橋梁隧道施工中化學(xué)灌漿技術(shù)的應(yīng)用研究

江西高新交通工程有限公司/饒守飛

南昌全景實(shí)業(yè)有限公司/鄧富

一、化學(xué)灌漿概述

化學(xué)灌漿是一種向巖石孔隙或結(jié)構(gòu)裂縫中注入可固化灌漿以改善其物理和機(jī)械性能的方法。淺層部分地填充加固主要是防止板面下沉、抬升、沉降。在達(dá)到一定目的的同時(shí)，灌漿還可以發(fā)揮其他作用：

（1）防滲：目的是降低路基土的滲透性，從而消除或減少地下水的滲流，從而降低工程場(chǎng)地或孔隙水的壓力，增強(qiáng)路基土的防滲變形能力。

（2）堵水：指切斷水流，改善工程施工作業(yè)。

（3）加固：目的是改善地基或基礎(chǔ)的力學(xué)性能，進(jìn)而恢復(fù)其完整性。

（4）減少地表沉降：降低巖土的壓縮性，從而增加巖土的變形模量，最終改善其非均質(zhì)性。

（5）增強(qiáng)地基承載力：即提高巖土的力學(xué)強(qiáng)度。

（6）加固。

二、橋梁隧道工程中灌漿施工技術(shù)的實(shí)踐應(yīng)用

（一）灌漿技術(shù)在路基崩塌災(zāi)害修復(fù)中的應(yīng)用

1.工程概況

某橋梁隧道工程已經(jīng)建成并通車(chē)多年。由于長(zhǎng)期超載碾壓和雨水侵入，路面塌陷嚴(yán)重，嚴(yán)重影響行車(chē)安全和舒適性。養(yǎng)護(hù)管理段采用加鋪瀝青混凝土的方法，但加鋪后不久病害又重新出現(xiàn)，反復(fù)加鋪后問(wèn)題無(wú)法解決。

針對(duì)以上情況，建議先采用化學(xué)灌漿對(duì)軟基進(jìn)行加固，再進(jìn)行路面鋪筑，從根本上解決路面重復(fù)損壞的問(wèn)題，達(dá)到加固路基的目的。

2.施工工藝

（1）布孔形式

路面布置兩排灌漿孔，孔距4.0m，排距1.5m，呈梅花形分布，孔深3m，如圖1所示。

圖1 灌漿布孔示意圖

（2）施工工藝

①根據(jù)孔徑圖，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)情況進(jìn)行孔位放樣。

②成孔后，安裝灌漿管，連接管道和排水溝，做好灌漿準(zhǔn)備。

③按照合理的水：水泥：化學(xué)漿配合比配制泥漿，用攪拌機(jī)攪拌1～3分鐘，使泥漿充分混合。

④泥漿配制后，應(yīng)自上而下進(jìn)行。此外，隨著壓力的增加，灌漿管的提升速度增加，進(jìn)料速度增加，但速度較慢。在此過(guò)程中，應(yīng)及時(shí)調(diào)整漿液的凝結(jié)時(shí)間。當(dāng)土質(zhì)松軟，進(jìn)泥量大時(shí)，應(yīng)及時(shí)調(diào)整泥漿的凝結(jié)時(shí)間，防止泥漿流失造成浪費(fèi)。一般來(lái)說(shuō)，漿料的凝固時(shí)間控制在90s以?xún)?nèi)。灌漿時(shí)，應(yīng)控制好壓力，一般在0.1～1.5MPa之間。

⑤最終判斷：根據(jù)灌漿速度（5 L/min）、漿管提升高度（距地面0.5m）、路面變化等。即可完成單孔灌漿。

3.處治結(jié)果

經(jīng)對(duì)受影響路段進(jìn)行化學(xué)灌漿處理后，路段已全部完工，塌陷路面恢復(fù)順利。路面拉力處理后，線(xiàn)面與路面間隙均小于1cm，效果較好。

