灌浆法在公路桥梁隧道施工中的应用分析

王迎晖

山西省晋城北公路管理段 山西晋城 048000

随着公路网路的扩大，沿线遇到的地质条件、水文条件更为特殊，桥梁和隧道成为重要的路线敷设形式，例如利用桥梁跨越河流和峡谷，利用隧道穿越方式来保证路线的顺直性。但桥梁、隧道的施工环境复杂，存在诸多不可抗力因素，结构以及现场岩土体有失稳的可能，此时合理采用灌浆加固方法显得至关重要，值得围绕该项施工方法做深入的探讨，形成准确的认识后，再将其应用到位。

1 工程概况

某桥梁工程全长45.23km，路桥隧道占比约30%。其中，隧道采用22m宽的整体式路基和9.96m宽的分离式路基。隧道设计速度100km/h，现场地质条件复杂多样且颇为特殊，贯通段以砂岩和英砂岩为主，有山泉水流经，在采取爆破措施时，易由于参数不合理、作业不规范等原因而诱发泥石流、内部开裂等问题。对此，项目采用灌浆法，经过灌浆施工后，依托于浆液的固结作用，保证结构的稳定性，规避隧道质量缺陷。

2 灌浆法的应用原理、优势及具体方法

2.1 灌浆法的应用原理

以水泥、砂、粘土、水、添加剂为主要的原材料，按照特定的比例选取适量材料并予以充分的拌和，制得均匀性较好的砂浆，将其灌注至预先钻进成型且得到清理的孔洞内，水泥砂浆在固结过程中将连同待加固结构共同组成完整稳定的整体，达到加固的效果。灌浆法是公路桥梁隧道施工中的重要方法，其还能够填补结构的裂缝，避免结构表观质量问题以及受力异常。在路桥隧道工程中，根据注浆压力的不同，分为高压注浆和低压注浆两种形式，通常前者的应用更为广泛，即压力作用更强，有效地将浆液推送至特定的加固区域后，浆液的填充更加饱满，随之取得良好的加固效果[1-2]。

图1 灌浆原理示意图

2.2 灌浆法的应用优势

灌浆法在公路桥梁隧道中的应用优势突出，主要体现在如下几方面：

在压力作用下，注入的水泥砂浆有效填充缝隙，其在逐步凝固的过程中促进待加固结构力学性能的提升，浆液与结构共同结合，达到“化零为整”的加固效果。

灌浆法的应用有利于规避结构渗漏问题，即浆液填充至缝隙内，消除渗漏水通道。

灌浆法对水泥砂浆的质量提出较高的要求，其强度通常高于结构本体，有助于提高隧道结构的强度。

因不均匀沉降的存在，导致隧道发生不同程度的偏移，而灌浆法的应用则能够较好地解决该问题，使隧道整体结构在形态、稳定性方面均达到要求。

图2 灌浆法施工工艺流程图

2.3 灌浆方法

较为常见的有如下几种：

（1）填充灌浆。在地质性坍塌或是存在大规模裂缝时，宜采用填充灌浆方法。

（2）压密灌浆法。在高压作用下，将制备的高浓度浆液注入孔缝内。施工常采用高压脉冲泵等相关装置，注浆压力控制在20-40MPa，由于压力作用较强，喷出的浆液将对土体带来切割作用，使土粒从土体上剥落。此时，细小的土体被注入的浆液置换，顺着浆液的流动而被推动到土面上；还有部分土粒与浆液结合，经过搅拌后得到均匀性较好的混合体，两者共同凝固，产生稳定可靠的固结体，挤入岩缝后起到加固的作用。对喷射流移动方向进行调整后，固结体的形状也随之改变，因此施工中需要根据具体情况以及要求控制喷射流的移动方向[3]。

（3）渗透灌浆。桥梁地基加固、隧道侧壁修补施工中常采用的是渗透灌浆方法，经过注浆后，将浆液推送至岩土层，通过浆液的应用，与周边的岩土体共同组成稳定的整体，此时岩土层的强度较之于未处理前有明显的提高。

（4）电动化学灌浆法。首先确定待加固的岩层，在该处确定好正负两极后，将插至底层的正极接入金属管内，与电源的正极连接，以便组织灌浆作业。从适用性的角度来看，电动化学灌浆法常被应用于桥梁基础加固中，浆液固结后基础结构的完整性和稳定性均得到改善。

