大跨径拱桥拱座基础持力层注浆关键技术研究

徐鸿晟 于远志

摘要：文章以平南三桥工程为例，介绍了该桥北岸拱座地基卵石层注浆设计方案与施工工艺，并通过密实性、均匀性与承载力检验，证明了卵石层注浆的有效性。

关键词：卵石层注浆;软弱地基加固;拱座基础

中图分类号：U445.4 文献标识码：A DOI：10.13282/j.cnki.wccst.2019.09.039

文章编号：1673-4874（2019）09-0137-04

0引言

注浆技术作为水工建筑物地基处理中常用和重要的工程措施，近年来在大坝坝基防渗与加固、桥梁基础软弱持力层处理等方面得到广泛应用。

对大跨径钢管混凝土拱桥而言，其两岸拱座基础往往处于地质分层复杂、岩性软硬交替的河漫滩不良地质区域。若将常分布于一定深度的砂卵石层作为基础持力层，则这类持力层的承载力与稳定性将面临很大的考验。若处理不好，一方面有可能导致桥梁基础在竖直荷载下发生不均匀沉降;另一方面，在承受由钢管拱传递的水平推力时，基础会发生水平位移，进而造成钢管拱发生异常变形。而在桥梁基础基坑开挖之前，对砂卵石层利用注浆技术处理，是应对上述情况的较好措施。

本文以广西贵港平南三桥作为工程依托，重点研究该桥北岸拱座基础下部砂卵石持力层注浆关键技术，利用PVC袖阀管在加固的地层中进行多点、定量、均衡地灌注水泥浆液，使注浆体在地层中形成分布均匀、连接密实的加固体，从而大大提高了卵石层的承载力与稳定性。

1工程概况

平南三桥为广西荔浦至玉林高速公路平南北互通连接线上跨浔江的一座在建的特大型钢管混凝土拱桥，起讫里程为LK2+485-LK3+520，大桥全长1035m，主桥跨径575m。

该桥北岸为半径27.3m、深度16.5m的圆形地下连续墙基础，基底持力层为经过注浆处理的卵石层。详见下页图1和图2。

卵石层上部为采用630混凝土满槽连续浇筑的拱座底板，浇筑厚度为6m。

根据工程地质勘查资料，卵石层介质分布以中密状为主，局部地段稍密或密实;母岩成分主要为砂岩、石英，粒径20-100mm，含量约50%-70%，间隙充填圆砾、细砂及粉质黏土，层厚1.00-24.80m（见图3）。

鉴于原状卵石层承载力相对较弱，设计文件中采用静压灌注水泥浆液的措施对其进行加固处理，并在注浆结束、5d后检验固结效果。要求为：卵石层注浆加固后的承载力≥800kPa或N重型动力触探单节修正锤击数≥20击。

2 注浆工艺

2.1工艺介绍

注浆采用较为先进的袖阀管注浆工艺，该工艺由法国索莱坦奇公司首创，故又称为“索莱坦奇注浆法。从20世纪80年代末至今，该法在国内广泛应用于砂砾层固结、深层和浅层软土层劈裂注浆，效果良好（见图4）。

此法通过浇筑孔内套壳料、下放单向密封阀管、安装注浆芯管密封装置等工艺环节，避免了不同注浆段之间的相互干扰，同时减小了操作中发生冒浆、串浆的几率。其特殊的开孔结构使注浆位置可根据需要灵活调整，甚至还可进行同一注浆段的重复施工。

单向密封阀管通常采用钙塑聚丙烯材质的塑料管，也可采用无缝钢管（见图5）。

该种管材具有内壁光滑、抗折能力强、接头牢固且顺直、接长方便等优点，这使得施工人员在其内部下放或提升注浆芯管作业变得简便且容易操作到位。

操作中，在需要加固的地层范围内设置管壁有孔的塑料袖阀管，孔位外侧管壁紧套橡胶皮套（如图4所示）。皮套被浆液挤压冲破的临界压力设置为2hwa，可保证浆液的单方向运动，避免串浆的发生，使注浆质量得到保证。

2.2 孔位布置与注浆参数

注浆孔孔位按梅花形设置，孔中心距2m，孔径120mm（如图6所示）。

将地连墙卵石层注浆区按圆形平面划分为7个施工区（A-G）。总孔数设计为647个，孔序分为I-Ⅲ。操作顺序为由圆形区域四周逐渐向中心注浆（如图7所示）。

水泥浆液配比如表1所示.

