论文部分内容阅读
【摘 要】 本文通过注浆技术在同源高速公路桥涵台背加固上的应用，介绍了桥涵台背沉陷原因，依托实体工程论述了注浆原理、注浆材料及设计要求、施工关键技术及质量检验指标等，并据此总结注浆技术的应用经验和需要改进的地方。
【关键词】 台背；沉陷；注浆；施工；质量
1 引言
目前运营的高速公路普遍存在着一个问题，就是在路桥过渡段处存在不同程度的沉降，致使车辆在桥头产生跳车，给车上人员带来不适，严重的可能导致交通事故。因此，拿出一个行之有效的方法来解决桥头跳车问题是一个值得我们不断思考的问题。为了解决这个问题，一般在设计时在桥涵两侧均设置了一定长度的桥头搭板，旨在路桥结合处形成平顺过渡，然而随着施工的进行和通车后时间的推移，台背填土和桥梁结构物的沉降差异，会造成搭板底部与基层间不同程度的脱空。长期如此，可能会导致沥青路面横向裂缝，加之雨水的不断渗入，面层会产生破损，形成跳车现象。
为了缓解跳车现象的严重程度，我们可以在设计桥头搭板的同时，从台背的填料选择及压实程度，路基的复合加固（如加设土工格栅、CFG桩、堆载预压等）等方面进行考虑。当前在高速公路施工和养护过程中，注浆技术越来越得到大家的认可和接收，并在国内多条高等级公路的建设和养护过程中得到了应用。同源高速公路就采用在桥涵台背填筑完成两个月后对全线所有台背进行注浆，以提高台背的整体强度和刚度，从而提高工程质量。下面就以这个项目应用情况，对注浆法加固桥涵台背展开研究。
2 桥涵台背沉陷原因分析
2.1设计方面原因[1]
（1）不良地质路段地基土强度低、承载力低，设计处理不当，易于产生压缩沉降或挤压移位，导致高填方路堤沉降变形；
（2）对于一般属于宽浅游荡性的河床，其桥梁衔接处路基填土较高，桥路两种材料弹性模量差距大，如过波段结构设计不合理将导致不均匀沉降，引起桥头跳车；
（3）路线通过沟谷地段和地面横坡较陡地段时，沟谷处路基填方高、恒载大。而沟谷段往往是山体风蚀物的沉积区，土体密度小、承载力低，易使路基发生不均匀沉降。路线横坡陡的地段，可能产生半填半挖断面或一侧高一侧低填方断面，易产生不均匀沉降；
（4）高填方路段纵、横向排水设计考虑不周也宜使路基沉降。
2.2施工方面原因
（1）路基施工前未認真设置纵、横向排水系统或排水系统不畅通，长期积水浸泡路基面使地基和路基土承载力降低，导致沉降发生；
（2）原地面处理不彻底，如未清除草根、树根、淤泥等不良土壤，地基压实度不足等因素，在静、动荷载的作用下，使路基沉降变形；
（3）在高填方路堤施工中，未严格按分层填筑分层碾压工艺施工路基沉降变形；
（4）不良地质路段未予以处理而导致路基沉降变形；
（5）填筑路基时，未全断面范围均匀分层填筑，而是先填半幅，后填另半幅而发生不均匀沉降；
（6）施工中路基土含水率控制不严，导致压实度不足，而产生不均匀沉降。
2.3路基填料原因
如果路堤填料土质差，填料中混进了种植土、腐殖土或泥岩土等劣质土，由于土壤中有机物含量多、抗水性差、强度低等特性的作用，路堤将出现塑性变形或沉陷破坏。尤其是膨胀土，遇水膨胀软化、风干收缩开裂、稳定性差，用作填料时随着土壤中水分的挥发，收缩开裂严重，对路堤的整体结构危害极大。对于砂砾土，由于料源的不均匀，实际现场质量控制没有随时调整施工方法，且控制力度不够，填筑层密实程度往往无法保证。
2.4路基排水原因
