壓密注漿技術(shù)在橋頭搭板抬升的應(yīng)用

燕志剛

（廣東精特建設(shè)工程有限公司 廣州 510699）

0 引言

橋頭搭板是連接路基與橋梁的關(guān)鍵技術(shù)裝置，特別適用于行車要求較高的城市道路和高等級(jí)公路。由于許多路基處于軟基層上或由于設(shè)計(jì)缺陷、施工質(zhì)量等問題會(huì)引起橋梁搭板下沉。特別是處于軟基層時(shí)，即使對(duì)回填材料及其施工過程再加注意，由于長(zhǎng)期且高速行車的承載也會(huì)引起搭板沉降，造成搭板一邊伸縮縫下沉，導(dǎo)致車在高速行駛到橋頭時(shí)，出現(xiàn)碰撞跳車現(xiàn)象，嚴(yán)重危害到行車安全。

本文主要提出了一種通過注漿的橋頭搭板抬升方法，可以減少水泥用量、人工成本和縮短工期，快速有效地將搭板抬升至橋面坡度，并對(duì)橋頭搭板地基進(jìn)行永久性的加固處理，防止地基沉降引起橋頭跳車，確保道路交通安全。

1 抬升思路原理

傳統(tǒng)解決橋頭跳車的方法是先將搭板上的鋪裝層全部鏟除，然后直接按照原路面結(jié)構(gòu)進(jìn)行重新施工，從以往的工程項(xiàng)目顯示，此種方式不僅工期較長(zhǎng)，會(huì)對(duì)周邊交通造成長(zhǎng)期影響，而且時(shí)效性不長(zhǎng)，常常發(fā)生路面反復(fù)沉降返工的情況［1-2］。

本方法采用的鉆孔壓密注漿，根據(jù)沉降狀態(tài)布置注漿孔，分區(qū)域、分時(shí)、分段、控制注漿壓力和水泥量，將搭板抬升至橋面設(shè)計(jì)坡度。而其中的關(guān)鍵在于如何均勻地對(duì)橋臺(tái)進(jìn)行整體提升。通過對(duì)橋頭搭板網(wǎng)格狀排孔后，先對(duì)最外排四周放線并進(jìn)行鉆孔，然后均勻注漿至最外排鉆孔內(nèi)。通過高壓注漿，讓搭板邊四周以下軟基層形成一個(gè)封閉的環(huán)形空心桶狀。再按同樣的方法進(jìn)行內(nèi)圈的鉆孔、注漿，逐步形成一個(gè)實(shí)心柱狀凝結(jié)體慢慢均勻抬升橋頭搭板，直至把整體搭板抬升至滿足使用要求的位置。

2 注漿技術(shù)及配比

2.1 注漿技術(shù)

該項(xiàng)抬升方式根據(jù)實(shí)際工程需求，注漿技術(shù)選用壓密注漿技術(shù)，壓密注漿技術(shù)可以將漿液通過高壓泵注進(jìn)設(shè)定的土層，并且成為一個(gè)整體，而不會(huì)滲透到土的空隙中［3］。因此，能較好地控制抬升的位移，在不會(huì)發(fā)生土體劈裂破壞的同時(shí)，壓密附近的土體［4］。該項(xiàng)技術(shù)較多應(yīng)用于搭板下地基為中砂的情況，若搭板下為黏土，在有較好的排水裝置的情況下也可以適當(dāng)應(yīng)用［5］。

2.2 壓密注漿液的選擇

根據(jù)壓密注漿技術(shù)的需要，以及該類抬升工程的特點(diǎn)，注漿過程需防止“跑漿”情況的發(fā)生，而且選用的漿液的流動(dòng)范圍要容易得到控制，從而提升注漿位置的早期強(qiáng)度，同時(shí)有助于周圍被擠出土體的再固結(jié)和整個(gè)橋頭搭板下土層強(qiáng)度的提高［6-8］。因此，基于以上特性和需求，宜選用水泥-水玻璃雙液漿作為注漿材料，從而縮短整個(gè)工程的施工工期，同時(shí)因漿液的擴(kuò)散范圍易于控制，橋頭搭板也可以實(shí)現(xiàn)均勻抬升加固的要求。

2.3 注漿配比

在使用該項(xiàng)技術(shù)進(jìn)行橋頭搭板注漿抬升過程中，受單孔注漿時(shí)間間隔的影響，需要控制所選注漿漿液的初凝時(shí)間。一般來說單孔注漿時(shí)間間隔要大于漿液的初凝時(shí)間才可以保證注漿抬升過程順利進(jìn)行。通過目前的試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，水泥-水玻璃雙液漿的漿液配比會(huì)很大程度上影響其初凝時(shí)間［9］。

