桥梁隧道施工中化学灌浆技术的应用研究

2021-11-30江西高新交通工程有限公司饶守飞

人民交通 2021年21期

关键词：浆液泥浆灌浆

江西高新交通工程有限公司/饶守飞

南昌全景实业有限公司/邓富

一、化学灌浆概述

化学灌浆是一种向岩石孔隙或结构裂缝中注入可固化灌浆以改善其物理和机械性能的方法。浅层部分地填充加固主要是防止板面下沉、抬升、沉降。在达到一定目的的同时，灌浆还可以发挥其他作用：

（1）防渗：目的是降低路基土的渗透性，从而消除或减少地下水的渗流，从而降低工程场地或孔隙水的压力，增强路基土的防渗变形能力。

（2）堵水：指切断水流，改善工程施工作业。

（3）加固：目的是改善地基或基础的力学性能，进而恢复其完整性。

（4）减少地表沉降：降低岩土的压缩性，从而增加岩土的变形模量，最终改善其非均质性。

（5）增强地基承载力：即提高岩土的力学强度。

（6）加固。

二、桥梁隧道工程中灌浆施工技术的实践应用

（一）灌浆技术在路基崩塌灾害修复中的应用

1.工程概况

某桥梁隧道工程已经建成并通车多年。由于长期超载碾压和雨水侵入，路面塌陷严重，严重影响行车安全和舒适性。养护管理段采用加铺沥青混凝土的方法，但加铺后不久病害又重新出现，反复加铺后问题无法解决。

针对以上情况，建议先采用化学灌浆对软基进行加固，再进行路面铺筑，从根本上解决路面重复损坏的问题，达到加固路基的目的。

2.施工工艺

（1）布孔形式

路面布置两排灌浆孔，孔距4.0m，排距1.5m，呈梅花形分布，孔深3m，如图1所示。

图1 灌浆布孔示意图

（2）施工工艺

①根据孔径图，结合现场情况进行孔位放样。

②成孔后，安装灌浆管，连接管道和排水沟，做好灌浆准备。

③按照合理的水：水泥：化学浆配合比配制泥浆，用搅拌机搅拌1～3分钟，使泥浆充分混合。

④泥浆配制后，应自上而下进行。此外，随着压力的增加，灌浆管的提升速度增加，进料速度增加，但速度较慢。在此过程中，应及时调整浆液的凝结时间。当土质松软，进泥量大时，应及时调整泥浆的凝结时间，防止泥浆流失造成浪费。一般来说，浆料的凝固时间控制在90s以内。灌浆时，应控制好压力，一般在0.1～1.5MPa之间。

⑤最终判断：根据灌浆速度（5 L/min）、浆管提升高度（距地面0.5m）、路面变化等。即可完成单孔灌浆。

3.处治结果

经对受影响路段进行化学灌浆处理后，路段已全部完工，塌陷路面恢复顺利。路面拉力处理后，线面与路面间隙均小于1cm，效果较好。

（二）灌浆技术在路基加固中的应用

1.工程概况

某环城桥隧工程地质条件较差，杂填土（主应力层）主要为杂填土（厚度1.3～3.2m，平均2.0m）、杂填土（厚度0.4～1.4m，平均0.64m）和粉细砂（厚度0.6～3.6m）。由于杂填土（kf=90 KPa）、软塑流（kf=50 KPa）和松散饱和粉砂（标准贯入试验平均击数，kf=100 KPa）的松散结构，无法满足路基上部荷载的要求，导致通车后沉降较大。为了保证该段路基的稳定性，提高路基土方的强度和变形模量，满足上部荷载对路基承载力的要求，提出了该段路基的灌浆加固方案。

2.灌浆设计要求

（1）灌浆标准

由于均匀性差、孔隙变化差、浆液消耗不稳定等问题，作为灌浆对象之一的杂填土，不仅要通过理论浆液消耗来控制，还要通过控制浆液消耗来控制，即在不同的灌浆顺序下，各段的浆液消耗都会降低。

