灌浆法在公路桥梁隧道工程施工中的应用分析

魏瑶瑶、程鹏、王亚风

（1.商洛学院，陕西 商洛 726000；2.陕西交控通宇交通研究有限公司，陕西 西安 710118）

0 引言

公路桥梁隧道是公路交通系统的重要组成部分，它们承受着复杂的荷载和环境作用，容易出现各种病害和损坏，如裂缝、渗漏、沉降、空洞等，影响其安全性和耐久性，甚至影响出行人员和车辆的安全。因此，对公路桥梁隧道进行有效的加固和修复，是保障公路交通畅通和安全的重要措施。灌浆法是一种常用的公路桥梁隧道加固和修复技术，其通过将水泥浆或其他材料以一定压力注入地基或结构中，使其充填裂缝或空洞，从而增强地基或结构的强度和刚度，改善其抗渗和抗冻能力，延长公路桥梁隧道使用寿命。

1 灌浆法的基本原理、分类和特点

1.1 灌浆法的基本原理

灌浆法的基本原理是利用高压将水泥浆或其他材料注入地基或结构中，使其充填裂缝或空洞，并与原有材料发生物理或化学作用，从而形成一个整体，达到改善地基或结构性能的目的[1]。灌浆法的效果主要取决于以下几个方面：一是灌浆材料的性能，包括流动性、凝结时间、强度、膨胀性、抗渗性、耐久性等。二是灌浆压力的大小和分布，其影响灌浆材料在地基或结构中的扩散范围和充填程度。三是灌浆孔的位置和间距，其影响灌浆材料在地基或结构中的覆盖面积和重叠程度。四是地基或结构的性质和状态，包括裂缝或空洞的形状、大小、方向、数量、分布等。

1.2 灌浆法的分类

根据灌浆材料的不同，灌浆法可以分为水泥灌浆、化学灌浆和其他灌浆等。水泥灌浆是指以水泥为主要成分，加入适量水和其他外加剂制成的灌浆材料。水泥灌浆具有成本低、强度高、抗渗好等优点，是最常用的一种灌浆材料。根据水泥类型和外加剂种类，水泥灌浆又可以分为普通水泥灌浆、膨胀水泥灌浆、硫铝酸盐水泥灌浆、硅酸盐水泥灌浆等。化学灌浆是指以化学物质为主要成分，通过化学反应生成固体或凝胶状物质的灌浆材料。化学灌浆具有流动性好、凝结时间可控、适应性强等优点，适用于低渗透性或微裂缝的地基或结构。根据化学物质的不同，化学灌浆又可以分为硅酸盐化学灌浆、聚合物化学灌浆、有机硅化学灌浆等。其他灌浆是指除了水泥和化学物质以外的其他类型的灌浆材料，如沥青灌浆、玻璃纤维增强塑料（GFRP）灌浆、碳纤维增强塑料（CFRP）灌浆、水玻璃灌浆等。这些灌浆材料具有特殊的性能和用途，适用于特定的工程条件和要求。

根据不同的灌浆目的，灌浆法可以分为加固灌浆、防渗灌浆和填充灌浆等。加固灌浆是指为提高地基或结构的强度和刚度，增加其抗变形和抗破坏能力而进行的灌浆。加固灌浆一般采用水泥或化学灌浆材料，要求具有较高的强度和膨胀性，以便与原有材料牢固结合。加固灌浆适用于地基或结构存在裂缝、空洞、沉降、变形等病害的情况。防渗灌浆是指为了阻止地下水或其他液体对地基或结构造成渗透和侵蚀而进行的灌浆。防渗灌浆一般采用化学或其他灌浆材料，要求具有较好的流动性和抗渗性，以便充分填充裂缝或空洞，并与原有材料形成密闭的屏障。防渗灌浆适用于地基或结构存在渗漏、腐蚀、冻胀等病害的情况。填充灌浆是指为了填补地基或结构中的空隙或空间而进行的灌浆。填充灌浆一般采用水泥或其他灌浆材料，要求具有较好的流动性和稳定性，以便充分填充空隙或空间，并与原有材料形成均匀的整体。填充灌浆适用于地基或结构存在空隙、空间、不均匀等问题的情况。

1.3 灌浆法的特点

灌浆法作为一种公路桥梁隧道工程施工技术，具有以下几个特点：

一是操作简便。灌浆法只需要简单的设备和工具，如钻机、泵、管道、喷嘴等，不需要复杂的施工机械和人员，操作过程也比较简单，只需按照设计要求钻孔、制备浆液、注入浆液、封堵孔口等步骤进行。

二是成本低廉。灌浆法所需的材料和设备都比较廉价，施工时间也比较短，不需要大量的人力和物力投入，因此施工成本相对较低。

三是效果显著。灌浆法可以有效地改善地基或结构中存在的各种病害，提高其性能和寿命，同时也可以改善其外观和美观度，达到预期的施工效果。

四是适应性强。灌浆法可以根据不同的地基或结构、性质、状态和病害情况，选择不同的灌浆材料、灌浆压力、灌浆孔位和灌浆方法，以适应不同的工程条件和要求，具有较强的灵活性和通用性。