同時(shí)，漿液的凝固特性受多方面因素影響，水灰比、水玻璃加量等都會(huì)影響其初凝時(shí)間。水灰比越大，初凝時(shí)間越長(zhǎng)。水玻璃加量越大，漿液的初凝時(shí)間越短。對(duì)于雙漿液，水泥漿與水玻璃的體積比（Vc∶Vs）＜12時(shí)，漿液初凝時(shí)間一般在50 min 以內(nèi)，而當(dāng)Vc∶Vs在12～13 時(shí)，漿液初凝時(shí)間隨著Vc∶Vs的增大而急劇延長(zhǎng)［10-11］。

3 施工工藝

該方法施工主要分為10個(gè)關(guān)鍵步驟，分別是①路面結(jié)構(gòu)層清理；②鉆孔排布；③最外排注漿孔鉆孔；④埋設(shè)袖閥管；⑤封孔；⑥最外排注漿孔注漿；⑦提管；⑧搭板四周邊形成桶狀；⑨內(nèi)圈孔鉆孔及注漿；⑩養(yǎng)護(hù)及路面恢復(fù)。以下將按施工順序進(jìn)行展開。

3.1 路面結(jié)構(gòu)層清理

通過橋臺(tái)側(cè)面結(jié)構(gòu)定位搭板位置，用路面切割機(jī)將搭板正上方的路面結(jié)構(gòu)層兩端垂直切割，然后用履帶式破碎機(jī)將路面結(jié)構(gòu)層破除至搭板上表面，破除后將殘?jiān)謇砀蓛簟?/p>

3.2 鉆孔排布

橋頭搭板表面清理潔凈后，然后用墨斗線對(duì)鉆孔的位置進(jìn)行最外排孔的排布，搭板靠橋方向以與橋臺(tái)相交位置為排孔邊緣線，其他方向以搭板結(jié)構(gòu)自身邊緣為排孔邊緣線（見圖1）。

圖1 排孔邊緣線剖面Fig.1 Profile of Hole Edge Line

最外排孔中心距離排孔邊緣線50 cm，鉆孔直徑10 cm，孔間距選70～100 cm?？组g距的選擇根據(jù)具體作業(yè)環(huán)境而定（見圖2），需能保證相鄰兩孔壓力注漿后其漿液的滲透范圍能相互覆蓋，且其注漿凝結(jié)體最后能形成閉合為準(zhǔn)。

圖2 注漿孔的排布平面Fig.2 Layout Plan of Grouting Hole （cm）

3.3 最外排注漿孔鉆孔

在橋頭搭板上鉆孔前先用鋼筋探測(cè)儀探測(cè)后布置孔位。采用履帶式超前鉆機(jī)，直接從搭板表面對(duì)最外排依次進(jìn)行鉆進(jìn)成孔。成孔孔徑宜為100 mm，因這種孔徑不大，對(duì)搭板整體性的破壞小，成孔速度快，而且基本不用考慮塌孔的情形。鉆孔深度根據(jù)地質(zhì)報(bào)告圖鉆深一般情況下鉆到入強(qiáng)風(fēng)化巖便可以，所有孔的深度基本保持一致。

3.4 埋設(shè)袖閥管

注漿采用φ89 mm袖閥管，注漿體設(shè)計(jì)外徑1.1 m，袖閥管沿搭板四周環(huán)布設(shè)，搭板上設(shè)置四排袖閥管，第一排袖閥管距離搭板邊位50 cm，第二排與第一排排距1.0 m，梅花狀布設(shè)，第二排與第三排排距1.0 m，梅花狀布設(shè)，第三排與第四排排距1.0 m，梅花形布設(shè)，樁體長(zhǎng)度根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)報(bào)告鉆深，施工至強(qiáng)風(fēng)化巖層頂。袖閥管布設(shè)如圖3所示。

圖3 袖閥管布設(shè)平面Fig.3 Layout Plan of Sleeve Valve Tube

當(dāng)鉆孔到預(yù)定位置后，需立刻安裝袖閥管到設(shè)計(jì)鉆孔深度，在安裝完成的注漿管下面增加悶蓋，在注漿管安裝到鉆孔里面的同時(shí)，將其內(nèi)部灌滿水，防止浮起，以保證通入鉆孔底部。注漿管最上端必須伸出地面，同時(shí)將上端蓋上防止碎石掉入的密封蓋。

3.5 封孔

距離地面1.0 m 以下部分的鉆孔選用強(qiáng)度合適的套殼料進(jìn)行填充，在施工過程中，不僅要避免孔內(nèi)上、下串漿的情況，還需要確保充足的注漿壓力能將套殼料劈裂。因此，一般來說套殼料選用水泥∶膨潤(rùn)土∶水=1∶1.5∶1.9 的比例配制，然后將循環(huán)泥漿的連接管與擠壓式注漿機(jī)進(jìn)行連接。套殼料在壓力作用下最終到達(dá)端部，此時(shí)，泥漿在地面孔口位置被排放出來，然后經(jīng)過鉆孔口的泥漿溝排入池中。最后，如果發(fā)現(xiàn)排放出來的泥漿里面有套殼料，則應(yīng)立刻停下來，此外，為了防止注漿過程中返漿，此時(shí)可以及時(shí)將地面及地面下1.0 m位置進(jìn)行密封堵住。

