桥梁路基过渡段加筋注浆处治技术

史婉珂

（石家庄市公路桥梁建设集团有限公司，河北石家庄 050000）

0 引言

由于桥台和与之相连的路基分属两种不同的结构，桥台建成后一般不会发生沉降，而路基施工完成后还需要很长的时间才能达到稳定，两者的过渡段很容易产生差异沉降现象，导致桥头跳车现象的发生，影响行车舒适性，还会给桥台结构造成损坏。传统的注浆处治方法虽能起到一定的加固作用，但效果有限，还会受到一系列外部因素的影响。在注浆基础上采用锚管进行加筋，则能有效提高加固效果，从根本上消除差异沉降。

1 工程概况

某高速公路总长度约71.36km，共分成三期进行建设，长度分别为42.71km、19.6km 和8.8km。路线设计时速100km，按双向四车道标准设计，整体式路基总宽度为24.5m，整个横断面由土路肩（宽0.75m）、硬路肩（宽2.5m）、行车道（宽3.75m）、路缘带（宽0.5m）、中分带（宽20m）组成，其中，硬路肩、路缘带和行车道的横坡相同，均为2%，土路肩的横坡为3%。该高速公路路线范围内设有一座大桥，其0#桥台的位置为BPK1+942，为避免桥头跳车问题的发生，需要对路桥过渡段处治引起足够的重视，处治方案为：在桥头路基约30m的区域之内，沿横向在坡上直接植入锚管，以此实现高压注浆，锚管的布置共分成三层进行，相邻两层之间的距离为2m。第一层和第二层锚管的间距相同，均为1.0m，第三层锚管的间距相比较大，为1.5m。

2 加筋注浆系统构成

公路工程建设过程中，难免遇到一些特殊段落，比较常见的有路桥过渡段、路涵交汇处，这些部位大多空间狭小，因受到场地条件的影响和限制，很难保证施工作业面，常规压实机械难以进入和开展施工，只能借助小型机具或依靠人力进行处理，难以达到要求的标准。由于这些部位所处位置特殊，是不均匀沉降易发与高发部位，导致过渡段沉降与桥头跳车已经成为现阶段世界性难题之一[1]。对此，本文提出一种新颖的过渡段处治方法，即加筋注浆技术。该技术是根据设计阶段制定的加固方案将长度与规格都满足要求的锚管直接植入目标过渡段中，然后以较高的压力持续将预先配制完成的浆液输入锚管当中，使浆液通过锚管进入路基填料当中，此时锚管不仅负责注浆，还能起到一定加筋作用。注入的浆液达到固化后，能加强填料自身力学性质，使整个过渡段形成一个完整的整体，进而提高过渡段承载力，有效防治桥头跳车。

如前所述，整个加筋注浆系统主要由注浆锚管与复合处治体两部分构成：

（1）注浆锚管。锚管由特制钢加工而成，要求具有足够的刚度与强度，外径为48mm，壁厚为5mm，需将前端做成尖头，并在管壁上按照30cm 的间隔距离设置孔径为8mm 的注浆孔，按螺旋形式设置，使同一个横纵截面仅有一个注浆孔。相邻锚管之间的连接需严格按照要求的长度进行，现场可采用以下两种方式：第一种方式为借助人力在现场进行焊接；第二种方式为借助专门的机械进行丝扣连接[2]。为降低成本并便于现场施工，该工程采用第一种方式。

（2）复合处治体。采用加筋注浆的方法对路桥过渡段进行处理，填料和浆体达到硬化后可以形成强度与刚度均较高的复合处治体，促使布置锚管的段落和土体之间形成一定黏结摩阻力，一同承担外部荷载施加的作用，进而从整体上改善过渡段土体力学性能，避免沉降，尤其是不均匀沉降问题的发生[3]。

