压力注浆法在涵洞加固中的应用

Keywords: pressure grouting; Reinforcement measures; Reinforcement technology; process
        1前言
        近几年，公路建设事业不断加快，公路的交通运输量也日益剧增。而涵洞是公路排水构造物的重要组成部分之一，特别是在雨水较多的广东地区尤为普遍。由于交通量的不断上升以及公路运行时间的增加，涵洞出现病害的情况也越来越多。为了保证公路的运行畅通和安全，必须对涵洞存在的病害进行处理。
        2工程概况
        西部沿海台山段整条线路分布有大范围的超软弱地基，随着当地经济的飞速发展，交通日趋繁忙，重型车辆不断增加，对涵洞结构物的影响日益严重，全线桥涵不同位置存在涵身竖向、横向、斜向裂缝，砌体局部凸鼓倾斜，端墙、八字墙开裂破损，施工接缝填料脱落、涵台背砂土流失等病害。分析得知，由于涵洞地基的承载能力差，因此，在车辆的荷载作用下往往容易发生沉降，从而导致涵洞出现裂缝病害。
        3处理方法比选
        目前处理涵台地基沉降一般采用的方法具体如下:
        3.1换土复填法
        此法是指将原路基出现病害部分的土体挖去，更换为符合规定要求的土体，这种方法简便快捷，只要掌握好路基的填筑方法即可，并没有复杂的技术要求，不过该法适合于正在施工的土质路基，对于已经营运的高速公路，由于采用此法会中断交通而很少采用；
        3.2固化剂法
        此法适用于在更换路基填料受到限制且填料数量不大时的土体加固，如在处理高路堤下沉时多用此法，对于加固地基及台后填土则较少采用；
        3.3粉喷桩法
        粉喷桩法处理软基土是通过专门的机械将粉体固化剂喷出后在地基深处就地与软土强制搅拌，利用固化剂与桩土之间新发生的一系列物理、化学反应在原地基中形成强度与刚度较大的桩体，同时也使桩周围土体性质得到改善，此法处理路基下沉能取得较好的效果，但对于台后填土及台身砌体则并不适用；
        3.4压力注浆法
        此法就是利用压力输送的方式将具有一定凝胶时间的浆液注入到岩土体内，通过浆液对松散岩土体颗粒的物理或化学形式的凝结，或浆体压力挤压土体、充填土层孔隙，以减少地表水下渗，同时土体的力学特性和水理性质都得到了改善，从而达到预期的工程加固效果；钢花管压力注浆不但对土体进行了加固，而且由于加固后钢花管保留在土体内，也起到了锚固墙体的作用；此法基本不干扰道路交通，加固效果良好且简单易行。
        综合以上几种方法，小孔注浆加涵背注浆加地基注浆综合的压力注浆法是比较理想的一种涵台及地基不均匀沉降的处理方法。
        4注浆孔布置、注浆压力及注浆量的确定
        4.1注浆孔布置
        为了保证设计和施工的准确性，一般注浆前要求在现场做好必要的试验，本工程在加固前，特地在施工现场选择了具有代表性的涵台进行注浆试验，确定了相关的参数。为了充分利用注浆效果，注浆孔采用梅花形布置，布孔间距一般采用以下方法:
        首先估算浆液扩散半径，现假定涵台后土体均匀分布，则有:
         
        式中:
        Kt—注浆前土体的渗透系数；
        t—注浆的延续时间(s)；
        H—注浆压力，以水柱高度计(m)；
        r—钻孔半径(m)；
        u1，u2—水与浆液的粘滞系数；
        n—土体的有效空隙率。
        然后在注浆试验现场钻孔取芯，对其进行详尽的检测，可综合确定注浆扩散半径。
        4.2注浆压力
        注浆压力是控制注浆质量的一个重要因素，一般情况下，使用较高的压力是有利的，但注浆压力不宜过大，否则有时可能使涵台身及基础产生新的裂隙，且使原来的地质条件恶化，产生新的问题，注浆压力一般采用以下计算方法来确定:
        P=αD
        式中:
        P—注浆压力(m)；
        α—系数，一般选0.4～0.5；
        D—注浆深度(m)。
        4.3注浆量估算
        一般注浆量是由现场试验确定的，在没有进行现场试验的情况下，一般采用以下公式对单孔注浆量进行估算:
        Q=1000KNV
        式中:
        Q—注浆量(L)；
        K—经验系数，一般选1.0～1.2；
        N—基层空隙率；
        V—所注浆的基层体积(L)。
        5加固措施及顺序
        5.1加固措施
        工程中常用的加固措施如下:
        a)涵台地基加固。涵台不均匀沉降可采用钢花管压力注浆对土体进行加固，注浆管道一般采用φ45mm厚度为4mm的钢管，布置间距为纵向每2m一根，采用斜孔和竖孔交错注浆，具体布置如图1所示；沿钢花管长度方向每0.1m钻2个φ6mm呈螺旋形布置的注浆孔，注浆用水泥浆采用32.5R早强普硅水泥，水灰比一般控制在0.45～0.8之间；
         
