史婉珂

（石家莊市公路橋梁建設(shè)集團(tuán)有限公司，河北石家莊 050000）

0 引言

由于橋臺和與之相連的路基分屬兩種不同的結(jié)構(gòu)，橋臺建成后一般不會發(fā)生沉降，而路基施工完成后還需要很長的時間才能達(dá)到穩(wěn)定，兩者的過渡段很容易產(chǎn)生差異沉降現(xiàn)象，導(dǎo)致橋頭跳車現(xiàn)象的發(fā)生，影響行車舒適性，還會給橋臺結(jié)構(gòu)造成損壞。傳統(tǒng)的注漿處治方法雖能起到一定的加固作用，但效果有限，還會受到一系列外部因素的影響。在注漿基礎(chǔ)上采用錨管進(jìn)行加筋，則能有效提高加固效果，從根本上消除差異沉降。

1 工程概況

某高速公路總長度約71.36km，共分成三期進(jìn)行建設(shè)，長度分別為42.71km、19.6km 和8.8km。路線設(shè)計時速100km，按雙向四車道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計，整體式路基總寬度為24.5m，整個橫斷面由土路肩（寬0.75m）、硬路肩（寬2.5m）、行車道（寬3.75m）、路緣帶（寬0.5m）、中分帶（寬20m）組成，其中，硬路肩、路緣帶和行車道的橫坡相同，均為2%，土路肩的橫坡為3%。該高速公路路線范圍內(nèi)設(shè)有一座大橋，其0#橋臺的位置為BPK1+942，為避免橋頭跳車問題的發(fā)生，需要對路橋過渡段處治引起足夠的重視，處治方案為：在橋頭路基約30m的區(qū)域之內(nèi)，沿橫向在坡上直接植入錨管，以此實現(xiàn)高壓注漿，錨管的布置共分成三層進(jìn)行，相鄰兩層之間的距離為2m。第一層和第二層錨管的間距相同，均為1.0m，第三層錨管的間距相比較大，為1.5m。

2 加筋注漿系統(tǒng)構(gòu)成

公路工程建設(shè)過程中，難免遇到一些特殊段落，比較常見的有路橋過渡段、路涵交匯處，這些部位大多空間狹小，因受到場地條件的影響和限制，很難保證施工作業(yè)面，常規(guī)壓實機(jī)械難以進(jìn)入和開展施工，只能借助小型機(jī)具或依靠人力進(jìn)行處理，難以達(dá)到要求的標(biāo)準(zhǔn)。由于這些部位所處位置特殊，是不均勻沉降易發(fā)與高發(fā)部位，導(dǎo)致過渡段沉降與橋頭跳車已經(jīng)成為現(xiàn)階段世界性難題之一[1]。對此，本文提出一種新穎的過渡段處治方法，即加筋注漿技術(shù)。該技術(shù)是根據(jù)設(shè)計階段制定的加固方案將長度與規(guī)格都滿足要求的錨管直接植入目標(biāo)過渡段中，然后以較高的壓力持續(xù)將預(yù)先配制完成的漿液輸入錨管當(dāng)中，使?jié){液通過錨管進(jìn)入路基填料當(dāng)中，此時錨管不僅負(fù)責(zé)注漿，還能起到一定加筋作用。注入的漿液達(dá)到固化后，能加強(qiáng)填料自身力學(xué)性質(zhì)，使整個過渡段形成一個完整的整體，進(jìn)而提高過渡段承載力，有效防治橋頭跳車。

如前所述，整個加筋注漿系統(tǒng)主要由注漿錨管與復(fù)合處治體兩部分構(gòu)成：

（1）注漿錨管。錨管由特制鋼加工而成，要求具有足夠的剛度與強(qiáng)度，外徑為48mm，壁厚為5mm，需將前端做成尖頭，并在管壁上按照30cm 的間隔距離設(shè)置孔徑為8mm 的注漿孔，按螺旋形式設(shè)置，使同一個橫縱截面僅有一個注漿孔。相鄰錨管之間的連接需嚴(yán)格按照要求的長度進(jìn)行，現(xiàn)場可采用以下兩種方式：第一種方式為借助人力在現(xiàn)場進(jìn)行焊接；第二種方式為借助專門的機(jī)械進(jìn)行絲扣連接[2]。為降低成本并便于現(xiàn)場施工，該工程采用第一種方式。

