早强发泡水泥注浆在高填方路基桥头沉降处治中的应用

夏 冉

江苏现代路桥有限责任公司 江苏 南京 210000

1 背景

1.1 问题的提出

桥台后路堤土体在荷载作用下除了弹性变形外，还伴有残留压缩变形，即使压实度达到95%以上，在季节性水位变化及多雨季节地表水入渗情况下，也会直接导致锥坡或背墙后土体的强度软化。台后填料也会在自重和车轮荷载的作用下，产生压缩沉降，出现局部弱支撑、裂缝，致使桥头搭板支承面下局部脱空，重车通过时，搭板由均匀支承变为不均匀支承，并在脱空区最大沉降值处的板下位置产生应力集中，逐渐产生的裂隙进一步使后部应力增大，当应力超过极限弯拉强度，脱空的搭板就开始断裂。由此导致的危害主要有：对行车来说，降低行车速度，影响行车安全，给车内司乘人员造成不适，严重的可导致交通事故；对路桥而言，可能导致锥坡坍塌，桥台基础下沉，甚至桥梁垮塌等病害。

1.2 常规处治方案

（1）搭板脱空沉降段直接加铺沥青混凝土

对于搭板沉降段，若不对脱空区域进行处治，采用表层挖填处理方案，加铺沥青混凝土。短期内能达到处治效果，中后期沉降现象仍然存在。

（2）脱空区域搭板注浆后再进行路面处治

桥头搭板注浆工艺：是指针对高填方路基旧路桥台搭板尾端出现的不均匀沉陷问题，采用注浆加固措施处理，即利用液压、气压将水泥浆注入路基，使浆液沿路基裂隙流入土体，在土体内形成胶状水泥结石（亦称复合型岩土），是防止或减弱路基再下沉的一种处理方式。

目前省内高速公路桥梁搭板脱空注浆一般采用水泥浆液、水泥+粉煤灰浆液两大类，主要添加剂有铝粉、水玻璃、早强剂、减水剂等，按此配比能够达到填充搭板脱空区域的目的。

注浆材料基本要求：速凝早强，适于快速修补；流动可灌，施工和易性好；操作简便，普适经济，便于推广。早强发泡水泥浆可满足上述要求。

采用不中断交通施工，一般是封闭半幅车道，当天完成半幅车道施工，通常下午5点前需开放交通。开放交通时，水泥浆虽然终凝，但呈现海绵状，强度达不到路基强度。除此之外，成型后的水泥浆密度大于二灰土密度，可能产生工后沉降，对于高填土路基可能产生二次沉降病害，需要谨慎对待。

2 技术方案及试验

2.1 设计目标

保证在不中断交通的前提下，密度低，早强效果好（4h内开放交通），方便施工操作，性价比较高。

2.2 初步方案

从水泥原材料、添加剂方面考虑，提出配合比设计，然后进行试验验证并进一步优化。

主要材料选择如下：

（1）水泥选用三种型号：425#普通硅酸盐水泥、硫铝酸盐水泥和电化讯派水泥（俗称“日本水泥”），按照不同配合比进行试验；

（2）发泡剂：高分子复合型发泡剂；

（3）添加剂：早强减水剂JM-1，铝粉；

（4）水：自来水。

2.3 配合比设计及试验——确定最佳方案

（1）设计要求

混合料配合比需满足下列要求：4h抗压强度（开放交通强度）＞2MPa（大于二灰土强度），流动度在20-30s之间，泥浆比重≯1.5g/cm3（密度尽量小及兼顾最终强度），混合料初凝时间控制＞30min，干缩率为微膨胀5%以内，同时兼顾经济性和施工方便。

（2）试验路径

试验分为两步：第一步，在试验室进行配比试验，以以往的施工配比为基础，主要就水泥浆的收缩率、添加剂对凝结时间及强度的影响、新型早强水泥的试用、水灰比对流动度的影响以及发泡剂添加量对水泥浆强度、密度等影响开展试验研究；第二步，对试验室配合比进行现场验证，尤其是温度对施工的影响，得出最终的施工配合比。

