高速公路拱涵拱圈裂缝注浆处理技术

2017-04-13

四川水泥 2017年4期

（中铁十六局集团第四工程有限公司北京怀柔 101400）

高速公路拱涵拱圈裂缝注浆处理技术

刘茂辉

（中铁十六局集团第四工程有限公司北京怀柔 101400）

高速公路的建设对于国家经济发展而言非常重要。高速公路的建成可以为各级别的客运货运提供帮助，促进地区的各类经济贸易往来，带动物流产业的迅猛发展等。近年来，我国高速公路建设发展迅猛。据报道，截止到2016年底，全国高速通车总里程已达13万公里，且国家在今后的几年中还要加大对高速公路的投入。在取得进展欣喜的同时，也要看到存在的问题。高速公路在施工过程中，混凝土拱涵作为一种常见的结构物，施工中拱圈常会因各种原因出现裂缝，进而对整体工程质量产生较大影响。本文试图分析我国现阶段高速公路建设拱涵拱圈出现裂缝的原因，并结合注浆技术给出解决方案，为我国高速公路的整体发展做出贡献。

高速公路；拱涵拱圈；注浆技术

1 引言

拱涵属于涵洞中一种常见的结构形式，主要用于人或者小型的机械以及车辆的通过，也可用于排水及满足其它需求。由于其结构具有较好的抗压性，高速公路涵洞常采用拱涵形式。在我国现阶段高速公路的建设过程中，拱涵可以分为石拱涵、钢筋混凝土拱涵等，拱涵的主要组成部分包括涵身和洞口。拱圈是基于拱架结构的、类似屋顶的半圆形状的结构。在当前阶段，我国高速公路建设过程中，拱涵拱圈常常出现裂缝的状况，严重影响建设工程的进展，对整体工程质量而言也是非常不利的。所以开展相关研究来处理该问题很有必要。

2 高速公路拱涵拱顶出现裂缝的原因

2.1实例现状调查

笔者以我国交通部2016年对外公布的《高速公路发展报告》作为统计依据，整理发现我国高速公路拱涵拱圈在建设过程中出现裂缝的概率大致在75%左右，具体裂缝的宽度平均在4mm左右，最大实际测量的裂缝在10cm左右的；由于裂缝所产生的沉降位置移动平均在9mm左右。整体来看我国高速公路建设过程中拱涵拱圈出现裂缝的原因可以分为四类，即地基承载力不足、涵底基础调节能力较差、设计承载力有问题、受力不均匀处于偏压。

2.2具体原因分析

2.2.1 地基承载力不足

拱涵之所以会出现拱圈裂缝变形，其主要原因就是因为拱涵大部分建立在软土地基之上，而地基的承载力不能满足设计承重的要求，从而导致地基承载力不足而出现裂缝，加之其基础范围内承载力分布往往不均匀，其沉降量差异较大，就会导致不稳定的移动情况出现，进而造成拱涵拱圈裂缝变形。对于拱涵来说，地质条件或地基处理结果好坏是裂缝开裂与否的关键。针对地基承载力不足，主要是采用换填处理解决。

2.2.2 涵底基础调节能力较差

涵洞涵底基础大部分都是分节式的结构，每节受力不均匀或其承载力不同，基础调节能力较较差，往往不能结合实际的地基情况进行自我调节，无法构建起整体的受力土层，进而产生不均匀沉降的情况，而造成裂缝的出现，进而影响拱涵和拱圈的质量。施工中应尽量保证涵洞每节基础处在大致相当的承载力上面，确保基础是一个整体。

2.2.3 设计承载力有问题

在设计过程中，很多的设计者都会出现较多的设计问题。最常出现的有设计承载力偏小、基础的尺寸过小、结构形式不能满足要求等。而实际使用中荷载较大，导致涵洞受力大于可以承受的范围，持续的挤压最终造成裂缝的出现。因此设计过程中，应全面了解地质情况并结合荷载情况给予充分的考虑。

2.2.4 受力不均匀，处于偏压状态

由于涵洞两侧土压力大小不一致，涵洞处于偏压状态，导致相对位移出现裂缝。实际施工中，由于各种情况的出现难以保证对称均衡填土，导致两侧的压实度不均。因此应合理施工，确保对称均衡填土，使涵洞处于正常受力状态。