（二）灌漿技術(shù)在路基加固中的應(yīng)用

1.工程概況

某環(huán)城橋隧工程地質(zhì)條件較差，雜填土（主應(yīng)力層）主要為雜填土（厚度1.3～3.2m，平均2.0m）、雜填土（厚度0.4～1.4m，平均0.64m）和粉細(xì)砂（厚度0.6～3.6m）。由于雜填土（kf=90 KPa）、軟塑流（kf=50 KPa）和松散飽和粉砂（標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)平均擊數(shù)，kf=100 KPa）的松散結(jié)構(gòu)，無(wú)法滿(mǎn)足路基上部荷載的要求，導(dǎo)致通車(chē)后沉降較大。為了保證該段路基的穩(wěn)定性，提高路基土方的強(qiáng)度和變形模量，滿(mǎn)足上部荷載對(duì)路基承載力的要求，提出了該段路基的灌漿加固方案。

2.灌漿設(shè)計(jì)要求

（1）灌漿標(biāo)準(zhǔn)

由于均勻性差、孔隙變化差、漿液消耗不穩(wěn)定等問(wèn)題，作為灌漿對(duì)象之一的雜填土，不僅要通過(guò)理論漿液消耗來(lái)控制，還要通過(guò)控制漿液消耗來(lái)控制，即在不同的灌漿順序下，各段的漿液消耗都會(huì)降低。

（2）漿液擴(kuò)散半徑的確定

在雜填土中，由于均勻性差，孔隙度和滲透率系數(shù)變化較大，僅用理論公式計(jì)算其擴(kuò)散半徑顯然是不合理的。根據(jù)大量經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)灌漿試驗(yàn)，確定r值1.7m。

（3）灌漿孔位布置

灌漿孔呈梅花狀分布。假設(shè)灌漿體厚度為1.66m，灌漿孔距L=2.5m，最佳排距Rm=2.33m。

（5）灌漿壓力

（6）灌漿量

3.效果檢驗(yàn)與評(píng)價(jià)

（1）效果檢驗(yàn)

①灌漿資料分析

綜合抽水和單位抽水?dāng)?shù)據(jù)分析表明，灌溉段的土隙明顯減小，表明施工段地層具有良好的灌漿性能。

②靜荷載試驗(yàn)

施工完成15天后，對(duì)5個(gè)代表性位置（包括2個(gè)灌漿點(diǎn)、2個(gè)相鄰灌漿點(diǎn)之間、1個(gè)相鄰灌漿點(diǎn)）進(jìn)行靜載試驗(yàn)。其他填充物頂面單點(diǎn)載荷為130kN或140kN，達(dá)到設(shè)計(jì)要求后停止加載。這一時(shí)期的最大沉降量?jī)H為9.31～11.72mm，平均值為10.30mm，說(shuō)明地基土尚未達(dá)到最終斷裂狀態(tài)，說(shuō)明該值是承載力的標(biāo)準(zhǔn)。

③鉆孔取芯標(biāo)貫試驗(yàn)和深槽開(kāi)挖檢查

施工完成15天后，選取12個(gè)測(cè)試點(diǎn)進(jìn)行巖心取樣和標(biāo)準(zhǔn)滲透測(cè)試。從鉆孔中取出的巖芯樣品可以看出，這些樣品中含有大量與水泥土結(jié)合力強(qiáng)的水泥石。泥土和粉狀土壤粘附。試驗(yàn)表明，水泥漿體密度增加，狀態(tài)由松散狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橹旅軤顟B(tài)（e=0.637）。標(biāo)準(zhǔn)滲透試驗(yàn)結(jié)果表明，其他填料的平均密度為11.2沖程，細(xì)砂的平均沖程從6沖程增加到11沖程。根據(jù)表中的標(biāo)準(zhǔn)負(fù)載能力，從100KPa增加到148KPa。溝渠開(kāi)挖斷面顯示，其他填料的水泥石呈片狀、條狀，特別是在堆底面與切割墊層之間，以及土體頂面之間。

（2）效果評(píng)價(jià)

經(jīng)檢查分析，其他填料能有效填充和替代真土，細(xì)砂能有效地將松散的砂層填充并壓實(shí)致密。灌漿后，三種土的強(qiáng)度都大大提高，沉降得到控制。

