砂砾石注浆在某水库1号桥基础加固中的应用

李 鹤

（新疆水利水电勘测设计研究院 新疆乌鲁木齐830000）

1 工程情况概述

某水库1号桥位于该水库库区内，采用两跨连续布置，其中第一跨长18m，第二跨长45m，桥面净宽3.7m，设计荷载汽—15，上部结构采用“321”两排单层加强型装配式钢桥，下部结构采用重力式桥台和桥墩。2009年5月，水库蓄水试运行，10 d后，发现该桥左岸桥台顶部向上游倾斜15cm，桥面钢板出现变形。

2 工程地质条件

1号桥位于某河流断陷盆地东部，桥址处水面宽约20 m，水流顺直，左岸桥台位于左岸Ⅱ级阶地上，距河岸边20～25m，表层为8～10 m冲积砂卵砾石层，砂卵砾石层以2～8cm为主，个别10～15cm，砂含量约占15%～20%，结构较松散，桥台大部分基础坐落于砂卵砾石层上，砂卵砾石天然密度2.23g/cm3，比重2.71g/cm3，紧密容重2.3g/cm3，承载力为300～350 kPa，在桥台下游近河（右下角）拐角局部基础座于基岩上，其中顺河方向2.7m，横向0.7m，下伏基岩为红褐色巨厚层砾岩，岩石坚硬，其承载力为1～2MPa。

3 桥台倾斜原因分析

左岸桥台高9m，下部基础长8m，宽7.325m，根据地质资料分析，桥台下游近河（右下角）拐角局部基础坐于基岩上，其余均坐落于砂砾石上，由于基础范围内地基承载力不均匀，且砂砾石基础承载力不足，所以在水库蓄水后，桥台发生不均匀沉降，向上游倾斜，桥台倾斜示意图见图1。

图1 桥台倾斜示意图

4 处理方案研究

对于已经建成桥梁基础的不均匀沉降问题的处理，目前国内一般有两种处理办法：一是对桥台基础压注水泥浆液，加固基础，提高基础地基承载力；二是高压喷射灌浆。第一种方法施工较简单，适用于地基颗粒较大的地层，第二种方法施工需要专用机械设备，适用于地基颗粒较小的土体地层[1]。根据地质提供的资料，左岸桥台基础地层颗粒较大，砾石含量较多，所以左岸桥台的加固最终考虑采用第一种方法。

5 注浆原理、方法及施工工艺

5.1 注浆原理

砂砾石注浆的原理是利用液压、气压将水泥浆注人桥台基础土体之内，浆液在桥台基础内发生劈裂，浆液沿裂隙被压入土体，置换和挤压土体孔隙；浆液以渗流或紊流的方式压入桥台基础土体孔隙并将土体切割成不规则的块体，在块体之间形成互相穿插的胶状水泥结石；土体又受到充填浆液时的压缩，形成一种复合型岩土，可极大地提高桥台基础的承载力，防止或减弱桥台再下沉，以满足桥台地基承载力要求[2]。

5.2 注浆孔布置

注浆孔在平面布置上分为内排孔、外排孔和补强孔。内排孔沿桥台周边布置，为斜孔，向桥台内侧倾斜，与竖直方向夹角为10o，外排孔位于内排孔外侧，与内排孔间距1.5m，外排孔为竖直孔。为确保注浆效果，在桥台发生沉降一侧增设补强孔，补强孔位于外排孔外侧，与外排孔间距0.75m，也为竖直孔。在时间上，外排孔、内排孔和补强孔均分为两序先后施工，即奇数孔为一序孔，偶数孔为二序孔，先施工一序孔，再施工二序孔。见图2。

图2 注浆孔布置示意图

5.3 注浆材料

注浆材料的选择主要从三个方面考虑：一是适应快速修补的需要，凝结固化时间短，早期强度要来得快；其次是要满足压力注浆设备的需要，操作简捷，有较好的流动性；三是从经济指标分析，具有可适用价值。注浆材料可利用早强水泥浆，采用超早强水泥浆液进行施工。根据本工程实际情况，注浆材料采用水泥水玻璃浆，水玻璃（40°Be）与水泥浆（水灰比为 0.75：1～1：1）的体积比为1：2.5，水泥浆试块强度应大于M20。

浆液采用现场搅拌，并在出浆口设置筛网过滤颗粒杂质，以利压浆能顺利进行（根据不同情况，必要时也可采用纯水泥浆液）[3]。

5.4 注浆顺序

注浆采用自上而下分段进行，每段长为1m，将拌好的浆液从密封的注浆口压入水泥浆液，浆液体在压力作用下会快速压入土体空隙部位。单个注浆孔结束标准：注浆压力逐步升高，达到设计终压，进浆量在2L/min以下，并持续时间15min（稳压）以上方可结束。施工时可根据实际情况合理调整施工参数。在注浆范围内，注浆顺序由外往内进行，即先注桥台四周外边的土体，将桥台基础四边形成一个封闭圈（形成帷幕），再注圈内土体。注浆压力由小到大依次施加，避免一开始就采用大注浆压力。要详细记录压注浆液过程中的压浆情况，判断土体的挤密效果。注浆前应进行室内配比试验和现场注浆试验，一序孔压力可采用0.3MPa，二序孔压力可采用0.4MPa，注浆压力也可根据现场注浆情况进行调整[4]。