3 高速公路拱涵拱圈裂缝注浆处理技术

3.1注浆技术概述

所谓的注浆技术，指的是结合给压设备采用适当的方法对可以固化的浆液材料通过各类钻孔注入到地层或混凝土结构中的裂缝或孔隙中等，通过置换、充填、挤压等方式以改善其物理力学性质的方法，从而减小裂缝或孔隙满足要求。注浆技术的使用，能够使混凝土结构物裂缝得到很好的改善，确保结构物的使用性能。对于混凝土结构裂缝小、开裂范围有限且趋于稳定的裂缝通常可以采用注浆技术处理。将注浆技术应用到高速公路拱涵拱圈裂缝处理中，大大减少因拱涵拱圈开裂造成的不必要的返工处理，有利于提升拱涵的使用寿命，对拱圈裂缝问题是一种很好的补救措施，保证涵洞结构物处于正常运行，具有很好的使用价值和经济价值。

高速公路实际建设过程中的注浆技术使用

3.2工程案例

笔者以山西某高速公路项目1-2.0×2.0m拱涵为例，该涵洞设计长度为50.9米，基础、台身为C25片石混凝土，拱圈采用C30素混凝土设计。拱顶距离路面约4米左右,地基设计承载力为400KPa，基础开挖采用机械开挖人工找平。开挖后经触探试验地基承载力为550KPa，大于设计承载力满足设计要求。涵洞上方填土完成后大约40天左右，拱脚向上1/3拱圈处出现约30m长的纵向裂缝，裂缝宽度1-2mm，台身及基础未发现有裂缝出现。经初步分析该裂缝是由于施工时台后一侧空间较大，可以采用机械压实，压实效果较好；而另外一侧作业空间较小，无法采用机械压实，只能采用小型机具人工夯实，夯实效果不如机械压实效果，造成台后两侧土压力大小不同，加上涵洞拱圈采用素混凝土而非钢筋混凝土施工，结构较脆，抗压强度较差，从而导致涵洞相对位移出现裂缝。观察一段时间后裂缝长度和宽度无明显变化，确定裂缝已趋于稳定，无继续扩张趋势。由于地基承载力满足要求，加上台身及基础未出现裂缝且裂缝已经稳定，经多方案比选后采用对其拱圈注浆处理裂缝即可满足其使用性能，相比其它方案节约人力和物力成本。其具体处理措施为：

首先将拱圈裂缝范围内的拱圈擦拭干净，使拱圈裂缝明显露出，并标注出其长度和宽度。采用手持冲击钻每隔50cm钻直径为2cm、深度为40cm的注浆孔，注浆孔完成后采用高压风枪将里面的残渣清理干净；而后将裂缝凿成V形槽，在槽面上涂一层1.5cm的环氧树脂，再抹水泥砂浆封堵将裂缝暂时封闭；待砂浆强度满足要求后，采用压力为2.0MPa的压浆泵将水灰比为0.27的压浆剂从第一个孔开始注入。为增强注浆效果，选用的压浆剂应具有微膨胀、早强性、充盈度高。注浆管不宜太短，其长度应贯穿整个构造物，注浆时邻孔为排气孔，在排气孔冒出同浓度浆液后即对压浆孔和排气孔进行堵塞，压浆时应采用从同一个方向施工；注浆完成后，应对注浆孔进行封堵。首先清除注浆孔内泥浆，使注浆孔内干净无浮灰，然后采用微膨胀水泥砂浆填充封堵，封堵应密实，保证不脱落不收缩，最后进行收面抹平采用覆盖混凝土养护薄膜养护。

为确保涵洞注浆后的外观效果，需对外观进行修饰。待注浆强度达到一定程度后，将拱圈范围内的水泥泥浆打磨干净，然后涂装混凝土颜色调和漆进行表观处理，处理后拱圈外观颜色一致，无修复痕迹，收到良好的效果

3.2.1 注浆注意事项

在实际操作中，首先应当备好各类需要的工具，尤其是注浆嘴、注浆管和压浆设备。其次注浆嘴应埋设稳固，底盘用丙酮擦洗干净，将环氧胶泥均匀涂抹在底盘周围，厚度1～2mm，端头连接到乳胶管上，以备压浆及封口用；再将压浆阀门打开，使其中的空气、水分、灰尘都被排出去，保证干净的环境。压浆必须按照一定顺序进行，应先压出水口一侧上的孔，再压其它孔，依次向前推移。压浆时对每个孔位的压力和时间应严格把握，压力达不到不行，达到了不稳定也不行，稳定时间对压浆结果有很大影响。注浆时压力必须均匀上升，严禁气压的急剧变化，人员必须戴防护眼镜，防止浆液冲出伤人。施工人员严禁站在压浆嘴正面施工。同一孔道压浆应一次完成，不得中途停压，因故中途停压不能连续一次压满时，应立即用压力水冲干净，研究处理后在压浆。