（3）试验室配比

通过对水泥浆干缩率、流动度水灰比、发泡剂添加量、早强强度等指标进行试验，依据本次试验结果，结合现场实际施工，得出结论如下：

①水泥：采用普通425#水泥与硫铝酸盐水泥，比例为3：1；

②早强剂添加量：为水泥重量的1%；

③膨胀剂添加量：采用铝粉作膨胀剂，为水泥重量的1‰；

④发泡剂添加量：为水泥重量的3.5%；

⑤配合比：

P.O 42.5普通硅酸盐水泥：硫铝酸盐水泥：发泡剂：JM-1：铝粉：水= 0.75：0.25：0.035：0.01：0.001：0.42。

⑥相关参数：4h强度2.5MPa，24h强度4.0MPa，密度1.33g/cm3，流动度26s，水灰比0.42，收缩率1.41%（微膨胀，成型后体积增大1.41%）。

3 现场验证及工程应用

3.1 现场验证

选择广靖高速公路界河中桥搭板进行配合比验证及首例工程施工，主要为检测现场施工温度和搅拌机械对水泥浆混合料初凝时间和早期强度的影响。在现场发现原3：1配比时初凝时间过短（20min），无法满足正常施工需要。在前期试验中也发现水泥浆混合料初凝时间和早期强度主要与早强水泥（硫铝酸盐水泥）的掺加量有关，以此为思路，现场对配比进行了调整试验：硫铝酸盐水泥掺加量分别为1/7（硫铝酸盐水泥：P.O42.5普通硅酸盐水泥）、1/15和1/9（如图1所示）。

图1 现场验证

通过对比试验发现，1/15掺加量的试块在4h时无法拆模，即强度未达到设计要求。

1/7和1/9掺加量的两组样品的4h抗压强度分别为2.4MPa和1.7MPa。考虑到施工时路面表面温度比搭板下面温度要高，即搭板下的水泥浆强度上升应比路面的慢，1/7掺加量配比时相关指标为初凝时间（30min）、4h强度（2.4MPa）、24h强度（7.4MPa）、收缩率（1.41%微膨胀）、密度（1.36g/cm3）和流动度（24s）等指标均满足要求，且施工方便（每次搅拌时普通水泥3.5包，硫铝酸盐水泥0.5包，现场好计量，施工方便）。

故最终确定的现场施工配比为P.O42.5普通水泥：硫铝酸盐水泥：发泡剂：JM-1：铝粉：水=0.875：0.125：0.035：0.01：0.001：0.42。

3.2 工程应用

本次在2017年度广靖锡澄高速公路部分桥梁搭板脱空病害处理中采用了上述方案。施工方式：两个施工队同步平行施工，半幅车道分两次封闭施工，上午7点开始，下午5点前开放交通，夜间不占道。

4 效果检查

4.1 取芯效果检查

2017年10月22日，选择广靖高速公路广陵北街小桥、靖公岱南小桥处理过的桥头搭板进行取芯检查，共抽检8处，其中有6处浆体与搭板连成一体，另外2处水泥浆体也成功取出（初步判断可能是取芯过程中钻机高速旋转过程中脱发生离），合格率100%，效果良好，如下图所示。

4.2 4h强度检测

注浆处理过程中现场制作了浆液试块3组9个，同条件养护，并进行了强度试验，得到浆液试块的4h抗压强度为2.5MPa，24h抗压强度为7.3MPa，满足设计要求。

5 结论

桥头跳车是路基与桥梁过渡段常见的病害，也是养护中的一个难点问题。本文从工程实际需求出发，针对桥梁搭板养护过程中出现的问题，主要就注浆材料的选择、主要材料性能指标开展了有针对性的研究，并结合实际工程案例，对早强发泡水泥注浆在高填方路基桥头沉降处治中的应用作了分析介绍。结果表明，应用本方案注浆施工，顺利完成了维修加固任务，各项指标经检测均达优良，可供今后类似工程施工参考。