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        高速公路橋背沉降控制后注漿法應(yīng)用

        2010-08-15 00:49:27李德孝
        中國新技術(shù)新產(chǎn)品 2010年7期
        關(guān)鍵詞:施工

        李德孝

        (貴州省公路工程集團總公司,貴州 貴陽 550008)

        高速公路隨改革開放而出現(xiàn),見證了時代的巨變。截止2007年全國已建成高速公路通車里程達55780Km。預(yù)計2010年我國高速公路通車里程將達到6.5萬公里?!皹蝾^跳車”問題是高等級公路常見的一大質(zhì)量病害,主要由橋背路面沉降或搭板沉陷、斷裂造成車輛通過時產(chǎn)生跳躍,使司機和乘客感到顛簸不適,甚至造成車輛大幅度減速,嚴重的可導(dǎo)致交通事故(特別是車輛機械事故),同時跳躍的車輛又對橋涵和路面產(chǎn)生附加沖擊荷載。因而,這一病害問題受到公路建設(shè)與管理部門的廣泛關(guān)注?!皹蝾^跳車”主要發(fā)生在公路的橋臺、涵洞(通道)和擋土墻與路基的連接處,即所謂的“三背回填”區(qū)域。我國西南地區(qū)“三背回填區(qū)”也常因回填材料選擇不當(dāng),壓實度不夠,滲水和排水不暢等原因造成跳車病害,嚴重影響了公路的使用性能,大大增加了公路的運營和維修費用,此問題如解決不好將對西南地區(qū)交通發(fā)展建設(shè)造成影響。

        1 高速公路橋背沉降病害成因分析

        由于橋臺和涵洞(通道)構(gòu)筑物分別按各自的標(biāo)準(zhǔn)進行設(shè)計,沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。所以從結(jié)構(gòu)設(shè)計上,以上構(gòu)筑物與路基連接處沒有共同的設(shè)計參數(shù)控制。結(jié)構(gòu)設(shè)計、填筑材料與填筑技術(shù)、地基處理方法、施工及質(zhì)量控制與評價方法等綜合設(shè)計方法與控制指標(biāo)的不同而進一步加劇差異沉降。造成高速公路“橋頭跳車”的直接原因是橋臺與道路由于材料剛度的不同而在連接處產(chǎn)生差異性沉降,形成錯臺,導(dǎo)致跳車。

        1.1 地基沉降分析

        地基土體在上部結(jié)構(gòu)物的荷載作用下將產(chǎn)生應(yīng)力和沉降變形。土的沉降變形與土的壓縮性能密切相關(guān)。天然土體一般由三相組成,即土體礦物顆粒構(gòu)成骨架,土骨架孔隙內(nèi)充填有空氣和水。土體受壓力后從變形過程上講包括兩部分:第一部分是土顆粒的壓縮過程,土的固體部分在壓力下與其他材料一樣會產(chǎn)生壓縮和側(cè)脹,不過通常的壓力范圍內(nèi),土顆粒自身的壓縮量很小,可忽略不計;第二部分是土粒孔隙中流體的排出,土體積減小的過程,土體受壓后土顆粒之間的相互作用力增大,顆粒靠攏,土體的孔隙率減小,其中的水和氣體排出,土體積減小,產(chǎn)生沉降變形。如果土為飽和態(tài),則只有水的排出,一般假定水的流動滿足達西定律,而且認為土的體積壓縮與孔隙中水的排出量相等;如果土為非飽和狀態(tài),則既有氣體的排出,也可能有水的排出,還可能有氣體在高壓力下溶于水,土的體積壓縮與水、氣體排出量關(guān)系如何很難確定。

        在軟基地區(qū)高速公路橋背路基由于施工較快或處治力度不夠,地基的固結(jié)沉降還未完成就已經(jīng)通車,在道路自重和車輛荷載的長期作用下,路基基礎(chǔ)沉降、變形,造成“跳車”。

        1.2 回填材料壓縮變形分析

        按照施工工序,橋背路堤一般是在橋臺構(gòu)筑物完成后進行回填施工的,這樣就在橋頭形成一個填方較高、施工面狹窄、工期緊迫的作業(yè)段。在實際施工過程中,即使施工時嚴格要求,壓實度達到規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn),但由于橋背填土較高,沉降按1cm/1m計算,隨著時間推移,在自重和車輛荷載作用下,材料顆粒進一步擠密,排出水分和空氣也會累計產(chǎn)生較大的沉降量。如果受施工條件限制,壓實度不能有效保證,沉降量將會更大。一方面,在橋背與路堤的連接處,由于裂縫的產(chǎn)生,雨水會沿裂縫滲透到路基回填體,增加路堤含水量,對其造成沖刷和侵蝕,不斷帶走細小顆粒。隨著路堤和各結(jié)構(gòu)層的破壞,在車輛長期荷載作用下,必然造成橋頭路堤沉陷或搭板底部的托空,甚至搭板的斷裂;另一方面,毛細水的浸潤和地下水的入滲,也會造成路基含水量的增加和細小顆粒的流失,對路基的穩(wěn)定造成威脅。地下水的長期浸潤使得回填土體強度降低,在車輛流動荷載作用下,回填土體的蠕變也會引起邊坡變形,同時使得橋背路堤高程降低。