5.5 注浆机械

自上而下的分段灌浆采用1台高风压覆盖层跟管钻进钻机钻孔，钻机由挖掘机吊起，放入桥梁底部进行造孔，并在孔口下入1～2m的孔口管。水泥灌浆采用自制立式双层搅拌机制浆，纯水泥灌浆泵送浆，另外配备2台40 kW发电机机、1台移动式空压机。

5.6 施工中应注意的事项

施工中应注意以下的事项：①注浆压力：注浆时要尽快达到设计压力，并专人控制注浆压力，防止压力过大产生抬动造成事故或注浆压力过小而影响注浆质量，使用压力应在压力表最大标值的1/4～3/4之间。②串孔检查：冲洗时认真检查有无邻孔、特别是正在钻进的孔串通，如果发现串通，应及时进行处理。③浆液搅拌：必须搅拌均匀，严格按照注浆要求的水灰比配制，普通水泥浆液自制备至用完时间不大于4h，浆液温度保持在5～40℃之间，浆液超过规定时间和温度予以舍弃。

5.7 特殊情况的处理

如发现漏浆，应根据具体情况采用嵌缝、表面封堵、加浓浆液、降低压力、间歇灌浆等方法处理。如发现因衬砌变形过大而漏浆，则应立即停止灌浆，及时分析原因，并通知监理及设计人员研究处理措施。如发生串浆，则应与被串孔同时灌注。

灌浆不得中途无故中断，如因故中断，应按下列原则进行处理：

①尽可能缩短中断时间，尽早恢复灌浆；

②中断时间超过30 min，应设法处理至孔深，恢复灌浆；

③恢复灌浆时，开始应使用最大水灰比的浆液灌注，如吸浆量与中断时相近似，即可采用中断前的水灰比，如吸浆量较中断前减少较多，则浆液应从最低级浆液开始逐渐加浓。恢复灌浆之后，如吸浆量较中断前减少很多，且在较短时间停止吸浆，则认为该灌浆段不合格，应重新钻孔重灌。

6 效果检查

注浆效果检查主要以检查孔注浆情况及岩芯采取情况来评价。

本次注浆共计81孔，其中Ⅰ序孔41个，Ⅱ序孔40个。钻孔总长度为999.17m，注浆总长度为790.61m。总注灰量为328.78t，总平均单位注入量415.86kg/m。Ⅰ序孔总注灰量为181.65t，平均单位注入量457.00 kg/m，Ⅱ序孔总注灰量为147.13t，平均单位注入量367.43kg/m。单位注入量I序孔大于Ⅱ序孔，随着孔序的加密，基础的可注性呈逐渐减小的趋势；注浆在排序上先注外围排后注内圈。Ⅰ序排平均单注443.55kg/m，Ⅱ序排平均单注424.67kg/m，随着注浆排距的加密，注灰量趋于递减。从以上Ⅰ序、II序之间排与排之间注入量递减规律表明注浆工艺、注浆方法及注浆设备比较适宜合理，注浆过程较正常。

砂砾石基础注浆孔后共布置5个检查孔，分别位于基础左右侧及基础上下游，注浆后28天后开始进行效果检查，5个检查孔均使用地质钻机泥浆回转钻进取芯，由于砂砾石内水泥填充后比较密实，芯样采取率均大于90%，而且水泥填充效果较好，结石基本均匀分布在所取岩芯中，但是原桥台基础下的砂砾石的级配情况较差，局部有砂层填充，所取岩芯基本处于小块连续结石，呈短柱状，单孔结石总长度均超过岩芯总长度的30%，检查孔注浆平均单位注灰量39.96kg/m，较检查前的注浆平均单位注灰量412.05kg/m减小10倍以上，由此可以判定基础砂砾石通过注浆，密实程度有很大的提高和改善。

7 结语

桥台基础发生不均匀沉降，往往是由地基承载力不均匀所造成，对桥梁的正常使用危害较大，针对这种危害，目前国内主要采用对地基注浆以提高其承载力，但针对砂砾石注浆目前还没有相关的规程规范，其参数选择主要依靠设计及施工企业的工程经验，本水库工程1号桥基础2010年加固处理完成后，已经安全运行三年多，根据观测资料，未发现继续沉降的现象，证明注浆效果良好。

［1］吴志东.基础注浆工艺在桥台沉降处置中的应用［J］，西部探矿工程，2009(增刊)：183-184。

［2］单成林.旧桥加固设计原理及计算示例［M］，北京：人民交通出版社，2007。

［3］刘来军，赵小星.桥梁加固设计与施工技术［M］，北京：人民交通出版社，2004。

［4］夏可风.水利水电工程施工手册（地基与基础工程卷）［M］，北京：中国电力出版社，2002。