3 灌浆法在公路桥梁隧道工程中的应用

3.1 施工准备

全面的准备是灌浆施工作业正式开展的关键前提，主要考虑三个方面：①深入现场做全面的勘察，明确地形、地质、水文、气候等自然条件，对公路桥梁隧道的施工环境形成准确的认识，将采集的信息作为施工方案编制时的参考。②合理配置施工队伍，落实持证上岗制度，由具有资质的员工参与施工。③根据施工方案，配备材料、机械设备，进场时加强对材料质量以及机械设备性能的检验，夯实物资基础[4]。

3.2 施工要求

严格依据施工标准开展各项工作，富有流程性地推进施工进程，尽可能避免工序交叉的情况。对于无特定围岩加固施工标准的，则密切关注现场环境，动态调整施工方案，尽可能提高各项工作的规范性。浆液被有效注入待加固区域的关键在于得到特定压力的支持，不同压力条件下的灌浆施工效果存在差异。在正式灌浆前，需组织灌浆试验，确定最具适用性的压力控制值，后续依据该值灌浆；遇施工条件改变的情况时，动态优化灌浆压力。灌浆量也是灌浆施工中的重点控制对象，其并无固定值，因此根据实际情况以及需求而定，有必要预留出额外浆液，确保在突发异常状况时浆液能够及时供应，避免施工中断。通常，实际准备的浆液量以理论值的1.2倍较为合适。灌浆孔吸收量在0.6L/min以内且有逐步减小的变化时，表明孔内灌浆达到饱满状态，可结束灌浆作业。经过灌浆施工后，软土围岩的承载力需达到90kPa及以上，复合型围岩的该值需达到135kPa及以上。

3.3 灌浆材料的选取

灌浆材料的性能会直接影响灌浆效果，因此在浆液拌制阶段加强质量控制极具必要性。在浆液的生产中，配比必须得当，其是影响浆液性能的关键指标，应加以控制。现阶段，灌浆主剂主要采用的是粒状浆材、化学浆材两类，各自均有其独特的应用优势。

粒状浆材。原材料包含水泥、沥青、粘土等，按照一定的比例混合而成，优势在于制备工艺简单、造价较低，因此在多数公路桥梁隧道工程中取得广泛的应用。

化学浆材。浆液的灌注覆盖面较广，灌注效果良好。

3.4 灌浆加固施工方案

3.4.1 钻进成孔

钻孔采用的是半径为40mm的钻头，沿着与钻孔面垂直的方向打孔，期间加强对垂直度的检测与控制，保证全程的垂直度误差均在±1%以内。钻孔深度范围内可能存在特殊的地质条件，在本工程中则有粉状土壤，此时先下入导管用于防护孔壁（以防粉尘泥沙混入孔内，否则会造成堵塞），而后再继续钻孔，直至达到设定深度要求为止。钻孔后清理内部的岩粉等杂物，将孔内沉渣厚度控制在许可范围内，并检测孔位、孔深、孔径等参数，确保各自均满足要求。

3.4.2 安装灌浆管道

钻孔成型后，向其中安装灌浆管道。道路桥梁施工环境复杂，若采用普通灌浆管道，容易受施工扰动等作用而损伤管材，例如管壁出现裂缝，此时部分注入的浆液沿着裂缝向外流出，材料浪费量增加，且注浆的密实性难以得到保证，影响最终的加固效果。为有效规避该类问题，在安装灌浆管时采取防护措施，即在其外部包裹软胶保护层，用于缓冲，以免管壁与周边孔洞直接接触而破裂。灌浆管道铺设至指定位置后，进一步检查钻孔孔隙以及管道衔接部位的孔隙，对其采取填补处理措施，提升严密性。

3.4.3 拌制水泥砂浆

根据试验确定的配比选择原材料，沿一个方向连续搅拌，制得均匀的混合料。搅拌时尽可能保持匀速，时间不短于30s，期间观察水泥砂浆的实际状况，灵活调整搅拌速度，确保在搅拌全过程中均无砂浆离析、沉淀等质量问题。遵循随拌随用的原则，将拌制好的水泥砂浆转至现场，尽快投入使用，通常中途间歇时间在2h以内，否则砂浆易初凝或变质。在本次公路桥梁隧道施工中，拌制原材料选用的是42.5硅酸盐水泥、粒径不超过3mm的集料，并辅以适量水玻璃、粉煤灰等外加剂，借助此类材料提高砂浆的性能。