        图1涵台地基钢花管注浆图
        b)涵台身及翼墙加固。涵台浆砌片石由于基础沉降而引起开裂，台身整体性降低，因此对浆砌片石涵台台身砌体本身采用小孔注浆加固，以加强砌体的整体性和稳定性，增加结构的承载能力；砌体内注浆孔径为35mm，注浆间距按水平距离3m、竖向距离1m的梅花形布置；
        c)台后填土加固。对浆砌片石台后填土采用钢花管压力注浆加固，以增加台后土体稳定性，且钢花管注浆孔和砌体注浆交替布置，注浆间距为3m×2m，布置方式如图2所示。
         
        图2 涵台台身及后台注浆布置图
        5.2加固程序
        加固方式及顺序为:
        a)台身开裂处涂抹M20水泥浆，并让水泥浆自然注入，不得施压，使开裂处紧密相贴；
        b)钢花管注浆加固涵台基础；
        c)台后和台身砌体小孔注浆，小型水钻机开孔；
        d)按左右对称先下后上的原则在钻孔后打入前墙锚杆，锚杆均采用φ45mm×4mm钢花管，不加预应力，注浆压强为0.5MPa～0.8MPa；
        e)完善涵台排水系统，若原涵台有泄水孔，则需在外包墙同一位置接长，否则，按左右对称先下后上的原则预留并疏通泄水孔；
        f)前墙锚杆分两批进行施工，钻孔一批立即注浆施锚，等水泥浆达到凝固时间后，再施工下一批。
        6加固工艺及流程
        6.1钢花管注浆工艺流程及步骤
        钢花管注浆工艺流程为:钻孔→洗孔→下注浆钢花管→注浆→结束。钢花管注浆的施工步骤如下:
        a)分序开孔、埋管、注浆，因钢花管长度一般为4m，端部设1m长的不注浆段，钢花管用丝扣连接，要求连接强度不小于钢花管强度；
        b)在钢花管顶部装上压浆头进行注浆，一般情况下要进行洗壁注浆，洗壁的目的是将钢花管外壁与岩土体孔壁之间填满水泥浆，以增加其粘结力；
        c)洗壁45min～60min之后，用水泥砂浆封堵钢花管外侧空隙，再用带喷头的洗孔水管插入到钢花管底部，用高压水边冲洗边上提，冲洗留在花管内的水泥浆，以疏通出浆孔；
        d)安装压浆头，正式开始该管的第一次压力注浆，且管头进浆压力控制在0.5MPa，第一次注浆的额定注浆量为40kg/m～50kg/m，注浆用纯水泥浆；
        e)关上压浆头上的闸刀闷浆，并卸下注浆胶管，移到另一孔进行注浆；
        f)第一次压力注浆约40min～60min后，插入带喷头的洗孔水管到钢管底部，用高压水进行洗孔，以疏通钢管上的出浆孔，然后装上压浆头进行第二次压力注浆；
        g)反复进行几次注浆，稳定压力为1.5～2.0MPa,达到稳定压力后持续时间超过15分钟时，直到注浆量达到设计要求即可结束该管的注浆工作，一般要求注浆5～6次。
        6.2施工检查项目及工程验收
        (1)施工中注浆检查项目(见表1)
        表1注浆施工允许偏差
        
        (2)工程验收
        a)钢花管注浆效果的质量检测。对于台后填土质量检测，可以在施工完成后对路基作弯沉值的测定进行对比，对基础花管注浆加固可以通过标准灌入试验测定被加固土体的力学性能；
        b)砌体小孔注浆效果质量检测。涵台身注浆后可以通过钻孔弹性波试验测定被灌体的动弹性模量和剪切弹性模量，一般来说，砌体注浆后砌体的动弹性模量和剪切弹性模量均有所增加，砌体的均匀性也可以得到较好的改善。
        7结语
        随着我国公路建设的不断发展和交通运输行业持续增长，对公路的使用性能与质量将会进一步提高。本文所述的压力注浆技术具有经济、实用，安全系数大的特点，是行之有效的方法。台山段桥涵加固通，至今涵洞未发生沉降、裂缝等病害结构物的安全性大大提高了。