路基排水的任务是把路基工作区的土基含水率降低到一定的范围内。土基含水率过大、排水不良会引起土质松软、强度降低、边坡坍塌、路基沉陷或滑动以及产生冻害等。
3 注浆原理
注浆法是利用液压、气压或电化学原理，通过将浆液均匀地注入土层中，浆液以充填、渗透和挤密等方式占据土粒间或岩石裂隙中的空间，经人工控制一定时间后，浆液将原来松散的土粒或裂隙胶结成一个整体，形成一个结构新、强度大、防水性能高和化学稳定性良好的“结石体”[2]。其适用性与灌浆方法和浆液性能有关，一般可用于处理砂土、砂砾土、湿陷性黄土及饱和粘性土等土基。与化学加固法相比，成本低，不污染环境，且水泥浆进一步水化后，后期强度较高。
4 注浆材料及设计要求
4.1注浆材料和配比
注浆材料的选用非常关键，主要可从三个方面考虑：一是适应快速修补的需要，应做到当天注浆当天就要开放交通，早期强度要来得快；其次是要满足压力注浆设备的需要，操作简捷，有较好的流动性；三是从经济指标分析，应具有可推广价值[3]。在此选用水泥浆液，水泥使用P·O42.5，注浆过程中宜先注入少量稀浆（水灰比在4∶1～1∶1之间），后注入稠浆（0.8∶1～1∶1）。当地下砂砾层孔隙较大时，水灰比可提高到0.5∶1～1∶1。
4.2注浆设计参数
（1）注浆压力和流量
根据工程经验，考虑到地基条件（桥台背为砂砾土填筑）及注浆目的，遵循渗流注浆方式，在10m深范围内将注浆压力控制在0.2～1MPa。在现场注浆时，当注浆压力升到某一数值时，注浆流量（L/min）突然增大，表明土层已经产生劈裂，可以将此压力作为最大控制压力。
（2）浆液扩散半径r取2m。
（3）注浆量计算公式
Q=AπR2HKβ
式中：Q——每孔（段）注入量（m3）
A——浆液的损耗系数，一般取A=1.15～1.30（可取1.23）
R——浆液有效扩散半径（m）
H——注浆孔（段）深（m）
K——孔隙率，根据现场压实度确定 β——浆液充填系数（取1）
5 注浆施工关键技术
5.1台背布孔方式及注浆范围
（1）大桥、中桥（平面示意如图1）
①粉喷桩处理过的桥台
注浆两排，注浆孔按梅花型布置，孔中心间距为3m，第一排注浆孔中心距桥台背墙0.5米，注浆深度距原地面1米。
②未进行粉喷桩处理过的桥台
注浆四排，注浆孔按梅花型布置，孔中心间距为3m，第一排注浆孔中心距桥台背墙0.5米，第一排深入原地面4m，第二排深入原地面3m，第三排深入原地面2m，第四排深入原地面1m。
（2）小桥、涵洞、通道（平面示意如图2）
①冲击碾压或重锤夯实处理过的台背
注浆一排，注浆孔中心间距为3m，第一排注浆孔中心距构造物背墙1米，注浆深度距原地面1米。
②未进行冲击碾压或重锤夯实处理过的台背
注浆三排，注浆孔按梅花型布置，孔中心间距为3m，第一排注浆孔中心距构造物背墙1米，第一排深入原地面2m，第二排深入原地面1m，第三排与原地面持平。
5.2注浆过程
施工工艺流程为：布设钻孔位置→钻机就位→成孔钻进→终孔移机→检验孔深→安装灌浆器→配制浆液→压力灌浆→浆液变换→压力灌浆→止浆并取出灌浆器→封孔。
5.3注意事项
（1）注浆施工时，可通过注浆压力、注浆胶凝时间、注浆量、浆液浓度等参数进行控制、调整，起到控制浆液扩散半径的目的。浆液配合比应根据处治路段的填料岩性和粒径选择确定，并根据钻孔的吸浆情况及时予以调整。
（2）在注浆前，应进行现场注浆试验，确定单孔注浆量，然后按照所采用的注浆工艺施工。