        除此之外,材料剛度差異、設(shè)計理念不同、施工方面等都有可能成為高速公路橋背沉降的影響因素。

        2 橋背后注漿處治施工

        橋背注漿加固是通過群孔效應(yīng),利用壓力將漿液充填到回填體的孔洞、縫隙,待其凝固后,使松散體膠結(jié),達到改善回填體結(jié)構(gòu)力學(xué)性質(zhì)、降低壓縮性的目的。

        2.1 注漿實驗工作程序

        注漿需要的機械、設(shè)備主要有:壽力P900型空壓機,宣化100型鉆機,100/15型灌漿機,80KW、30KW發(fā)電機,高壓供水泵,其它配套設(shè)施(鉆桿、鉆頭、止?jié){塞、花管等)、機具和耗材等若干。參與施工的技術(shù)人員,機長、技工等若干人。

        現(xiàn)場注漿試驗采用實驗室推薦的配比和設(shè)計參數(shù),根據(jù)注漿效果對設(shè)計參數(shù)行修正和調(diào)整。

        清理施工場地,設(shè)置好警示標(biāo)志,對施工點進行交通封閉。按照設(shè)計文件在指定地點標(biāo)出鉆孔點及鉆孔深度,孔位偏差控制在5cm的范圍,孔位統(tǒng)一編號,做好記錄。設(shè)置好水槽,儲滿水后取上層清液備用。

        注漿前波速測試,以便于注漿完畢后對比。面波測試的點位應(yīng)做好記錄,確保注漿后的測試是在橋背回填體的相應(yīng)部位。

        采用的是風(fēng)動偏心潛孔錘跟管鉆進工藝成孔,安裝鋼花管后自上而下注漿。

        按注漿次序統(tǒng)一編號、分序注漿,記錄注漿壓力、單孔注漿量、注漿時間以及注漿過程中的異常情況等。整理注漿資料,便于分析對比。

        注漿效果采用鉆孔取芯法、復(fù)灌法、面波波速法檢測。

        2.2 注漿方法與施工工藝

        注漿次序是后注漿施工的關(guān)鍵,一般的原則是從加固區(qū)域的外圍進行圍、堵、截,內(nèi)部進行充填、擠壓,以獲得較好的注漿效果,從而達到加固的目的。注漿次序分為平面次序和深度次序。

        2.2.1 成孔

        2.2.2 下鋼花管、安裝止?jié){塞封閉孔口

        止?jié){塞的工作原理是利用中心管穿一串膠塞,兩端用托盤限位,固定上端托盤,下端托盤沿中心管移動,用注漿鉆桿下端連接止?jié){塞,下到預(yù)定止?jié){位置,通過鉆桿在孔口施加一個機械壓力使膠塞產(chǎn)生縱向壓縮和橫向膨脹與孔壁擠緊,達到封隔鉆孔的目的。

        2.2.3 漿液的制備

        按各序列的配比配料,水泥、粉煤灰等固相材料采用重量稱量法計量,計量誤差小于5%。水泥、粉煤灰混合均勻后加水使用高速攪拌機ZJ-400攪拌均勻,高速攪拌機攪拌時間不小于1min。為防止石塊、雜物混入漿液,漿液流出前需經(jīng)過1mm的方孔篩過濾。制備好的漿液先置于儲漿桶,低速攪拌,然后用泵和連接膠管輸送至灌漿點。漿液從開始制備至用完的時間不大于4h,超過此標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)廢棄。制漿溫度保持在5~40℃。按規(guī)范要求,現(xiàn)場抽取一定批次的漿液用于結(jié)石率和抗壓強度的測試。

        2.2.4 壓力注漿

        壓力注漿采用自上而下的方式,在封閉孔口后分段實施,同排不同序注漿的時間間隔不小于4小時,同時施工的兩注漿孔距離不小于5m。

        2.2.5 異常情況的處理

        灌漿過程中,選用適宜的漿液,適時地變換漿液配合比,合理地控制灌漿壓力并使它們之間很好地配合,是保證灌漿質(zhì)量的重要因素。

        2.2.6 注漿結(jié)束封孔

        采用灌漿泵壓漿封孔法,向孔內(nèi)下入灌漿管,泵入已拌制好的水:水泥:砂=1:0.5:0.8的水泥砂漿,一邊壓漿一邊提升灌漿管,直至孔口返出水泥砂漿后為止,封孔結(jié)束。

        2.2.7 施工流程:定孔位→安裝鉆機→成孔→鋼花管注漿→止?jié){→孔口封閉→復(fù)灌檢測。

        [1]李峻利,姚代祖.路基設(shè)計原理與計算[M].北京:人民交通出版社,2001.

        [2]劉松玉等.公路地基處理[M].南京:東南大學(xué)出版社,2001.

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