3.6 最外排注漿孔注漿

當(dāng)最外排所有孔按要求成孔后，清理孔口開始分時(shí)分段注漿。漿液用配比為水∶水泥∶水玻璃=417∶417∶600 的雙漿液。而水泥一般選擇普通硅酸鹽水泥。注漿壓力值建議控制在0.2～1.0 MPa范圍內(nèi)，壓力逐步上升，最后需要保持注漿終壓并維持注漿10 min以上。全過程須仔細(xì)按鉆孔和注漿的順序進(jìn)行從下到上的逐節(jié)且分段的注漿方法，注漿壓力與注漿量都需控制。

3.7 提管

注漿過程中，施工者將每個(gè)注漿孔每段提升70 cm左右，并依次分段注漿至搭板底部?，F(xiàn)場(chǎng)施工人員應(yīng)時(shí)刻關(guān)注注漿壓力的改變。

最開始的時(shí)候首次峰值保持的時(shí)間相對(duì)較短，其原因主要是由于套殼料引起的，因此當(dāng)套殼料遭到擠碎，峰值會(huì)迅速減小，隨后壓力值也不斷降低，峰值可持續(xù)大約1 min，并且其波動(dòng)不大。

在注漿期間，土層中的縫隙被填滿，注漿壓力逐步上升，而當(dāng)?shù)诙畏逯蛋l(fā)生的時(shí)候，現(xiàn)場(chǎng)施工人員可以將注漿內(nèi)管上提，并準(zhǔn)備開始進(jìn)行下一段注漿；此外，施工者在上提注漿管時(shí)，要注意用力均勻、按一定步距，及時(shí)快速地逐段灌注漿液，采用雙塞系統(tǒng)止?jié){塞分段注漿，并最好在壓力值和注漿量滿足設(shè)計(jì)值的情況下進(jìn)行操作。當(dāng)滿足終注標(biāo)準(zhǔn)的時(shí)候，現(xiàn)場(chǎng)施工人員可以在注漿管上拔后繼續(xù)注漿，然后按順序操作成孔樁。

為保證施工效果，工人可選用1～3 次加密，并將注漿速度控制在32～68 L∕min。當(dāng)注漿到搭板底部時(shí)，水泥漿會(huì)淤處到路基側(cè)，這時(shí)就停止注漿，開始第二個(gè)孔的注漿（見圖4）。

圖4 最外排注漿孔注漿剖面Fig.4 Grouting Profile of the Outermost Grouting Hole

3.8 搭板四周邊形成桶裝

水泥-水玻璃雙液漿形成的凝結(jié)體不僅強(qiáng)度高，而且其終凝時(shí)間極短，第一個(gè)孔注漿完成后立即進(jìn)行第二個(gè)孔注漿，依次注好搭板四周最邊排孔漿。搭板四周最邊排孔注漿完成后，搭板下方已經(jīng)形成桶狀密閉空間（見圖5）。

圖5 封閉的環(huán)形柱狀凝結(jié)體平面示意圖Fig.5 Plane Schematic of Enclosed Annular Columnar Condensate

3.9 內(nèi)圈孔鉆孔及注漿

3.9.1 內(nèi)圈孔鉆孔

⑴鉆孔。最外排孔施工完畢待最上層漿液終凝后，再對(duì)內(nèi)圈第二排、第三排、第四排按之前排布好的孔位鉆孔施工，施工至強(qiáng)風(fēng)化巖層頂。

⑵埋設(shè)袖閥管。在鉆孔到預(yù)定的位置后，即可安裝袖閥管到設(shè)計(jì)孔深長(zhǎng)度。將下悶蓋添加至注漿管的端部，并同時(shí)將注漿管放入鉆好的孔中，為防止注漿管浮起，應(yīng)將注漿管中灌滿水。并且注漿管的頂部要高于施工現(xiàn)場(chǎng)地面。最后將注漿管頂部密封，以免施工時(shí)其他雜物掉入注漿管內(nèi)。而后對(duì)第二排、第三排、第四排鉆孔進(jìn)行注漿，需注意每個(gè)注漿孔注漿時(shí)，控制注漿壓力一次性注漿至離地面2～3 m 的黏土層時(shí)停止注漿。