（3）浆液应进行充分搅拌，并坚持注浆前不断的搅拌，防止出现再次沉淀，影响浆液质量。
（4）注浆施工过程中，一定要控制好按程序精心施工，严防出现冒浆、串浆、浆液过量流失到非注浆部位等可能发生的通病。
（5）严格控制浆液配比，以保证灌浆的混合料结硬后不能有多余水份。
6 注浆后质量检验
可以采用兩种方法对注浆效果进行检验。
（1）钻探法
在注浆完成的7d后，即可采用钻探的方法，在台背治理范围内通过钻孔提取钻芯，然后对钻芯测试，取得土层物理力学参数（如无侧限强度、密度），最后对加固质量进行综合评价。
（2）沉降观测
为尽可能减小台背填筑工后沉降量，我们可以借鉴软土路基的沉降量控制方法，对台背在施工初期便埋设沉降观测装置，并在注浆后更加关注沉降变化趋势，这样即可以检验注浆质量的长期效果。
7 结语
经现场钻芯取样观察和试验，利用注浆技术加固桥涵台背，可以使原有土体强度和刚度、土基整体性能有良好的改善，取得了很好的效果，为一种既经济又有效的高填方桥涵台背土基加固方法，值得推广应用。但在实际应用中发现注浆技术并非十全十美，仍存在一些问题。
（1）若填方路段高达十几米，压浆工作受工艺限制最大深度很难达到10米以下，道路修建时，路基底层压实度标准均较低，而灌浆又加大了路基上部的重力，这种情况是否会加大沉降？有待于我们通过理论计算和长期的观察得出结论。
（2）注浆压力若控制不当，容易产生鼓包破坏原有路面。
参考文献：
[1]邓苏静.高等级公路填方路堤养护及其维修[J].黑龙江交通科技，2010（7）：26.
[2]伍石生，郭平，张倩编著.公路养护与抢修实用技术[S].北京：人民交通出版社，2008.
[3]沈锋，闫继锋.压力注浆技术处理桥头搭板脱空浅析[J].黑龙江交通科技，2010（2）：25.
【关键词】 台背；沉陷；注浆；施工；质量
1 引言
目前运营的高速公路普遍存在着一个问题，就是在路桥过渡段处存在不同程度的沉降，致使车辆在桥头产生跳车，给车上人员带来不适，严重的可能导致交通事故。因此，拿出一个行之有效的方法来解决桥头跳车问题是一个值得我们不断思考的问题。为了解决这个问题，一般在设计时在桥涵两侧均设置了一定长度的桥头搭板，旨在路桥结合处形成平顺过渡，然而随着施工的进行和通车后时间的推移，台背填土和桥梁结构物的沉降差异，会造成搭板底部与基层间不同程度的脱空。长期如此，可能会导致沥青路面横向裂缝，加之雨水的不断渗入，面层会产生破损，形成跳车现象。
为了缓解跳车现象的严重程度，我们可以在设计桥头搭板的同时，从台背的填料选择及压实程度，路基的复合加固（如加设土工格栅、CFG桩、堆载预压等）等方面进行考虑。当前在高速公路施工和养护过程中，注浆技术越来越得到大家的认可和接收，并在国内多条高等级公路的建设和养护过程中得到了应用。同源高速公路就采用在桥涵台背填筑完成两个月后对全线所有台背进行注浆，以提高台背的整体强度和刚度，从而提高工程质量。下面就以这个项目应用情况，对注浆法加固桥涵台背展开研究。
2 桥涵台背沉陷原因分析
2.1设计方面原因[1]
（1）不良地质路段地基土强度低、承载力低，设计处理不当，易于产生压缩沉降或挤压移位，导致高填方路堤沉降变形；
（2）对于一般属于宽浅游荡性的河床，其桥梁衔接处路基填土较高，桥路两种材料弹性模量差距大，如过波段结构设计不合理将导致不均匀沉降，引起桥头跳车；