（三）灌漿技術(shù)在隧道接縫防水中的應(yīng)用

1.灌漿前隧道勘查

為了了解地下水位在土壤中的分布，灌漿區(qū)是否有河床水，地下水與地下水接觸面之間是否存在薄弱帶。如果出現(xiàn)軟帶，注意軟帶的范圍。化學(xué)灌漿過(guò)程中，應(yīng)調(diào)查具體流向、水溫、間隙水壓、流速和地下水位，并根據(jù)調(diào)查數(shù)據(jù)繪制隧道地層剖面圖。對(duì)不同土層的粒徑分布、滲透系數(shù)、孔隙率等進(jìn)行了測(cè)試。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，選擇合適的灌漿材料，并對(duì)地面結(jié)構(gòu)和埋藏條件進(jìn)行檢測(cè)，為后續(xù)灌漿提供準(zhǔn)確依據(jù)。除以上探討外，由于酸堿會(huì)對(duì)灌漿材料產(chǎn)生腐蝕，因此需查明灌漿層中是否含有酸堿物質(zhì)，直接影響隧道接頭防水效果。對(duì)化學(xué)灌漿層進(jìn)行pH測(cè)定。含強(qiáng)酸、強(qiáng)堿地層，應(yīng)選用抗腐蝕材料及灌漿材料。

2.設(shè)計(jì)化學(xué)灌漿孔

在灌漿口設(shè)計(jì)中，合理設(shè)計(jì)灌漿孔，確定各孔間距及大小，防止重復(fù)灌漿、漏漿現(xiàn)象，采用化學(xué)灌漿技術(shù)保證隧道接頭防水。隨滲透率的增大，灌漿材料在孔位到達(dá)接縫后擴(kuò)散。但是，傳統(tǒng)的灌漿口計(jì)算方法地質(zhì)條件復(fù)雜，參數(shù)難以標(biāo)定，造成設(shè)計(jì)偏差。采用工程類(lèi)比法進(jìn)行灌漿孔設(shè)計(jì)，通過(guò)隧洞勘察，選擇合理的孔徑。

3.施工工藝

（1）清除隧道裂縫的殘留物

隧道接頭在灌漿前必須清洗干凈，確保灌漿材料直接接觸接頭。為保證隧道連接的清潔，采用專(zhuān)門(mén)的吊鉤，再用高壓水沖洗隧道接頭，保證隧道接頭盡可能干凈。

（2）根據(jù)灌漿孔設(shè)計(jì)鉆孔

針對(duì)隧道地層特點(diǎn)，采用電錘鉆孔，按預(yù)先設(shè)計(jì)的灌漿孔設(shè)計(jì)圖紙，確定了具體直徑和距離。如有膨脹節(jié)，在膨脹節(jié)凹部設(shè)置一定數(shù)量的流通孔，流通孔深度一般應(yīng)大于50cm。灌漿后，將長(zhǎng)度約45厘米的灌漿管插入孔內(nèi)。一般用鋁管或氧氣管來(lái)阻止泥漿進(jìn)入井壁。

（3）灌漿材料

鉆完灌漿孔后，用手泵慢慢向孔內(nèi)注入灌漿材料，直至所有孔都灌漿完畢。

（4）嵌縫

嵌縫的目的是防止泥漿冒泡，保證隧道接縫處填筑材料的質(zhì)量。

（5）封孔

封孔是灌漿過(guò)程的最后一步。灌漿完成十分鐘后，用鉛絲束封孔，防止泥漿流出。

4.效果評(píng)價(jià)

隧道接縫防水采用化學(xué)灌漿技術(shù)，可防止隧道施工縫等二次襯砌結(jié)構(gòu)滲漏。其影響顯而易見(jiàn)。可有效防止隧道接頭滲漏，解決隧道問(wèn)題。

結(jié)語(yǔ)

當(dāng)前，化學(xué)灌漿是我國(guó)橋梁隧道建設(shè)的重要手段之一。這樣，掌握了化學(xué)注入法施工人員，其主要目的就是在實(shí)際施工過(guò)程中對(duì)工程安全進(jìn)行分析。灌漿法能極大地提高橋梁隧道的安全性，提高工程的整體質(zhì)量，保證交通運(yùn)輸?shù)陌踩\(yùn)行，促進(jìn)我國(guó)交通運(yùn)輸業(yè)的積極發(fā)展。