（2）浆液扩散半径的确定

在杂填土中，由于均匀性差，孔隙度和渗透率系数变化较大，仅用理论公式计算其扩散半径显然是不合理的。根据大量经验数据，通过现场灌浆试验，确定r值1.7m。

（3）灌浆孔位布置

灌浆孔呈梅花状分布。假设灌浆体厚度为1.66m，灌浆孔距L=2.5m，最佳排距Rm=2.33m。

（5）灌浆压力

（6）灌浆量

3.效果检验与评价

（1）效果检验

①灌浆资料分析

综合抽水和单位抽水数据分析表明，灌溉段的土隙明显减小，表明施工段地层具有良好的灌浆性能。

②静荷载试验

施工完成15天后，对5个代表性位置（包括2个灌浆点、2个相邻灌浆点之间、1个相邻灌浆点）进行静载试验。其他填充物顶面单点载荷为130kN或140kN，达到设计要求后停止加载。这一时期的最大沉降量仅为9.31～11.72mm，平均值为10.30mm，说明地基土尚未达到最终断裂状态，说明该值是承载力的标准。

③钻孔取芯标贯试验和深槽开挖检查

施工完成15天后，选取12个测试点进行岩心取样和标准渗透测试。从钻孔中取出的岩芯样品可以看出，这些样品中含有大量与水泥土结合力强的水泥石。泥土和粉状土壤粘附。试验表明，水泥浆体密度增加，状态由松散状态转变为致密状态（e=0.637）。标准渗透试验结果表明，其他填料的平均密度为11.2冲程，细砂的平均冲程从6冲程增加到11冲程。根据表中的标准负载能力，从100KPa增加到148KPa。沟渠开挖断面显示，其他填料的水泥石呈片状、条状，特别是在堆底面与切割垫层之间，以及土体顶面之间。

（2）效果评价

经检查分析，其他填料能有效填充和替代真土，细砂能有效地将松散的砂层填充并压实致密。灌浆后，三种土的强度都大大提高，沉降得到控制。

（三）灌浆技术在隧道接缝防水中的应用

1.灌浆前隧道勘查

为了了解地下水位在土壤中的分布，灌浆区是否有河床水，地下水与地下水接触面之间是否存在薄弱带。如果出现软带，注意软带的范围。化学灌浆过程中，应调查具体流向、水温、间隙水压、流速和地下水位，并根据调查数据绘制隧道地层剖面图。对不同土层的粒径分布、渗透系数、孔隙率等进行了测试。根据试验结果，选择合适的灌浆材料，并对地面结构和埋藏条件进行检测，为后续灌浆提供准确依据。除以上探讨外，由于酸碱会对灌浆材料产生腐蚀，因此需查明灌浆层中是否含有酸碱物质，直接影响隧道接头防水效果。对化学灌浆层进行pH测定。含强酸、强碱地层，应选用抗腐蚀材料及灌浆材料。

2.设计化学灌浆孔

在灌浆口设计中，合理设计灌浆孔，确定各孔间距及大小，防止重复灌浆、漏浆现象，采用化学灌浆技术保证隧道接头防水。随渗透率的增大，灌浆材料在孔位到达接缝后扩散。但是，传统的灌浆口计算方法地质条件复杂，参数难以标定，造成设计偏差。采用工程类比法进行灌浆孔设计，通过隧洞勘察，选择合理的孔径。

3.施工工艺

（1）清除隧道裂缝的残留物

隧道接头在灌浆前必须清洗干净，确保灌浆材料直接接触接头。为保证隧道连接的清洁，采用专门的吊钩，再用高压水冲洗隧道接头，保证隧道接头尽可能干净。

（2）根据灌浆孔设计钻孔

针对隧道地层特点，采用电锤钻孔，按预先设计的灌浆孔设计图纸，确定了具体直径和距离。如有膨胀节，在膨胀节凹部设置一定数量的流通孔，流通孔深度一般应大于50cm。灌浆后，将长度约45厘米的灌浆管插入孔内。一般用铝管或氧气管来阻止泥浆进入井壁。

（3）灌浆材料

钻完灌浆孔后，用手泵慢慢向孔内注入灌浆材料，直至所有孔都灌浆完毕。

（4）嵌缝

嵌缝的目的是防止泥浆冒泡，保证隧道接缝处填筑材料的质量。

（5）封孔