2 灌浆法在公路桥梁隧道工程施工中的应用要点和技术措施

2.1 灌浆法在路基边坡加固中的应用

路基边坡是公路工程中重要的组成部分，它承受着车辆荷载、地震作用、风雨侵蚀等多种因素的影响，容易出现滑坡、崩塌、裂缝等病害，危及公路的安全运营[2]。为了加固路基边坡，提高其稳定性和安全性，可以采用灌浆法进行处理。灌浆法在路基边坡加固中主要是填充边坡中的裂缝或空洞，增加边坡的整体性和抗剪强度，减少边坡的变形和位移，防止边坡的滑动和崩塌。

施工时，确保设施器材的材料充足，重点做好试验工作，修整灌浆压力、浆体蔓延的半径、孔距和排距后，及时跟进孔距施工放样至实地调查。依据现场作业必要条件、地质构造和方式等施工程序，选用从内向外的形式开展。流程依照引孔—放置注浆管—搅浆—待凝—注浆加固。

引孔钻头(φ110mm)瞄准孔距后，选用冲击性引孔的方式钻入。在杂土中钻入时，若孔周围动摇，可开入套管护壁；当钻入污泥或淤泥质土和粉、细砂时，倒入套管护壁，随后选用捞砂筒取砂引孔的方式直至下卧黏性土壤层。搅浆要往搅拌浆筒内灌入设定水量并启动搅浆机，再慢慢添加42.5#普通硅酸盐水泥直至规定的用量，搅匀3～5min 后把浆体根据滤网流进储浆筒内待灌。

2.2 灌浆法在路面裂缝和空洞修复中的应用

路面是公路工程中直接承受车辆荷载和环境作用的部分，它的质量和性能直接影响公路的平顺性和舒适性[3]。由于各种原因，路面容易出现裂缝和空洞等病害，如不及时修复，会导致路面进一步破坏，甚至引发交通事故。为了修复路面裂缝和空洞，提高路面的整体性和耐久性，可以采用灌浆法进行处理。灌浆法在路面裂缝和空洞修复中主要是填充路面中的裂缝或空洞，增加路面的密实度和强度，改善路面的抗渗和抗冻能力，延长路面的使用寿命。

按照固结灌浆修补技术应用原理，做好工程材料、工程设备及其施工队伍准备工作。做好灌浆方式及施工技术交底作业，同时还要在确保灌浆修补品质的同时，做好相关安全防范工作。对注浆相关工作人员进行岗位培训，使其把握注浆材料性能和特点，掌握准确的工程施工工艺及流程。针对两边产生裂纹的公路网，需将残留的水泥砂浆、油迹等杂质清洗干净，而且需要采用高浓度有机溶液对缝隙两边进行清洁，在清除粉尘的同时，能够确保缝隙处干燥。完成清洁后，针对公路网产生裂纹的区域要顺着缝隙的方向进行挖除，直至新混凝土裸露。需要注意的是，针对裸露的建筑钢筋，一旦出现腐蚀，要进行防锈处理；一旦出现断裂状况，要施焊，而且在施工完毕之后要进行杂物的清洁。最后应向缝隙内灌进碎石子，并确保其压实。对缝隙表层处理完毕之后，要进行固结灌浆嘴埋设，埋设间隔在35～40cm 上下。固结灌浆嘴埋设的基本原则为宽缝可稀、窄缝可密，所有缝隙必须留有进浆孔和排气口。在固结灌浆嘴开展埋设时，还要先抹一层约1mm 的环氧泥封边胶。为了确保固结灌浆的品质，还要采用有效的方法对缝隙进行密闭处理。

2.3 灌浆法在结构物裂缝和渗漏治理中的应用

结构物是指公路桥梁隧道工程中的各种构件和设施，如桥墩、桥台、梁板、涵洞、隧道衬砌等，它们是承担荷载和传递力的重要部分，其质量和性能直接影响工程的安全性和耐久性。由于各种原因，结构物容易出现裂缝和渗漏等病害，如不及时治理，会导致结构物的损坏和失效，甚至引发灾难性的后果。为了治理结构物裂缝和渗漏，提高结构物的整体性和抗渗性，可以采用灌浆法进行处理。灌浆法在结构物裂缝和渗漏治理中是填充结构物中的裂缝或空洞，增加结构物的密实度和强度，改善结构物的抗渗和抗冻能力，延长结构物的使用寿命。