（2）復(fù)合處治體。采用加筋注漿的方法對路橋過渡段進(jìn)行處理，填料和漿體達(dá)到硬化后可以形成強(qiáng)度與剛度均較高的復(fù)合處治體，促使布置錨管的段落和土體之間形成一定黏結(jié)摩阻力，一同承擔(dān)外部荷載施加的作用，進(jìn)而從整體上改善過渡段土體力學(xué)性能，避免沉降，尤其是不均勻沉降問題的發(fā)生[3]。

3 注漿材料

漿液選擇與配置都會對最終的處治效果造成影響，該段落施工使用的是42.5 普硅水泥，為有效控制漿液凝結(jié)時間，需在施工中結(jié)合工程具體需要添加適量緩凝劑。施工前需對施工所用水泥進(jìn)行各方面檢測試驗，包括密度（采用重稱法檢測）、無側(cè)限抗壓強(qiáng)度（采用萬能材料試驗機(jī)測試，試件尺寸為50mm×50mm×50mm）、凝結(jié)時間（采用測定儀檢測）、析水率（采用玻璃量筒檢測）、流動性（采用標(biāo)準(zhǔn)漏斗檢測）、結(jié)石率（體積比）。水泥主要性能指標(biāo)實測結(jié)果為：①氧化鎂含量：1.41%；②二氧化硫含量：2.1%；③燒失量：3.21%；④細(xì)度：3.19%；⑤凝結(jié)時間：初凝151min，終凝192min；⑥安定性：合格；⑦抗折強(qiáng)度：3d 齡期4.4MPa，28d 齡期7.8MPa；⑧抗壓強(qiáng)度：3d 齡期20.5MPa，28d 齡期40.2MPa。在此基礎(chǔ)上，針對不同水灰比條件下的漿液性能進(jìn)行試驗和對比，結(jié)果如表1所示。

表1 不同水灰比條件下漿液性能試驗與對比結(jié)果

根據(jù)以上試驗結(jié)果與其他工程相關(guān)經(jīng)驗，在本次施工中將注漿材料性質(zhì)確定如下：原材料采用425普硅水泥與速凝早強(qiáng)劑，其中，水泥作為主劑，水灰比按0.75∶1～1.5∶1控制；速凝早強(qiáng)劑的作用在于速凝和早強(qiáng)，用量按照水泥劑量的0.8%～1.2%控制；漿液配置完成后，密度應(yīng)保持在1.31～1.64g/cm3范圍內(nèi)，初、終凝時間分別保持在412～445min和780～940min范圍內(nèi)，7d與28d齡期抗壓強(qiáng)度應(yīng)分別達(dá)到9.5MPa和15.3MPa[4]。

4 注漿參數(shù)

4.1 注漿壓力

結(jié)合工程具體情況，并根據(jù)現(xiàn)場試驗結(jié)果，采用0.2～0.6MPa的注漿壓力比較合適，實際施工中還要根據(jù)情況適當(dāng)調(diào)整，使?jié){液擴(kuò)散半徑達(dá)到要求，但要注意注漿壓力不能超出1MPa，否則將使土體結(jié)構(gòu)被破壞[5]。

4.2 注漿半徑

在加筋注漿施工中，注漿半徑是一個重要參數(shù)指標(biāo)，對孔位布置方式與間距都有決定性影響，而且還和包含巖土體性質(zhì)、注漿孔孔徑、注漿設(shè)備、注漿壓力與漿液流動性等在內(nèi)的指標(biāo)有關(guān)。注漿半徑一般采用計算的方法確定，有很多理論可供參考，其中最常用的就是將漿液視作牛頓流體，將注漿過程視作勻速運動過程，涉及很多計算公式，并且不同公式的適用條件有所不同，此次主要采用經(jīng)驗公式確定具體的注漿半徑：

