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注浆工艺在加固涵洞中的应用

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浏览:- 发布日期:2018-03-13 11:04:12【

摘要: 通过对京珠高速公路广韶段浆砌片石涵洞出现的病害进行分析, 提出利用钢花管小孔注浆的方式对基础、台后填 土及涵台身进行注浆加固, 并全面介绍具体加固原则及施工工艺, 可为涵洞加固提供一套行之有效的维修处治方法。

关键词: 浆砌片石涵洞; 注浆; 施工工艺,注浆加固,涵洞加固


1 前言

随着公路交通事业的快速发展以及道路交通量 的急剧增加, 在已修建的高速公路浆砌片石涵洞 中, 台后和基础土体沉降常常引起涵洞砌体及砼盖 板产生大量裂缝。此类病害的破坏模式有多种, 治 理方式也多种多样, 如换土复填法、固化剂法、粉 喷桩法和压力注浆法等, 其中, 压力注浆法是目前 比较理想的一种路基病害处理方法, 近年来已应用 到涵洞加固中, 并取得了比较理想的效果。


2 工程概况

京珠高速公路广韶段是我国首都连接华中、华 南主骨架公路的重要组成部分, 路段全长199.3km, 于1999年开始施工, 2002年正式通车。随着地区经济的发展, 该路段交通量急剧增加, 道路病害相继 出现。2007年5月对该段涵洞作定期检测时, 发现 全线浆砌片石盖板涵洞出现较多病害, 且病害呈现 出如下共同特点: 浆砌片石涵台身斜向开裂, 开裂 区多集中在进出口处; 现浇盖板出现横向裂缝, 该 病害多与涵台斜向开裂病害同时产生; 涵洞的侧墙 和翼墙出现裂缝; 涵台砌体灰缝脱落, 渗漏水严 重。综合分析可知, 出现这些病害的主要原因是涵 洞地基的承载能力差异较大、分布不均匀, 在荷载 作用下产生较严重的差异沉降, 从而导致砌体结构 涵台出现多处竖向、斜向裂缝; 现浇盖板的裂缝则 是由于受涵台不均匀沉降影响, 出现支承不均衡而 引起的, 台身渗水严重则是台后填土不密实且台后排水不畅所引起的。


3 涵洞加固方法比选

目前处理涵台地基沉降一般采用的方法有: 换 土复填法、固化剂法、粉喷桩法及压力注浆法, 这 几种方法均能有效地改善土体的力学特性和物理性 质, 从而达到预期的工程加固效果。对这几个方 法的综合比选具体如下:

a) 换土复填法此法是指将原路基出现病害部 分的土体挖去, 更换为符合规定要求的土体, 这种 方法简便快捷, 只要掌握好路基的填筑方法即可, 并没有复杂的技术要求, 不过该法适合于正在施工 的土质路基, 对于已经营运的高速公路, 由于采用 此法会中断交通而很少采用;

b) 固化剂法此法适用于在更换路基填料受到 限制且填料数量不大时的土体加固, 如在处理高路 堤下沉时多用此法, 对于加固地基及台后填土则较 少采用;

c) 粉喷桩法粉喷桩法处理软基土是通过专门 的机械将粉体固化剂喷出后在地基深处就地与软土 强制搅拌, 利用固化剂与桩土之间新发生的一系列 物理、化学反应在原地基中形成强度与刚度较大的 桩体, 同时也使桩周围土体性质得到改善, 此法处 理路基下沉能取得较好的效果, 但对于台后填土及 台身砌体则并不适用;

d) 压力注浆法此法就是利用压力输送的方式 将具有一定凝胶时间的浆液注入到岩土体内, 通过 浆液对松散岩土体颗粒的物理或化学形式的凝结, 或浆体压力挤压土体、充填土层孔隙, 以减少地表 水下渗, 同时土体的力学特性和水理性质都得到了 改善, 从而达到预期的工程加固效果; 钢花管压力 注浆不但对土体进行了加固, 而且由于加固后钢花 管保留在土体内, 也起到了锚固墙体的作用; 此法 基本不干扰道路交通, 加固效果良好且简单易行。 综合以上几种方法, 可以发现压力注浆法是比 较理想的一种涵台及地基不均匀沉降的处理方法。


4 注浆孔布置、注浆压力及注浆量的确定

4.1 注浆孔布置 为了保证设计和施工的准确性, 一般注浆前要 求在现场做好必要的试验, 本工程在加固前, 特地 在施工现场选择了具有代表性的涵台进行注浆试 验, 确定了相关的参数。为了充分利用注浆效果, 注浆孔采用梅花形布置, 布孔间距一般采用以下方法: 首先估算浆液扩散半径, 现假定涵台后土体均 匀分布, 则有:

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然后在注浆试验现场钻孔取芯, 对其进行详尽 的检测, 可综合确定注浆扩散半径。

4.2 注浆压力 注浆压力是控制注浆质量的一个重要因素, 一 般情况下, 使用较高的压力是有利的, 但注浆压力 不宜过大, 否则有时可能使涵台身及基础产生新的 裂隙, 且使原来的地质条件恶化, 产生新的问题, 注浆压力一般采用以下计算方法来确定:

