壓力注漿技術(shù)處理橋頭搭板脫空淺析

沈 鋒,閆繼鋒

(黑龍江省龍建路橋第四工程有限公司)

1 引 言

在目前運(yùn)營(yíng)的高等級(jí)公路中,普遍存在一個(gè)問(wèn)題:路面在臺(tái)背回填處出現(xiàn)不同程度的沉降斷裂(沉降值一般為 10～30 cm,有的甚至超過(guò) 60 cm),使車輛通過(guò)時(shí)產(chǎn)生跳躍和沖擊,從而對(duì)橋涵和路面造成附加的沖擊荷載,使司機(jī)和乘客感到顛簸不適,甚至造成車輛大幅度減速,嚴(yán)重的可導(dǎo)致交通事故。因此,如何解決正在運(yùn)營(yíng)中的高等級(jí)公路橋頭跳車問(wèn)題,要從理論與施工上進(jìn)行摸索和探討,提出切實(shí)可行的方法。哈大高速公路橋梁兩側(cè)引道均采用了橋頭搭板的過(guò)渡型式,隨著通車年限的增長(zhǎng),橋頭引道段由于地基土質(zhì)不良造成的沉降、臺(tái)背填料壓縮引起路基的沉降、剛?cè)嵬蛔円鸬某料莸纫蛩?造成搭板與原基層之間存在不同程度的脫空現(xiàn)象。在長(zhǎng)時(shí)間車輛荷載的不斷作用下搭板漸漸變得松動(dòng),搭板尾部瀝青混凝土表面產(chǎn)生橫裂,加之雨水的滲入,產(chǎn)生了啃邊、唧漿甚至破損,形成跳車這一常見(jiàn)的病害。由于橋臺(tái)背沉陷、斷裂而形成了臺(tái)階,使車輛的行駛速度受到不同程度的影響。車速的降低幅度與臺(tái)階高度、路面類型、道路等級(jí)、車輛類型和行駛的初速度等有關(guān)。根據(jù)實(shí)地觀察和有關(guān)資料調(diào)查表明,當(dāng)橋頭臺(tái)階達(dá) 1.5 cm時(shí),會(huì)對(duì)車速產(chǎn)生明顯的影響,臺(tái)階每增加 1 cm,速度就會(huì)降低 3 km/h左右;而當(dāng)臺(tái)階高達(dá) 5 cm時(shí),車輛行駛顯著減速,其減速幅度平均可達(dá) 9～13 km/h,對(duì)行車安全產(chǎn)生嚴(yán)重影響。一般來(lái)說(shuō),汽車遇到橋頭臺(tái)階,要提前 150～180m實(shí)行減速,駛達(dá)臺(tái)階以后還在大約相同的距離進(jìn)行加速以恢復(fù)正常速度行駛。當(dāng)然,司機(jī)的心理狀態(tài),對(duì)道路的熟悉程度等,對(duì)通過(guò)臺(tái)階時(shí)的速度降低也有不同程度的影響。

2 注漿原理

由于搭板的松動(dòng),其尾部瀝青混凝土面層的損壞找不到一次性根治修復(fù)的措施,剛修復(fù)不久又很快拉開(kāi),周而復(fù)始。針對(duì)舊路橋臺(tái)搭板尾端、涵臺(tái)兩側(cè)約 5m范圍內(nèi)出現(xiàn)的不同程度的不均勻沉陷問(wèn)題,采用注漿加固措施處理,即利用液壓、氣壓將水泥漿注入路基,在粘性土路基內(nèi)發(fā)生徑向劈裂,漿液沿裂隙流入土體,并將土體切割成不規(guī)則的塊體,在塊體之間形成互相穿插的膠狀水泥結(jié)石,粘性土又受到充填漿液時(shí)的壓縮,形成一種復(fù)合型巖土,防止或減弱路基再下沉;在用碎石土、砂礫土填筑的路基內(nèi),漿液以滲流或紊流的方式滲入路基土孔隙,從而提高了路基強(qiáng)度和剛度,填實(shí)搭板脫空部分,讓搭板不再松動(dòng)。壓密注漿形成的土能使路面搭板上抬,使橋頭路面回升,是用濃漿置換和擠密土體的過(guò)程。通過(guò)注漿形成的水泥柱柱體也可做為半剛性基層的樁基礎(chǔ),有效地支承路面結(jié)構(gòu)層,起到雙重作用。

