二次劈裂注浆在高速公路桥头台背加固中的应用

刘 欣，郭 灿

（1.广东省南粤交通投资建设有限公司，广东 广州 510623；2.中铁建港航局集团勘察设计院有限公司，广东 广州 511442）

0 引 言

目前，中国高速公路运营中桥头跳车状况较为普遍，尤其易发生在山区高速公路上。由于台背回填料的压实受作业空间限制难以得到有效保证，在路面荷载、车辆荷载、雨水渗透共同作用下易发生较大的沉陷，从而导致桥头跳车等影响行车舒适性的路基病害［1－6］。目前在工程实际中广泛采用袖阀管注浆法来加固桥头台背回填料。

本文结合具体工程案例，阐述桥头台背的加固机理、方法以及控制要求，通过分析加固后变形监测数，评价加固效果。

1 袖阀管注浆加固原理与特点

1.1 加固原理

袖阀管注浆法具有压密注浆、劈裂注浆、掺入注浆的优点，以及分序、分段、定深、定量、间歇、重复灌注的特点［7－10］。它是在一定外压作用下通过注浆管将浆液注入到台背回填料中，浆液以劈裂与渗透的方式填补台背填料的空隙，充分结合后形成较高强度的水泥土固结体和树枝状水泥网脉体，具有强度高、压缩性低、抗渗性高和稳定性好的特点，从而减少台背回填料的压缩沉降和水蚀，达到减少桥头跳车的目的［11－13］。

1.2 工艺特点

（1）袖阀管注浆的施工设备和施工工艺简单、操作性强，节约劳力，施工场地要求低，钻孔和注浆可交替作业，施工效率高［14］。

（2）袖阀管注浆加固效果明显，可靠性强，费用较低，经济合理。

（3）袖阀管注浆加固适用于砂土、粉土、黏土、淤泥土、一般土或砂砾等多种介质，可用于建筑物基础加固、路基加固、桥涵台背加固、隧道地表加固、隧道堵漏、深基坑周围土体加固等［15－16］。

（4）袖阀管注浆可根据不同层次和不同深度的加固要求区分对待，并可反复注浆加固。

1.3 施工要点

（1）钻孔：灌浆孔的孔位、深度、孔径、钻孔顺序和垂直度应严格符合施工要求；选用优质泥浆（如膨润土泥浆）进行护壁，塌孔严重时采用套管护壁。

（2）浇注套壳料：用套壳料置换孔内泥浆，浇注时应避免套壳料进入袖阀管内，并严防孔内泥浆混入套壳中。

（3）插入袖阀管：为使套壳料的厚度均匀，应设法使袖阀管位于钻孔的中心。

（4）灌浆：待套壳料具有一定强度后（一般在7d后），在袖阀管内放入双塞的灌浆管进行注浆。

（5）注浆顺序宜为：先两端后中部，先外部后内部，从下向上依次注浆。应跳孔施工，路基外注浆孔至少分2次注浆，路基内注浆孔至少分3次注浆，严禁全部钻孔后再集中注浆。

（6）灌浆压力为0.2～0.4MPa，并采用间歇灌浆方法。随着灌浆量的增加，压力同步增大，当灌浆压力达到1.0MPa并稳定5min后，可结束灌浆。

2 工程应用

2.1 工程概况

广东某高速公路全线桥梁段较多，部分路段沿线地形起伏，山高坡陡，山体交错，地形复杂，施工场地狭窄。由于桥头填方体多为石屑，为减小桥梁台背填土的工后沉降，防止桥台处路面变形而引起跳车，影响行车舒适性及安全性，对除柱式桥台以外的桥梁台背进行袖阀管注浆处理。

2.2 袖阀管加固施工参数

根据袖阀管渗入性注浆扩散理论模型，得出其扩散半径

式中：de为被灌土体的有效粒径，本项目台背回填土多为石粉；υ为浆液的运动黏滞系数；k为砂土的渗透系数；h1为灌浆压力；r0为灌浆半径；n为砂土的孔隙率；t为注浆时间。