式（1）中：α為有效充填系數(shù)；K為土體滲透系數(shù)（cm/s）；t為漿液擴(kuò)散滲透半徑（cm）；r為灌漿管半徑（cm）；β為漿液和水的黏度之比；h為灌漿壓力（MPa）；n為被灌載體孔隙率。代入數(shù)值和計算可得，本次注漿的注漿半徑在1.5～2.0m范圍內(nèi)。

4.3 注漿方法與控制標(biāo)準(zhǔn)

注漿方法為借助錨管實施漿液灌注，按照從下到上、從內(nèi)到外的順序每行隔點進(jìn)行，施工時安排專人做好現(xiàn)場監(jiān)控，在邊角和臺背側(cè)邊面積較小的區(qū)域，可適當(dāng)增加注漿量并延長一定注漿時間，從而保證漿液的灌注達(dá)到飽滿和均勻。

注漿施工中，通常難以達(dá)到理想結(jié)束狀態(tài)，所謂理想結(jié)束狀態(tài)，就是土體達(dá)到完全飽和狀態(tài)，停止吸漿。因此，施工中要采用注漿量與注漿壓力雙控原則。其中，注漿壓力控制是指當(dāng)注漿壓力增加至要求的值且連續(xù)保持至少10min 時，完成注漿；注漿量控制是指基于設(shè)計要求的注漿壓力，當(dāng)注漿效率不斷降低，且注漿量在1L/min 之內(nèi)，同時如果10min 之內(nèi)注漿壓力不再減小或減小的幅度不超過5%時，則完成注漿[6]。

5 施工工藝

5.1 施工工藝流程

根據(jù)工程具有的各項特點，制定具體加筋注漿施工方案以及注漿參數(shù)，同時編制施組設(shè)計與技術(shù)指南，采用適宜的注漿錨管與設(shè)備。加筋注漿施工應(yīng)嚴(yán)格按照以下工藝流程進(jìn)行：編制施工計劃→鉆孔精確定位→直接打入錨管→制漿→選擇注漿設(shè)備→邊緣帷幕注漿與充填固結(jié)注漿→檢查→封孔清洗管路，移至下一個注漿孔。

5.2 施工工藝方法

5.2.1 場地清理與定點

全面清理施工場地，做好安全生產(chǎn)檢查工作，設(shè)立臨時警示標(biāo)志，編制消防與緊急事件應(yīng)急處理方案。根據(jù)設(shè)計提出的要求，根據(jù)給定原則為鉆孔實施統(tǒng)一編號，并做好各項記錄工作，開工前用精度符合要求的儀器為錨管鉆孔實施精確定位，定位完成后做好標(biāo)識，其間對孔位偏差予以嚴(yán)格控制，要求不超過3cm。

5.2.2 設(shè)備與人員就位

根據(jù)工程特點，配備以下施工機(jī)械設(shè)備：2臺X740型200kW 電動空壓機(jī)；2 臺YJ0.5～10.0kPa 型注漿泵；2臺斯太爾80kW 發(fā)電機(jī)；2臺ZBD-1000型450L高速攪拌機(jī)，額定功率為7.5kW；1 臺BIX9-500 型交流弧焊機(jī)；2 臺QYI-25 型潛水泵；1 套J2 型經(jīng)緯儀；1 套S3 型水準(zhǔn)儀；3 套ZSTD-150 型氣壓振管機(jī)；2 套DHTD-1W3 型切割機(jī)。所有設(shè)備使用前都要做好調(diào)試，確保設(shè)備性能處于良好狀態(tài)。

5.2.3 錨管施工

（1）錨管施工開始前，應(yīng)先對其打入位置做準(zhǔn)確定位和編號。

（2）施工中對每根錨管做好施工記錄。

（3）錨管的打入借助氣動沖擊錘進(jìn)行。

（4）錨管施工中應(yīng)安排專人做好全過程監(jiān)控，通過檢查隨時確定施工質(zhì)量狀況，對施工中產(chǎn)生的各類問題，都應(yīng)做到立即處理和記錄。