3.4.4 正式灌浆

灌浆施工量较大，为富有秩序性地推进施工进程，采取分区段灌浆的方法，单个区段的长度不大于50m。灌浆后，随即采取封堵措施，避免浆液流出。按照自下而上的顺序灌浆，在底处孔灌浆时，随着浆液注入量的增加，气体在浆液的推送作用下从高处孔排出，并在某时间节点出现高处孔溢浆现象，此时随即将底处孔封堵，再进一步从高处孔开始注浆，迫使浆液向下推送，以保证注浆的饱满性。注浆时，根据浆液的流动性、内部钢筋分布情况等灵活控制注浆压力，但避免压力异常波动。

注浆遵循连续性原则，尽可能避免中途中断。因材料供应不足、机械设备异常或其它原因而中断时，随即扫孔并复灌。在本工程中，采用的是分阶段（两次）灌浆的方法，首次为常压注浆，从孔底开始逐步向上注入，待上孔溢出浆液后结束；经12h后再次安排注浆，此环节采取的是劈裂注浆的方法。第一、二次注浆时，浆液的水灰比不尽相同，分别为1:0.5、1:0.6。注浆时，根据现场实际情况灵活调整注浆参数，保证注浆压力、注浆量以及注浆时间的合理性。通常，注浆压力不大于1.2MPa，若在施工期间遇到地表冒浆、串浆问题，则随即予以防护，并对注浆方法做出调整，例如间歇式注浆。注浆结束后，组织地基承载力的检测工作，判断注浆效果，实测值达到300kPa，满足130kPa的要求。

3.4.5 灌浆孔封堵

灌浆压力达到设定值后，仍需稳压灌注10min，注浆量约为10L/min，目的在于保证浆液注入的饱满性。注浆后，随即对注浆口做封堵处理。

4 灌浆施工的注意事项

依托于灌浆法，有效解决公路桥梁隧道的裂缝、松动等缺陷，进而保证结构的稳定性。对于本工程而言，经过灌浆施工后，隧道孔洞得到有效的填充处理，力学性能有所改善，抗渗效果较好，实测结果显示岩土体以及混凝土结构两部分的强度增幅均超过120%。总体来看，灌浆法的应用效果良好，但其细节较多，必须予以高度的关注，具体做如下分析：

钻孔期间发生突涌时，随即暂停钻进，采取加压注浆堵口的方法有效封堵。

灌浆压力异常升高时，转为灌注清水的方法，待实测灌浆压力回归至正常水平后，继续灌注；若实际灌浆压力仍偏离正常值，则随即暂停灌浆，拆除管道并做详细的检查，判断其是否有堵塞，若有则予以处理。

进浆压力长期偏高时，按照如下两条思路应对：一是调整浆液的性能，例如对浆液的配比、浓度等参数加以改进，制得更适用于实际施工环境的浆液；二是采用间歇式灌浆的方法，用于降低灌浆的压力，并根据浆液凝胶时间有效控制灌浆停留时长。

灌浆施工前做好技术交底和安全交底，使施工人员准确掌握实际情况、工程规范以及作业方法等内容，以便后续各项灌浆工作的高效开展；灌浆时加强检查，例如灌浆管路的严密性、机械设备的稳定性，若存在异常则及时予以处理，避免施工装置“带病作业”；灌浆后，按照规范检查，判断灌浆施工效果，必要时补充灌浆或采取其它增强措施[5]。

5 结语

综上所述，灌浆法在加固公路桥梁隧道时具有突出的作用。施工单位必须立足于实际情况，制定工作计划，有序完成钻孔、灌浆管安装、浆液制备及灌注等工作，且加强对钻孔质量、浆液性能、灌浆参数等关键内容的检测与控制，全面保证灌浆施工效果。经过本文的分析，提出一些灌浆法在实际应用中的具体要点，希望给类似工程提供参考。