（3）路线通过沟谷地段和地面横坡较陡地段时，沟谷处路基填方高、恒载大。而沟谷段往往是山体风蚀物的沉积区，土体密度小、承载力低，易使路基发生不均匀沉降。路线横坡陡的地段，可能产生半填半挖断面或一侧高一侧低填方断面，易产生不均匀沉降；
（4）高填方路段纵、横向排水设计考虑不周也宜使路基沉降。
2.2施工方面原因
（1）路基施工前未認真设置纵、横向排水系统或排水系统不畅通，长期积水浸泡路基面使地基和路基土承载力降低，导致沉降发生；
（2）原地面处理不彻底，如未清除草根、树根、淤泥等不良土壤，地基压实度不足等因素，在静、动荷载的作用下，使路基沉降变形；
（3）在高填方路堤施工中，未严格按分层填筑分层碾压工艺施工路基沉降变形；
（4）不良地质路段未予以处理而导致路基沉降变形；
（5）填筑路基时，未全断面范围均匀分层填筑，而是先填半幅，后填另半幅而发生不均匀沉降；
（6）施工中路基土含水率控制不严，导致压实度不足，而产生不均匀沉降。
2.3路基填料原因
如果路堤填料土质差，填料中混进了种植土、腐殖土或泥岩土等劣质土，由于土壤中有机物含量多、抗水性差、强度低等特性的作用，路堤将出现塑性变形或沉陷破坏。尤其是膨胀土，遇水膨胀软化、风干收缩开裂、稳定性差，用作填料时随着土壤中水分的挥发，收缩开裂严重，对路堤的整体结构危害极大。对于砂砾土，由于料源的不均匀，实际现场质量控制没有随时调整施工方法，且控制力度不够，填筑层密实程度往往无法保证。
2.4路基排水原因
路基排水的任务是把路基工作区的土基含水率降低到一定的范围内。土基含水率过大、排水不良会引起土质松软、强度降低、边坡坍塌、路基沉陷或滑动以及产生冻害等。
3 注浆原理
注浆法是利用液压、气压或电化学原理，通过将浆液均匀地注入土层中，浆液以充填、渗透和挤密等方式占据土粒间或岩石裂隙中的空间，经人工控制一定时间后，浆液将原来松散的土粒或裂隙胶结成一个整体，形成一个结构新、强度大、防水性能高和化学稳定性良好的“结石体”[2]。其适用性与灌浆方法和浆液性能有关，一般可用于处理砂土、砂砾土、湿陷性黄土及饱和粘性土等土基。与化学加固法相比，成本低，不污染环境，且水泥浆进一步水化后，后期强度较高。
4 注浆材料及设计要求
4.1注浆材料和配比
注浆材料的选用非常关键，主要可从三个方面考虑：一是适应快速修补的需要，应做到当天注浆当天就要开放交通，早期强度要来得快；其次是要满足压力注浆设备的需要，操作简捷，有较好的流动性；三是从经济指标分析，应具有可推广价值[3]。在此选用水泥浆液，水泥使用P·O42.5，注浆过程中宜先注入少量稀浆（水灰比在4∶1～1∶1之间），后注入稠浆（0.8∶1～1∶1）。当地下砂砾层孔隙较大时，水灰比可提高到0.5∶1～1∶1。
4.2注浆设计参数
（1）注浆压力和流量
根据工程经验，考虑到地基条件（桥台背为砂砾土填筑）及注浆目的，遵循渗流注浆方式，在10m深范围内将注浆压力控制在0.2～1MPa。在现场注浆时，当注浆压力升到某一数值时，注浆流量（L/min）突然增大，表明土层已经产生劈裂，可以将此压力作为最大控制压力。
（2）浆液扩散半径r取2m。
（3）注浆量计算公式
Q=AπR2HKβ
式中：Q——每孔（段）注入量（m3）
A——浆液的损耗系数，一般取A=1.15～1.30（可取1.23）
R——浆液有效扩散半径（m）