3 注漿材料的選擇及配比

注漿材料的選擇主要從三個(gè)方面考慮:一是適應(yīng)快速修補(bǔ)的需要,應(yīng)做到當(dāng)天注漿當(dāng)天就要開(kāi)放交通,早期強(qiáng)度要來(lái)得快;其次是要滿足壓力注漿設(shè)備的需要,操作簡(jiǎn)捷,有較好的流動(dòng)性;三是從經(jīng)濟(jì)指標(biāo)分析,應(yīng)具有可推廣價(jià)值。注漿材料可利用樹(shù)脂膠和早強(qiáng)砂漿,從試驗(yàn)結(jié)果看,幾種材料似乎均可選擇為注漿材料。樹(shù)脂膠成本太高,沒(méi)有太大的推廣價(jià)值;添加超早強(qiáng)劑的砂漿基本能滿足上述三點(diǎn)考慮,最終我們確定用超早強(qiáng)砂漿進(jìn)行施工。壓漿材料的選用非常關(guān)鍵,原來(lái)一般選用水泥漿液加添加劑,但是,存在凝固時(shí)間不易控制、和易性不好、體積干縮等弊病。在施工中選用了水泥∶水∶水玻璃∶注漿劑∶黃砂 =10∶5∶0.5∶0.5∶2的高水速凝材料,采用現(xiàn)場(chǎng)攪拌,材料凝結(jié)時(shí)間可以調(diào)控,材料混合后,凝結(jié)時(shí)間可控制在 10～60min,早期強(qiáng)度高,2 h可達(dá)到1.5MPa以上,混合料也可以和周圍土顆粒發(fā)生反應(yīng),形成強(qiáng)度,混合料凝固過(guò)程及凝固以后不收縮。

4 現(xiàn)場(chǎng)交通管制

在高速公路上進(jìn)行養(yǎng)護(hù)作業(yè),既要能確定自身的施工安全和施工質(zhì)量,同時(shí)也要保證車輛的正常通行,所以交通管制方案十分重要。理論上,早強(qiáng)砂漿終凝時(shí)間較長(zhǎng),終凝之前它的抗擾動(dòng)性較差,要想保證注漿的質(zhì)量,應(yīng)當(dāng)采用借道行駛的交通管制辦法,但這會(huì)給施工管理和車輛通行帶來(lái)不便。在實(shí)際施工中,封閉行車道和超車道,拉長(zhǎng)作業(yè)警戒長(zhǎng)度,盡可能把車輛引向停車道行駛,最大限度地減小行駛車輛對(duì)注漿搭板部位的擾動(dòng)。由于哈大高速擴(kuò)建施工正在進(jìn)行,計(jì)重收費(fèi)和限制三軸以上貨車的通行,為注漿實(shí)施提供了條件,擾動(dòng)性減少,但是也存在著與擴(kuò)建施工相互干擾,所以在施工組織上要統(tǒng)籌安排。

5 壓力注漿的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施

(1)可以在橋頭搭板存在跳車病害的路段采用探地雷達(dá)車對(duì)橋頭搭板做一次數(shù)據(jù)采集,以便確定脫空部位及程度。也可以利用鉆芯試驗(yàn)確定脫空規(guī)律,從現(xiàn)場(chǎng)鉆芯后測(cè)得,靠近臺(tái)背部分最大脫空達(dá) 11 cm,往尾部逐漸呈遞減狀態(tài),到了尾部脫空基本在 0.5 cm以下。其橫向上基本脫空程度基本相同。

(2)施工設(shè)備的配套

①90 kW可移動(dòng)式發(fā)電機(jī)組

②鉆芯取樣機(jī)

③強(qiáng)制式砂漿拌和機(jī)

④砂漿壓漿機(jī)

⑤水車、卡車

⑥鉆孔機(jī)

(3)施工步驟

①注漿口和出氣口的設(shè)置

出氣口原則在搭板的四周邊緣設(shè)置,且不宜過(guò)多,一般認(rèn)為 5～6個(gè)即可;注漿口宜設(shè)置在搭板橫向居中位置,縱向上距離臺(tái)背 1～2m處。注漿口和出氣口的布設(shè)需要用鉆孔機(jī)鉆孔,操作時(shí)間較長(zhǎng),這道工序可以提前安排,如果有條件的話,可以用探測(cè)儀確定鋼筋的位置,避開(kāi)鋼筋從而節(jié)約鉆孔的時(shí)間。注漿孔間距為 1m,采用梅花形布置,單個(gè)孔深 2m。

②砂漿拌和

在注漿前應(yīng)進(jìn)行室內(nèi)配比試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)注漿試驗(yàn)。嚴(yán)格按照配合比將一定數(shù)量的水泥、黃砂、早強(qiáng)減水劑加入強(qiáng)制式砂漿拌和機(jī)內(nèi)先行干拌后,再加人一定數(shù)量的水,泥漿水灰比可取 0.5～1,也可加入 1～2%的速凝劑或 0.3%的三乙醇氨,拌和時(shí)間不少于 3min。