3.9.2 內(nèi)圈孔注漿步驟

⑴第一段注漿提管。離地面2～3 m 范圍內(nèi)的黏土層孔內(nèi)注漿按每段70 cm 左右進(jìn)行，先從第二排孔開始第一段注漿，控制注漿高度在70 cm左右，同時(shí)控制注漿壓力和水泥漿量。然后按相同方法依次完成第二排、第三排、第四排上部黏土層的第一段注漿，每個(gè)注漿高度完成后同時(shí)把袖閥管提升70 cm。由于受注漿壓力作用水泥漿會(huì)在黏土層內(nèi)填充，同時(shí)對(duì)原黏土層形成向上擠壓的力。第一段注漿完成后，這時(shí)搭板在原黏土層擠壓的作用下抬升高度將會(huì)有明顯的提升，搭板處的伸縮縫處的落差會(huì)大大減少。

⑵第二段注漿提管。按第一段同樣的施工方法從第二排開始第二段注漿，每個(gè)孔注漿高70 cm左右，控制注漿壓力和水泥漿量。依次注完第二排、第三排、第四排上部黏土層注漿后，每個(gè)注漿高度完成后同時(shí)把袖閥管提升70 cm。第二段注漿完成后搭板將進(jìn)一步抬升，這時(shí)伸縮縫處的落差將縮減至3～5 mm內(nèi)。

⑶第三段注漿提管。重復(fù)第一段、第二段的施工方法進(jìn)行第三段注漿，每個(gè)孔注漿高70 cm左右，此段注漿壓力和水泥漿量不能過大，根據(jù)搭板高度進(jìn)行控制，也要依次注完第二排、第三排、第四排上部黏土層注漿（見圖6）。這時(shí)搭板已基本恢復(fù)至設(shè)計(jì)高度，伸縮縫落差在1 mm左右。

圖6 原黏土層擠壓的作用下搭板抬升Fig.6 Lifting of Slab Under Compression of Original Clay Layer

3.10 養(yǎng)護(hù)及路面恢復(fù)

注漿抬升橋頭搭板至使用要求位置后，灑水養(yǎng)護(hù)24 h。然后按照原路面結(jié)構(gòu)層進(jìn)行分層恢復(fù)，具體細(xì)節(jié)按原路面設(shè)計(jì)要求進(jìn)行。

通過以上步驟，先完成對(duì)外排孔注漿形成封閉的環(huán)形柱狀凝結(jié)體，環(huán)形柱狀凝結(jié)體在橋頭搭板基礎(chǔ)四周形成了一個(gè)封閉的桶狀結(jié)構(gòu)。然后再對(duì)內(nèi)圈孔進(jìn)行分時(shí)分段的注漿方式，可以有效地防止在孔內(nèi)壓漿的時(shí)候漿液在土層內(nèi)四溢，減少漿液對(duì)橋頭搭板抬升力的損失。當(dāng)需要保持道路的通行，可采取半幅施工的方式，先抬升其中半幅，等其施工完畢恢復(fù)正常通行后再施工另外半幅。

4 工程應(yīng)用

該項(xiàng)技術(shù)曾于2017 年3 月成功應(yīng)用于沈海高速廣州某段限速為120 km∕h 的路橋交界處，施工前交界處橋頭搭板沉降高差已達(dá)30 mm。對(duì)于以時(shí)速100～120 km∕h 行駛的車輛來說，只要20 mm 的高差就會(huì)出現(xiàn)跳車現(xiàn)象，存在極大的安全隱患。因此當(dāng)時(shí)采用了本文所提出的修復(fù)技術(shù)。整個(gè)施工過程從開始封路施工至該段高速正式恢復(fù)正常通行不超過1個(gè)月。同時(shí)至今抬升后的位置未出現(xiàn)任何沉降問題。該項(xiàng)工程在施工質(zhì)量和時(shí)間方面都得到了建設(shè)方高度肯定，同時(shí)該項(xiàng)技術(shù)也獲得設(shè)計(jì)單位和當(dāng)?shù)卣拇罅χС?。通過實(shí)際工程案例的檢驗(yàn)和長(zhǎng)期的監(jiān)測(cè)，足以證明此技術(shù)的可靠性、實(shí)用性和耐久性。這個(gè)方法不僅施工周期短，而且效果非常顯著，特別適合處理已通車的高速路橋交接處路面沉降問題。

5 結(jié)語

橋頭搭板處路面沉降是在大部分高速路中都存在的通病，按照本文介紹的方法對(duì)橋頭搭板進(jìn)行抬升，不僅能快速有效地提升搭板，且還可以將其抬升高度的誤差可以控制在約1 mm，并形成了對(duì)搭板永久性的基礎(chǔ)加固，有效提高了地基承載力，防止出現(xiàn)再次沉降。此外此種抬升方法施工成本低、操作簡(jiǎn)單、施工工期短，特別適合治理已通車的高速公路橋頭跳車問題，可廣泛地運(yùn)用到全國(guó)絕大部分地區(qū)。