴周圍是否漏水；混凝土縱向縫隙(包含斜縫)注漿應(yīng)由下而上開展。注漿前先使用丙酮更換出孔內(nèi)的水，灌漿壓力為0.3～0.5MPa，注漿延續(xù)時(shí)間≥5min，如果不注漿，就可以挪到下一孔開展灌入，直到整個縫隙填滿漿材；注漿加固及洞壁縫面消除，然后拆卸止水針頭(密封器)，消除洞壁穩(wěn)固的填縫膠材料，用水泥漿對孔眼開展刮平。

2.4 灌漿法在隧道襯砌背后空洞填充和防水中的應(yīng)用

隧道襯砌是隧道工程的重要組成部分，它起著支撐和保護(hù)隧道洞身的作用，其質(zhì)量和性能直接影響隧道的安全性和耐久性。由于各種原因，隧道襯砌背后容易出現(xiàn)空洞或滲漏等病害，如不及時(shí)處理，會導(dǎo)致隧道襯砌的損壞和失效，甚至引發(fā)隧道坍塌等嚴(yán)重后果[4]。為了填充隧道襯砌背后空洞和防止隧道襯砌滲漏，可以采用灌漿法進(jìn)行處理。

隧道襯砌施工縫包含橫向施工縫和豎向施工縫，主要是因?yàn)閾鯄υ谑┕み^程中混凝土不可以一次性連續(xù)澆筑太長，要采用分階段作業(yè)并設(shè)立作業(yè)接縫處。施工縫處理得好與壞將會直接影響到隧道工程施工的防水質(zhì)量與使用期限。因而，一定要切實(shí)做好施工縫的防水施工?，F(xiàn)階段，隧道襯砌施工縫防水的常見的設(shè)備有止水條和膨脹橡膠條等。止水條的安放方法通常分為埋入式與外貼式兩種，埋設(shè)在擋墻混凝土中可以防止漏水穿透擋墻進(jìn)入隧道。膨脹橡膠條遇水膨脹能夠堵塞混凝土之間的間隙，防止漏水的功效。隧道襯砌施工縫作業(yè)環(huán)境比較復(fù)雜，在隧道工程施工運(yùn)營中，遭到圍巖應(yīng)力、水壓力和隧道工程施工變形等多種因素影響，從而造成隧道工程施工縫出現(xiàn)漏水的緣由也比較復(fù)雜。

依據(jù)現(xiàn)有研究與數(shù)據(jù)顯示，隧道工程施工出現(xiàn)漏水的重要情況如下：

一是因?yàn)榇嬖诘乇硭娜霛B。隧道工程施工場地比較復(fù)雜，往往建造于地表水中，而地表水受重力作用在巖體中入滲，對隧道襯砌和地面防水造成一定的水壓力。假如地面防水因?yàn)槟承┣闆r發(fā)生損壞，地表水在高壓影響下，在地面防水和二次襯砌相互間竄流，給隧道工程施工二次襯砌生成一定的水壓力負(fù)荷。受水壓的影響，滲入的地表水試圖將防水的瑕疵增大，最終引起水流量通道發(fā)生漏水。

二是擋墻中水流量通道的出現(xiàn)。隧道襯砌施工縫水流通道主要是因?yàn)槭┕すに嚭头浪胧┳龅貌坏轿?，?dǎo)致?lián)鯄κ┕たp混凝土黏結(jié)能力較差、止水條和止水橡膠條等相關(guān)材料與混凝土黏結(jié)能力較差，還有施工縫處防水設(shè)備的損壞。這一系列問題在高壓水作用下，很容易造成隧道工程施工出現(xiàn)滲漏問題。

3 灌漿法發(fā)展趨勢

隨著公路橋梁隧道工程施工技術(shù)的發(fā)展和創(chuàng)新，灌漿法在不斷地改進(jìn)和完善，其發(fā)展趨勢主要表現(xiàn)在以下兩個方面：

一是灌漿材料的多樣化和高性能化。灌漿材料是灌漿法的核心要素，其性能直接影響灌漿效果和質(zhì)量。隨著新材料的研發(fā)和應(yīng)用，灌漿材料將更加多樣化和高性能化，以滿足不同的工程需求和條件。例如，高強(qiáng)度、高流動性、高膨脹性、高耐久性、高抗?jié)B性等特殊性能的灌漿材料將更加廣泛地應(yīng)用于公路橋梁隧道工程施工中。

二是灌漿設(shè)備的智能化和自動化。灌漿設(shè)備是灌漿法的重要組成部分，其性能直接影響灌漿效率和安全性。隨著信息技術(shù)和控制技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，灌漿設(shè)備將更加智能化和自動化，以提高灌漿精度和速度。例如，智能鉆孔機(jī)、智能泵、智能閥門、智能監(jiān)測系統(tǒng)等將廣泛地應(yīng)用于公路橋梁隧道工程施工中。

4 結(jié)語

灌漿法是一種應(yīng)用高壓將水泥砂漿或其他材料灌入地基及結(jié)構(gòu)中的專業(yè)技術(shù)，在公路橋梁隧道工程施工中具有很廣泛的應(yīng)用。灌漿法有著操作方便、成本較低、成效顯著、適應(yīng)能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，是一種性價(jià)比較高的施工方式。隨著國家戰(zhàn)略性工程的啟動和推進(jìn)，公路橋梁隧道工程建設(shè)不斷深入，注漿技術(shù)作為改良地質(zhì)的最直接手段，必將在工程實(shí)踐中進(jìn)一步深化注漿理論、開發(fā)注漿相關(guān)材料、優(yōu)化注漿工藝、升級注漿設(shè)備、完善注漿效果檢驗(yàn)，以更好的注漿質(zhì)量、更快的注漿速度，承擔(dān)新的重任，迎接新的挑戰(zhàn)。