5.2.4 壓力注漿

（1）漿液配制：錨管施工完成后盡快開始注漿，在注漿開始前需按照要求的配合比做好配料，計量方法為重量稱量法，注漿期間安排專人進(jìn)行監(jiān)督控制，誤差不可超過5%。水泥攪拌使用ZBD-1000 型高速攪拌機(jī)進(jìn)行，其水泵自帶控制裝置，可保證配料精確，通過高速攪拌能使?jié){液達(dá)到均勻，連續(xù)攪拌時間一般要達(dá)到2min 以上。預(yù)先備好貯備器，用于放置攪拌至均勻狀態(tài)的漿液，同時以較低的速度持續(xù)攪拌，然后對注漿泵和注漿管進(jìn)行連接，將漿液泵送到錨管當(dāng)中。漿液從加水到完成攪拌的持續(xù)時間不能超過水泥自身初凝時間，為保證加筋注漿實際效果，可在漿液中加入適量速凝早強(qiáng)劑，外加劑的具體摻量應(yīng)根據(jù)要求的范圍通過現(xiàn)場試驗來確定，確定用量后，添加過程中應(yīng)確保用量達(dá)到準(zhǔn)確無誤。

（2）注漿：①將錨管打入土體內(nèi)部后，應(yīng)先泵送一定量的清水，將孔底存在的殘渣稀釋，然后脫出殘渣，準(zhǔn)備開始注漿。②壓力注漿需按照從上到下和從內(nèi)到外的順序進(jìn)行，在同排鉆孔過程中，可進(jìn)行隔點注漿，但要注意兩個注漿孔施工時間間隔不能超過2h，且距離不超過5m。止?jié){塞尺寸應(yīng)與鉆孔孔徑良好適應(yīng)，以保證注漿壓力達(dá)到要求。實際施工中要結(jié)合實際情況對注漿方案進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，以確保注漿半徑切實達(dá)到設(shè)計要求。③注漿施工時，在注漿壓力達(dá)到要求的數(shù)值，且持續(xù)至少10min、注漿效率開始變小，實際注漿量在1L/min 以內(nèi)，10min 之內(nèi)的注漿壓力沒有降低或降低幅度不超過5%，則方可停止注漿。

6 加筋注漿效果檢驗

（1）由于該工程地質(zhì)條件相對復(fù)雜，所以本次采用面波探測法對加筋注漿效果進(jìn)行檢驗。檢驗系統(tǒng)的主要技術(shù)參數(shù)包括：①偏移距：6m；②道間距：1m；③接受道數(shù)：12 道；④采樣率：0.5ms；⑤記錄長度：0.8s；⑥覆蓋次數(shù)：6次；⑦震源：錘擊（24磅）。

（2）面波檢測法主要測定不同深度位置測點波速及其變化情況，進(jìn)而根據(jù)實測數(shù)據(jù)評價加筋注漿效果。本次在注漿開始前與完成后7d 分別進(jìn)行了檢測，具體結(jié)果如表2所示。

表2 波速檢測結(jié)果

從表2數(shù)據(jù)可以看出：

（1）面波波速隨路基深度的增加變大。

（2）采用加筋注漿技術(shù)進(jìn)行處治后，路基面波波速有所提升，例如在1m 深的位置，加筋注漿處治前面波波速平均值為127m/s，采用加筋注漿技術(shù)進(jìn)行處治后，面波波速的平均值達(dá)到372m/s，提升明顯，可達(dá)1.93倍；而在10m 深度處，實測面波波速更是可以達(dá)到512m/s，已與堅硬土的面波波速十分接近。

（3）加筋注漿處治開始前和完成后路基范圍內(nèi)不同層位平均波速出現(xiàn)明顯提高，表明漿液的填充封閉了填筑體存在的孔隙，能有效保證最終的處治效果。

7 結(jié)語

綜上所述，采用加筋注漿的方法可以有效處治因路橋過渡段產(chǎn)生差異沉降引起的橋頭跳車，從面波檢測結(jié)果可以看出，加筋注漿后測點面波波速遠(yuǎn)高于加筋注漿前，表明注入的漿液封閉了填筑體孔隙，該方法具有施工簡單、成本低、效果顯著等特點，可供公路工程參考應(yīng)用。