3 注浆材料

浆液选择与配置都会对最终的处治效果造成影响，该段落施工使用的是42.5 普硅水泥，为有效控制浆液凝结时间，需在施工中结合工程具体需要添加适量缓凝剂。施工前需对施工所用水泥进行各方面检测试验，包括密度（采用重称法检测）、无侧限抗压强度（采用万能材料试验机测试，试件尺寸为50mm×50mm×50mm）、凝结时间（采用测定仪检测）、析水率（采用玻璃量筒检测）、流动性（采用标准漏斗检测）、结石率（体积比）。水泥主要性能指标实测结果为：①氧化镁含量：1.41%；②二氧化硫含量：2.1%；③烧失量：3.21%；④细度：3.19%；⑤凝结时间：初凝151min，终凝192min；⑥安定性：合格；⑦抗折强度：3d 龄期4.4MPa，28d 龄期7.8MPa；⑧抗压强度：3d 龄期20.5MPa，28d 龄期40.2MPa。在此基础上，针对不同水灰比条件下的浆液性能进行试验和对比，结果如表1所示。

表1 不同水灰比条件下浆液性能试验与对比结果

根据以上试验结果与其他工程相关经验，在本次施工中将注浆材料性质确定如下：原材料采用425普硅水泥与速凝早强剂，其中，水泥作为主剂，水灰比按0.75∶1～1.5∶1控制；速凝早强剂的作用在于速凝和早强，用量按照水泥剂量的0.8%～1.2%控制；浆液配置完成后，密度应保持在1.31～1.64g/cm3范围内，初、终凝时间分别保持在412～445min和780～940min范围内，7d与28d龄期抗压强度应分别达到9.5MPa和15.3MPa[4]。

4 注浆参数

4.1 注浆压力

结合工程具体情况，并根据现场试验结果，采用0.2～0.6MPa的注浆压力比较合适，实际施工中还要根据情况适当调整，使浆液扩散半径达到要求，但要注意注浆压力不能超出1MPa，否则将使土体结构被破坏[5]。

4.2 注浆半径

在加筋注浆施工中，注浆半径是一个重要参数指标，对孔位布置方式与间距都有决定性影响，而且还和包含岩土体性质、注浆孔孔径、注浆设备、注浆压力与浆液流动性等在内的指标有关。注浆半径一般采用计算的方法确定，有很多理论可供参考，其中最常用的就是将浆液视作牛顿流体，将注浆过程视作匀速运动过程，涉及很多计算公式，并且不同公式的适用条件有所不同，此次主要采用经验公式确定具体的注浆半径：

式（1）中：α为有效充填系数；K为土体渗透系数（cm/s）；t为浆液扩散渗透半径（cm）；r为灌浆管半径（cm）；β为浆液和水的黏度之比；h为灌浆压力（MPa）；n为被灌载体孔隙率。代入数值和计算可得，本次注浆的注浆半径在1.5～2.0m范围内。

4.3 注浆方法与控制标准

注浆方法为借助锚管实施浆液灌注，按照从下到上、从内到外的顺序每行隔点进行，施工时安排专人做好现场监控，在边角和台背侧边面积较小的区域，可适当增加注浆量并延长一定注浆时间，从而保证浆液的灌注达到饱满和均匀。

注浆施工中，通常难以达到理想结束状态，所谓理想结束状态，就是土体达到完全饱和状态，停止吸浆。因此，施工中要采用注浆量与注浆压力双控原则。其中，注浆压力控制是指当注浆压力增加至要求的值且连续保持至少10min 时，完成注浆；注浆量控制是指基于设计要求的注浆压力，当注浆效率不断降低，且注浆量在1L/min 之内，同时如果10min 之内注浆压力不再减小或减小的幅度不超过5%时，则完成注浆[6]。

5 施工工艺

5.1 施工工艺流程

根据工程具有的各项特点，制定具体加筋注浆施工方案以及注浆参数，同时编制施组设计与技术指南，采用适宜的注浆锚管与设备。加筋注浆施工应严格按照以下工艺流程进行：编制施工计划→钻孔精确定位→直接打入锚管→制浆→选择注浆设备→边缘帷幕注浆与充填固结注浆→检查→封孔清洗管路，移至下一个注浆孔。

5.2 施工工艺方法

5.2.1 场地清理与定点

全面清理施工场地，做好安全生产检查工作，设立临时警示标志，编制消防与紧急事件应急处理方案。根据设计提出的要求，根据给定原则为钻孔实施统一编号，并做好各项记录工作，开工前用精度符合要求的仪器为锚管钻孔实施精确定位，定位完成后做好标识，其间对孔位偏差予以严格控制，要求不超过3cm。