通过经验参数计算得出注浆孔间距在3m左右为有效扩散半径，为保证加固效果，本项目注浆范围为掐头搭板长度范围，注浆孔间距定为3m，注浆深度为进入原状土0.5～1.0m。具体布置方式见图1、2。

图1 全幅路面横断面注浆剖面

图2 路基中心线处台背袖阀管注浆立面布置

2.3 注浆参数

（1）注浆材料水灰比为0.8～1.0，根据吸浆量与窜浆、返浆情况适当调整水灰比或掺入占水泥用量3%～5%的速凝剂。

（2）注浆采取低压注浆，将注浆泵调至最低挡，控制注浆流量在50L·min－1以内。注浆压力控制在0.2～0.4MPa，当灌浆量增加，压力同步增大，灌浆压力达到1.0MPa并稳定5min后，可结束灌浆。底部注浆时初期采用高压力，压力逐步降低，最终注浆压力不大于1.0MPa。

为了便于施工现场控制，引进自动灌浆记录仪，实时监测注浆压力、流量和水灰比的变化情况，及时发现异常并根据监测数据调整灌浆参数，提高灌浆施工水平。灌浆记录仪及其连接方式见图3。

图3 注浆仪器及其连接

2.4 施工顺序及工艺流程

（1）注浆的施工顺序与注浆速度直接影响本项目的加固效果，如果集中注浆或注浆速度过快，不仅容易出现冒浆、串浆等不利现象，而且还可能引起路基开裂或桥台位移等病害［17］。因此，采用隔排跳孔方式注浆，先施工外围注浆孔，再施工内部孔；从孔底往上注浆，每孔分2、3次注浆，分次注浆时间间隔不小于2h。

（2）袖阀管注浆工艺流程依次为：施工准备、测量放线、钻孔、下袖阀管、孔口密封、制浆、分次注浆、封管［18］。

2.5 监测仪器布置

为了掌握注浆施工扰动对桥梁结构物变形的影响，从而及时调整施工安排，确保桥梁结构物的安全，在注浆施工前布置了孔隙水压力计、深层位移测斜管、表面沉降观测点和裂缝观测点，具体布置方式如图4所示。另外，表面沉降观测点及伸缩缝变形测点在加固施工完成后继续观测，用于评价注浆加固效果。

3 加固效果分析

为了解桥头过渡段路基注浆对桥台的影响，以及注浆完成后桥头过渡段的变形情况，仅对某桥头过渡段路基沉降变形及桥头伸缩缝的变形监测数据进行分析，如图5～7所示。

图4 监测仪器布置

图5 0＃桥头路段沉降变化曲线

由图5～7可知以下几点。

（1）注浆使桥台有不同程度的抬升（图中沉降为负值），1＃桥台平均抬升约15mm，0＃桥台右幅抬升15mm左右，左幅相对小一些，但实际上左幅因注浆期间尚未进行沉降观测，部分沉降量在图中未有反映，因此注浆引起桥台总体抬升量约为15mm；注浆完成后，主要还是表现出沉降趋势，但速率较小。

（2）一字墙的沉降变化相对较小，在注浆期间主要表现为抬升，注浆后逐渐沉降至原标高，基本处于稳定状态。

（3）两侧桥台伸缩缝在注浆加固处理前虽有明显拉伸变宽的现象，但未有明显的错台现象。注浆导致左右幅桥台相对错台变化较小，在注浆期间主要在－2～2mm之间变化，注浆结束后基本无变化。

图6 1＃桥头路段沉降变化曲线

图7 桥台伸缩缝宽度变化曲线

4 结 语

（1）注浆对桥梁结构物的影响主要表现为桥台抬升和伸缩缝扩大，为减少注浆施工对附近结构物造成的不良影响，施工进度必须严格控制，且应按隔排跳孔的顺序施工。

（2）根据监测数据分析得出，袖阀管二次劈裂的注浆加固效果能够达到设计要求，有效降低了工后沉降，减少了桥头跳车现象的出现，为通车后行车的安全性、舒适性提供了保障。

（3）采用袖阀管二次劈裂注浆工艺，占地面积小，施工效率高，同时注浆加固工艺对路堤边坡及周边环境影响较小，生态恢复极快，具有良好的环境效应和社会效应。