结构物缝隙堵漏步骤：聚氨酯类材料缝隙堵漏工序：打孔—洗孔安装使用止水针管(密封器)—泵水清洗—用丙酮更换水量注浆加固。在缝隙两边交叠摆放，斜穿深度50cm，交叉式孔间距15cm 的缝隙，打孔与洞壁的倾斜角呈45°进行作业。洗孔：打孔后，用水冲洗孔内的粉末，待水净无粉末状就可以。安装使用止水针头(密封器)：对打孔的孔眼开展封口。用压力水对打孔及裂缝进行清洗，查验缝隙上注浆嘴是否有勾连及注浆嘴周围是否漏水；混凝土纵向缝隙(包含斜缝)注浆应由下而上开展。注浆前先使用丙酮更换出孔内的水，灌浆压力为0.3～0.5MPa，注浆延续时间≥5min，如果不注浆，就可以挪到下一孔开展灌入，直到整个缝隙填满浆材；注浆加固及洞壁缝面消除，然后拆卸止水针头(密封器)，消除洞壁稳固的填缝胶材料，用水泥浆对孔眼开展刮平。

2.4 灌浆法在隧道衬砌背后空洞填充和防水中的应用

隧道衬砌是隧道工程的重要组成部分，它起着支撑和保护隧道洞身的作用，其质量和性能直接影响隧道的安全性和耐久性。由于各种原因，隧道衬砌背后容易出现空洞或渗漏等病害，如不及时处理，会导致隧道衬砌的损坏和失效，甚至引发隧道坍塌等严重后果[4]。为了填充隧道衬砌背后空洞和防止隧道衬砌渗漏，可以采用灌浆法进行处理。

隧道衬砌施工缝包含横向施工缝和竖向施工缝，主要是因为挡墙在施工过程中混凝土不可以一次性连续浇筑太长，要采用分阶段作业并设立作业接缝处。施工缝处理得好与坏将会直接影响到隧道工程施工的防水质量与使用期限。因而，一定要切实做好施工缝的防水施工。现阶段，隧道衬砌施工缝防水的常见的设备有止水条和膨胀橡胶条等。止水条的安放方法通常分为埋入式与外贴式两种，埋设在挡墙混凝土中可以防止漏水穿透挡墙进入隧道。膨胀橡胶条遇水膨胀能够堵塞混凝土之间的间隙，防止漏水的功效。隧道衬砌施工缝作业环境比较复杂，在隧道工程施工运营中，遭到围岩应力、水压力和隧道工程施工变形等多种因素影响，从而造成隧道工程施工缝出现漏水的缘由也比较复杂。

依据现有研究与数据显示，隧道工程施工出现漏水的重要情况如下：

一是因为存在地表水的入渗。隧道工程施工场地比较复杂，往往建造于地表水中，而地表水受重力作用在岩体中入渗，对隧道衬砌和地面防水造成一定的水压力。假如地面防水因为某些情况发生损坏，地表水在高压影响下，在地面防水和二次衬砌相互间窜流，给隧道工程施工二次衬砌生成一定的水压力负荷。受水压的影响，渗入的地表水试图将防水的瑕疵增大，最终引起水流量通道发生漏水。

二是挡墙中水流量通道的出现。隧道衬砌施工缝水流通道主要是因为施工工艺和防水措施做得不到位，导致挡墙施工缝混凝土黏结能力较差、止水条和止水橡胶条等相关材料与混凝土黏结能力较差，还有施工缝处防水设备的损坏。这一系列问题在高压水作用下，很容易造成隧道工程施工出现渗漏问题。

3 灌浆法发展趋势

随着公路桥梁隧道工程施工技术的发展和创新，灌浆法在不断地改进和完善，其发展趋势主要表现在以下两个方面：

一是灌浆材料的多样化和高性能化。灌浆材料是灌浆法的核心要素，其性能直接影响灌浆效果和质量。随着新材料的研发和应用，灌浆材料将更加多样化和高性能化，以满足不同的工程需求和条件。例如，高强度、高流动性、高膨胀性、高耐久性、高抗渗性等特殊性能的灌浆材料将更加广泛地应用于公路桥梁隧道工程施工中。

二是灌浆设备的智能化和自动化。灌浆设备是灌浆法的重要组成部分，其性能直接影响灌浆效率和安全性。随着信息技术和控制技术的发展和应用，灌浆设备将更加智能化和自动化，以提高灌浆精度和速度。例如，智能钻孔机、智能泵、智能阀门、智能监测系统等将广泛地应用于公路桥梁隧道工程施工中。

4 结语

灌浆法是一种应用高压将水泥砂浆或其他材料灌入地基及结构中的专业技术，在公路桥梁隧道工程施工中具有很广泛的应用。灌浆法有着操作方便、成本较低、成效显著、适应能力强等优点，是一种性价比较高的施工方式。随着国家战略性工程的启动和推进，公路桥梁隧道工程建设不断深入，注浆技术作为改良地质的最直接手段，必将在工程实践中进一步深化注浆理论、开发注浆相关材料、优化注浆工艺、升级注浆设备、完善注浆效果检验，以更好的注浆质量、更快的注浆速度，承担新的重任，迎接新的挑战。