5.2.2 设备与人员就位

根据工程特点，配备以下施工机械设备：2台X740型200kW 电动空压机；2 台YJ0.5～10.0kPa 型注浆泵；2台斯太尔80kW 发电机；2台ZBD-1000型450L高速搅拌机，额定功率为7.5kW；1 台BIX9-500 型交流弧焊机；2 台QYI-25 型潜水泵；1 套J2 型经纬仪；1 套S3 型水准仪；3 套ZSTD-150 型气压振管机；2 套DHTD-1W3 型切割机。所有设备使用前都要做好调试，确保设备性能处于良好状态。

5.2.3 锚管施工

（1）锚管施工开始前，应先对其打入位置做准确定位和编号。

（2）施工中对每根锚管做好施工记录。

（3）锚管的打入借助气动冲击锤进行。

（4）锚管施工中应安排专人做好全过程监控，通过检查随时确定施工质量状况，对施工中产生的各类问题，都应做到立即处理和记录。

5.2.4 压力注浆

（1）浆液配制：锚管施工完成后尽快开始注浆，在注浆开始前需按照要求的配合比做好配料，计量方法为重量称量法，注浆期间安排专人进行监督控制，误差不可超过5%。水泥搅拌使用ZBD-1000 型高速搅拌机进行，其水泵自带控制装置，可保证配料精确，通过高速搅拌能使浆液达到均匀，连续搅拌时间一般要达到2min 以上。预先备好贮备器，用于放置搅拌至均匀状态的浆液，同时以较低的速度持续搅拌，然后对注浆泵和注浆管进行连接，将浆液泵送到锚管当中。浆液从加水到完成搅拌的持续时间不能超过水泥自身初凝时间，为保证加筋注浆实际效果，可在浆液中加入适量速凝早强剂，外加剂的具体掺量应根据要求的范围通过现场试验来确定，确定用量后，添加过程中应确保用量达到准确无误。

（2）注浆：①将锚管打入土体内部后，应先泵送一定量的清水，将孔底存在的残渣稀释，然后脱出残渣，准备开始注浆。②压力注浆需按照从上到下和从内到外的顺序进行，在同排钻孔过程中，可进行隔点注浆，但要注意两个注浆孔施工时间间隔不能超过2h，且距离不超过5m。止浆塞尺寸应与钻孔孔径良好适应，以保证注浆压力达到要求。实际施工中要结合实际情况对注浆方案进行适当调整，以确保注浆半径切实达到设计要求。③注浆施工时，在注浆压力达到要求的数值，且持续至少10min、注浆效率开始变小，实际注浆量在1L/min 以内，10min 之内的注浆压力没有降低或降低幅度不超过5%，则方可停止注浆。

6 加筋注浆效果检验

（1）由于该工程地质条件相对复杂，所以本次采用面波探测法对加筋注浆效果进行检验。检验系统的主要技术参数包括：①偏移距：6m；②道间距：1m；③接受道数：12 道；④采样率：0.5ms；⑤记录长度：0.8s；⑥覆盖次数：6次；⑦震源：锤击（24磅）。

（2）面波检测法主要测定不同深度位置测点波速及其变化情况，进而根据实测数据评价加筋注浆效果。本次在注浆开始前与完成后7d 分别进行了检测，具体结果如表2所示。

表2 波速检测结果

从表2数据可以看出：

（1）面波波速随路基深度的增加变大。

（2）采用加筋注浆技术进行处治后，路基面波波速有所提升，例如在1m 深的位置，加筋注浆处治前面波波速平均值为127m/s，采用加筋注浆技术进行处治后，面波波速的平均值达到372m/s，提升明显，可达1.93倍；而在10m 深度处，实测面波波速更是可以达到512m/s，已与坚硬土的面波波速十分接近。

（3）加筋注浆处治开始前和完成后路基范围内不同层位平均波速出现明显提高，表明浆液的填充封闭了填筑体存在的孔隙，能有效保证最终的处治效果。

7 结语

综上所述，采用加筋注浆的方法可以有效处治因路桥过渡段产生差异沉降引起的桥头跳车，从面波检测结果可以看出，加筋注浆后测点面波波速远高于加筋注浆前，表明注入的浆液封闭了填筑体孔隙，该方法具有施工简单、成本低、效果显著等特点，可供公路工程参考应用。