孔内套壳料配比如表2所示。

2.3 方案实施

2.3.1钻孔

（1）注浆孔开孔采用德国宝峨kLM805-2型潜孔钻，效率較高，平均1.5h/孔。终止高程控制在卵石层下部中风化岩石顶面向下1.0m。

（2）开钻时，保持并经常校核钻孔的垂直度，保证垂直钻孔。

（3）钻进过程，套管全程跟进，采用压缩空气和高压水将钻渣冲出至地面。

（4）钻孔过程中，每钻进1m记录一次地质情况及孔深。

2.3.2 安装袖阀管

（1）钻杆钻至设计标高后，向孔内泵入高压水进行清孔。

（2）测量复核钻孔深度无误后，下放袖阀管。

（3）快速对袖阀图管接头进行拧紧，防止浆液渗入堵塞孔道。

（4）卵石层范围内安装有袖套（管壁有孔）袖阀管，其它范围安装无袖套袖阀管.袖阀管安装就位后，及时封堵管口，防止异物落入孔中。

2.3.3 浇筑孔内套壳料

孔内套壳料的主要作用是封闭袖阀管与钻孔孔壁之间的环状空间，防止注浆时浆液到处流窜，迫使浆液在注浆段范围内挤破套壳料进入地层（注浆开环）。套壳料的浇筑过程如图8所示。

（1）套壳料为水泥+膨润工，采用搅拌机集中拌制。浇筑时自下而上灌注，距离孔口约1.5m停止灌注。

（2）浇筑套壳料3d后，方可安装注浆芯管并进行注浆施工。

2.3.4 安装注浆芯管与开环注浆

套壳料养护3d后安装注浆芯管。芯管采用镀锌铁管。安装时，接头采用扭力扳手拧紧，并用胶带将栓塞水管绑扎在芯管上.

另外，芯管安装前，在注射器止浆塞两侧涂抹黄油进行润滑，并在安装过程中详细记录芯管下放长度。

安装完毕后，管顶采用手拉葫芦进行固定，即可开环注浆。

注浆泵正常工作时，止浆塞工作压力控制在1.0-1.5MPa，注浆孔孔口工作压力控制在0.7-1.0MPa。终压标准如下：

（1）在最大注浆压力0.7-1.0MPa下，注入率≤5L/min，并已持续灌注30min。

（2）灌段单位注浆量累计达到2000L，灌浆压力达到设计压力0.8MPa。

（3）一孔中最后灌段全孔累计注入量达到1.0t/m时，可结束该孔灌浆。

（4）观测到地面有抬升现象发生时。

（5）在注浆压力0.7MPa下，单次灌入量达到3000L。

达到上述5条标准任意一条，即可终止该孔注浆施工。

3 注浆效果

卵石层注浆加固效果主要从以下两方面来评判：

（1）卵石层水泥浆液是否填充密实，且分布均匀。

（2）卵石层注浆结束15d后，其地层承载力是否得到显著提高，到达设计要求的≥800kPa。

3.1密实性检验

水泥浆液在卵石层中的密实层度可以根据注浆区域地表隆起程度来检验。因此，在注浆过程中如图9所示布置了4个监测点。

随着注浆的进行，区域地表发生明顯隆起，且隆起值达到最大后区域稳定，则说明卵石层中的水泥浆液密实性较好.监测数据如表3所示.

从表3可以看到，区域地层在注浆施工后都发生了明显的隆起，最大隆起值为测点GC3的观测值0.05m。根据分析，现场施工机具移位及天气影响施工中断是造成曲线波动的主要原因。但各曲线从整体上体现出明显上升的趋势，由此说明卵石层中的水泥浆液密实性较好。

3.2均匀性检验

卵石层中的水泥浆液是否分布均匀，可以通过该地层中地下水位标高变化来评判。若注浆后卵石层中的地下水发生明显下降，且下降至中风化岩顶面标高处（+11.0m）后保持稳定，说明卵石层中的水泥浆液分布是均匀的。

通过设置地下水位观测井，进行注浆施工中区域地下水位实时监测.图10为施工中注浆区域地下水位的波动曲线。经分析：

（1）随着注浆的持续进行，卵石层中地下水位总体呈下降趋势，并在标高+11.0m稳定。

（2）雨水小规模补给是地下水位曲线波动的主要原因。

综上，说明水泥浆已将卵石层孔隙中的水置换充分且浆液的分布具有较好的均匀性。

3.3承载力检验

在注浆区域设置6个钻孔N重型圆锥动力触探试验点，在注浆完成后15d对卵石层开展重型动力触探，并对试验数据进行统计分析。

试验数据如表4所示。

根据表4可以得知，注浆结束15d后，针对施工区域卵石层开展的的6个N重型圆锥动力触探试验修正锤击数均大于20击，地基承载力均≥800kPa，说明注浆后卵石层满足设计要求。

4 结语

通过依托工程地基卵石层注浆工程的施工，验证了在卵石层地层中袖阀管注浆施工工艺的有效性。通过本研究可以得到如下结论：

（1）袖阀管注浆工艺适用于深层卵石层注浆，操作方便且效果较好。

（2）注浆完毕后，为了检验注浆效果，分别考察了地表隆起高度和地下水标高以考察卵石层中浆液的密实度和均匀性。考察结果表明：卵石层中浆液分布均匀且填充密实。

（3）根据6个钻孔N重型圆锥动力触探试验点的试验数据表明：注浆后的卵石层承载力显著提高，且满足设计要求≥800kPa。