H——注浆孔（段）深（m）
K——孔隙率，根据现场压实度确定 β——浆液充填系数（取1）
5 注浆施工关键技术
5.1台背布孔方式及注浆范围
（1）大桥、中桥（平面示意如图1）
①粉喷桩处理过的桥台
注浆两排，注浆孔按梅花型布置，孔中心间距为3m，第一排注浆孔中心距桥台背墙0.5米，注浆深度距原地面1米。
②未进行粉喷桩处理过的桥台
注浆四排，注浆孔按梅花型布置，孔中心间距为3m，第一排注浆孔中心距桥台背墙0.5米，第一排深入原地面4m，第二排深入原地面3m，第三排深入原地面2m，第四排深入原地面1m。
（2）小桥、涵洞、通道（平面示意如图2）
①冲击碾压或重锤夯实处理过的台背
注浆一排，注浆孔中心间距为3m，第一排注浆孔中心距构造物背墙1米，注浆深度距原地面1米。
②未进行冲击碾压或重锤夯实处理过的台背
注浆三排，注浆孔按梅花型布置，孔中心间距为3m，第一排注浆孔中心距构造物背墙1米，第一排深入原地面2m，第二排深入原地面1m，第三排与原地面持平。
5.2注浆过程
施工工艺流程为：布设钻孔位置→钻机就位→成孔钻进→终孔移机→检验孔深→安装灌浆器→配制浆液→压力灌浆→浆液变换→压力灌浆→止浆并取出灌浆器→封孔。
5.3注意事项
（1）注浆施工时，可通过注浆压力、注浆胶凝时间、注浆量、浆液浓度等参数进行控制、调整，起到控制浆液扩散半径的目的。浆液配合比应根据处治路段的填料岩性和粒径选择确定，并根据钻孔的吸浆情况及时予以调整。
（2）在注浆前，应进行现场注浆试验，确定单孔注浆量，然后按照所采用的注浆工艺施工。
（3）浆液应进行充分搅拌，并坚持注浆前不断的搅拌，防止出现再次沉淀，影响浆液质量。
（4）注浆施工过程中，一定要控制好按程序精心施工，严防出现冒浆、串浆、浆液过量流失到非注浆部位等可能发生的通病。
（5）严格控制浆液配比，以保证灌浆的混合料结硬后不能有多余水份。
6 注浆后质量检验
可以采用兩种方法对注浆效果进行检验。
（1）钻探法
在注浆完成的7d后，即可采用钻探的方法，在台背治理范围内通过钻孔提取钻芯，然后对钻芯测试，取得土层物理力学参数（如无侧限强度、密度），最后对加固质量进行综合评价。
（2）沉降观测
为尽可能减小台背填筑工后沉降量，我们可以借鉴软土路基的沉降量控制方法，对台背在施工初期便埋设沉降观测装置，并在注浆后更加关注沉降变化趋势，这样即可以检验注浆质量的长期效果。
7 结语
经现场钻芯取样观察和试验，利用注浆技术加固桥涵台背，可以使原有土体强度和刚度、土基整体性能有良好的改善，取得了很好的效果，为一种既经济又有效的高填方桥涵台背土基加固方法，值得推广应用。但在实际应用中发现注浆技术并非十全十美，仍存在一些问题。
（1）若填方路段高达十几米，压浆工作受工艺限制最大深度很难达到10米以下，道路修建时，路基底层压实度标准均较低，而灌浆又加大了路基上部的重力，这种情况是否会加大沉降？有待于我们通过理论计算和长期的观察得出结论。
（2）注浆压力若控制不当，容易产生鼓包破坏原有路面。
参考文献：
[1]邓苏静.高等级公路填方路堤养护及其维修[J].黑龙江交通科技，2010（7）：26.
[2]伍石生，郭平，张倩编著.公路养护与抢修实用技术[S].北京：人民交通出版社，2008.
[3]沈锋，闫继锋.压力注浆技术处理桥头搭板脱空浅析[J].黑龙江交通科技，2010（2）：25.