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4.3 注浆量估算 一般注浆量是由现场试验确定的, 在没有进行 现场试验的情况下, 一般采用以下公式对单孔注浆 量进行估算:

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5 加固措施及顺序

5.1 加固措施 工程中常用的加固措施如下: a) 涵台地基加固涵台不均匀沉降可采用钢花 管压力注浆对土体进行加固, 注浆管道一般采用 "89mm厚度为4mm的钢管, 布置间距为纵向每2m 一根, 采用斜孔和竖孔交错注浆, 具体布置如图1 所示; 沿钢花管长度方向每0.1m钻2个"6mm呈螺旋 形布置的注浆孔, 注浆用水泥浆采用42.5R普通硅 酸盐水泥, 水灰比一般控制在0.45~0.8之间;

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b) 涵台身及翼墙加固涵台浆砌片石由于基础 沉降而引起开裂, 台身整体性降低, 因此对浆砌片 石涵台台身砌体本身采用小孔注浆加固, 以加强砌 体的整体性和稳定性, 增加结构的承载能力; 砌体 内注浆孔径为35mm, 注浆间距按水平距离3m、竖 向距离1m的梅花形布置;

c) 台后填土加固对浆砌片石台后填土采用钢 花管压力注浆加固, 以增加台后土体稳定性, 且钢 花管注浆孔和砌体注浆交替布置, 注浆间距为3m× 2m, 布置方式如图2所示。

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5.2 加固程序 加固方式及顺序为: a) 台身开裂处涂抹M20水 泥浆, 并让水泥浆自然注入, 不得施压, 使开裂处 紧密相贴; b) 钢花管注浆加固涵台基础; c) 台后和 台身砌体小孔注浆; d) 按左右对称先下后上的原则 在钻孔后打入前墙锚杆, 锚杆均采用!60mm×4mm 钢花管, 不加预应力, 注浆压强为0.5MPa~0.8MPa; e) 完善涵台排水系统, 若原涵台有泄水孔, 则需在 外包墙同一位置接长, 否则, 按左右对称先下后上 的原则预留并疏通泄水孔; f) 前墙锚杆分两批进行 施工, 钻孔一批立即注浆施锚, 等水泥浆达到凝固 时间后, 再施工下一批。


6 加固工艺及流程

6.1 钢花管注浆工艺流程及步骤 钢花管注浆工艺流程为: 钻孔→ 洗孔→ 下注 浆钢花管→注浆→ 结束。 钢花管注浆的施工步骤如下: a) 分序开孔、埋管、注浆, 因钢花管长度一般 为8m, 端部设2m长的不注浆段, 钢花管用丝扣连 接, 要求连接强度不小于钢花管强度; b) 在花管顶部装上压浆头进行注浆, 一般情 况下要进行洗壁注浆, 洗壁的目的是将钢花管外壁 与岩土体孔壁之间填满水泥浆, 以增加其粘结力; c) 洗壁45min~60min之后, 用水泥砂浆封堵钢 花管外侧空隙, 再用带喷头的洗孔水管插入到钢花 管底部, 用高压水边冲洗边上提, 冲洗留在花管内 的水泥浆, 以疏通出浆孔; d) 安装压浆头, 正式开始该管的第一次压力注 浆, 且进浆压力控制在0.5MPa, 第一次注浆的额定 注浆量为40kg/m~50kg/m, 注浆用纯水泥浆; e) 关上压浆头上的闸刀闷浆, 并卸下注浆胶 管, 移到另一孔进行注浆; f) 第一次压力注浆约40min~60min后, 插入带 喷头的洗孔水管到钢管底部, 用高压水进行洗孔, 以疏通钢管上的出浆孔, 然后装上压浆头进行第二 次压力注浆; g) 反复进行几次注浆, 直到注浆量达到设计要 求即可结束该管的注浆工作, 一般要求注浆5~6次。

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6.2.2 工程验收

a) 钢花管注浆效果的质量检测对于台后填土 质量检测, 可以在施工完成后对路基作弯沉值的测 定进行对比, 对基础花管注浆加固可以通过标准灌 入试验测定被加固土体的力学性能;

b) 砌体小孔注浆效果质量检测涵台身注浆后 可以通过钻孔弹性波试验测定被灌体的动弹性模量 和剪切弹性模量, 一般来说, 砌体注浆后砌体的动 弹性模量和剪切弹性模量均有所增加, 砌体的均匀 性也可以得到较好的改善。


7 结语

通过对注浆工艺在加固涵洞中的应用分析, 可 得如下结论:

a) 要达到注浆加固的预期效果, 注浆工艺非常 重要, 在施工过程中应严格按照设计要求的工序进 行认真细致的操作, 满足设计注浆压力和注浆量的 要求, 否则难以达到预期的效果;

b) 钢花管注浆加固技术处理对土体具有一定的 改良复合作用, 可改善土体结构, 有效提高台后抗 压能力及台后填土密实度, 同时也可有效地改善砌 体渗水现象; 砌体小孔注浆可提高结构的整体性和 稳定性, 同时, 基础注浆可提高结构的承载能力, 阻止涵台继续沉降;

c) 通过对台后、基础、砌体本身的注浆加固, 可大大改善涵洞的各项功能, 从而达到加固涵洞的目的.


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