③注漿

將拌好的砂漿通過(guò)壓漿機(jī)從密封的固定注漿口壓人砂漿,砂漿在壓力作用下會(huì)很快流向各出氣口部位,待某個(gè)出氣口溢出砂漿時(shí)即行用預(yù)先準(zhǔn)備好的木塞塞緊出氣口,所有出氣口都溢出砂漿后注漿工作即告完成。壓實(shí)注漿應(yīng)保證封閉泥漿凝固后方可進(jìn)行,充填微收縮的部分,使搭板和已注漿部分沒(méi)有空隙。注漿壓力 1～5MPa。單個(gè)注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn):a注漿壓力逐步升高,達(dá)到設(shè)計(jì)終壓并繼續(xù)注漿 10m in以上。b水泥漿注入量達(dá)到設(shè)計(jì)數(shù)量,且結(jié)束時(shí)的進(jìn)漿量在20～30 L/m in以下。注漿路段注漿孔完成后,進(jìn)行效果檢查和評(píng)定,不合格者補(bǔ)充鉆孔注漿。注漿結(jié)果評(píng)定標(biāo)準(zhǔn):a對(duì)注漿過(guò)程中的各種記錄資料綜合分析,注漿壓力和注漿量變化是否合理,是否達(dá)到設(shè)計(jì)要求。b橋臺(tái)兩側(cè)各取 3個(gè)注漿孔作為檢查孔。檢查孔應(yīng)鉆取巖芯,觀察漿液充填情況。施工時(shí)可根據(jù)實(shí)際情況合理調(diào)整施工參數(shù)。在注漿范圍內(nèi),注漿順序應(yīng)由外往內(nèi)進(jìn)行,即先注路基兩側(cè)及橋臺(tái)遠(yuǎn)端的土體,與橋臺(tái)臺(tái)身一起形成一個(gè)封閉圈,再注圈內(nèi)土體。注漿壓力由小到大依次施加,避免一開(kāi)始就采用大注漿壓力。最后以橋涵搭板的平面標(biāo)高和冒漿情況為檢測(cè)手段,以保證橋涵與路面的順接和搭板加固的質(zhì)量。要詳細(xì)記錄壓實(shí)注漿過(guò)程中的冒漿情況,判斷土體的擠密效果。

④路面瀝青混凝土鋪裝層恢復(fù)

注漿結(jié)束后要及時(shí)對(duì)鉆孔部位的鋪裝層用瀝青混凝土進(jìn)行修補(bǔ)性恢復(fù),以確保行車安全。并用水對(duì)路面進(jìn)行清洗,保持路容路貌。

⑤幾點(diǎn)需要注意的事項(xiàng)

準(zhǔn)備要充分,應(yīng)有施工組織設(shè)計(jì)及技術(shù)措施。材料要事先過(guò)篩再運(yùn)到現(xiàn)場(chǎng);各種設(shè)備的性能保證完好;注漿必須早開(kāi)工,注漿結(jié)束后保證有足夠的時(shí)間讓砂漿成型,天黑之前開(kāi)放交通,把行車擾動(dòng)減少到最小程度。施工時(shí)間選擇在夏季高溫季節(jié),考慮光照時(shí)間長(zhǎng),砂漿強(qiáng)度來(lái)得快。壓力注漿主要是要能形成壓力,所以注漿口必須密封,這樣砂漿才能充實(shí)每一處空隙。注漿前需認(rèn)真檢查搭板四周有沒(méi)有空洞或縫隙,特別是臺(tái)帽下的錐坡。而且,由于道路擴(kuò)建,邊坡和橋臺(tái)錐坡已經(jīng)開(kāi)挖,要在注漿過(guò)程中有專人負(fù)責(zé)檢查是否存在跑漿及漏漿現(xiàn)象,這類問(wèn)題必須先行封堵。混合料需要有一定的和易性,以方便施工。嚴(yán)格控制配比,以保證注漿的混合料結(jié)硬后不能有多余水份。保證混合料有一定的膨脹性。注漿壓力若控制不當(dāng),容易產(chǎn)生鼓包破壞原有路面。

(4)效果驗(yàn)證

注漿后通過(guò)鉆孔取樣,檢查搭板是否已經(jīng)與砂漿連成一體,無(wú)脫空現(xiàn)象,車輛通過(guò)時(shí)無(wú)抖動(dòng)現(xiàn)象。

6 經(jīng)濟(jì)指標(biāo)分析

根據(jù)處理每一整座橋梁的機(jī)械臺(tái)班和材料用量,正常處理每處搭板約需 3萬(wàn)元左右。

7 結(jié)論和建議

用超早強(qiáng)砂漿進(jìn)行壓力注漿處理橋頭搭板脫空現(xiàn)象,實(shí)踐證明此技術(shù)是可行的,從成本分析經(jīng)濟(jì)指標(biāo)看,具有一定的推廣價(jià)值。注漿工程應(yīng)用范圍較廣,還可以用于處理高填方路基沉陷,水泥混凝土面板底部脫空等工程。相信經(jīng)過(guò)建設(shè)者的不斷改進(jìn),壓漿技術(shù)必將會(huì)發(fā)展得更加完善。