静压法进行小桥涵台后下沉的施工控制

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摘 要：路基下沉是引起桥头跳车、桥台裂缝、路面下沉等病害现象的主要原因。在不封闭交通的情况下进行路基压浆加固处理是以上病害处置的有效方法。本文从一实例阐述了干法造孔及静力低压注浆在基础加固中的应用情况。

关键词：压浆法 基础处理

中图分类号：TU74文献标识码：A

一、工程概况

京福高速公路界张段于2000年12月建成通车，全线基本全部为填土路基，尤其高填土段（H≥3.0m）小桥涵分布较多，经过多运行发现，部分小桥涵台背填土发生滑移或基础下沉，引起桥头跳车、路面下沉、标线变位等病害，其中个别严重者引起台身横向裂缝，对桥梁的安全性能构成较大的威胁，此类病害的处置不能简单的进行裂缝注浆封闭、路面重新铺筑沥青混凝土面层，应综合分析填土和基础原因，解决基础承载力不足及填土不密实的问题，才能从根本上避免缺陷的继续发展，保证桥涵的安全性能，确保高速公路安全舒适畅通。

通过实地测量发现该桥涵下沉范围为涵洞以北10 m以南20m，设计标高81.385，实际测量最大下沉量在盖板涵台背南侧1.8米处，标高81.301相对下沉量8.5CM，整体下沉面积达400m2。此涵洞为1-3m钢筋砼盖板涵，路基自然填土高度为4.45m，路面发生下沉后，我们密切观察了桥台的变化，发现下沉初期南侧桥台出现了小于0.1mm的贯通横向裂缝，没有竖向裂缝，路面下沉半年后、汛期前裂缝没有发展，但在汛期后发现裂缝发展较快，最宽处已经0.4mm，对裂缝情况在桥台上作了红线标记。查看原始施工资料发现，该处基底承载力设计要求0.16mpa，土样为亚粘土，施工记录实际检测基底承载力为2.10 mpa，因此不是天然软土地基，基本可以认为路基回填不够密实，填前压实度并没有达到设计要求，或者路基清理表层不彻底，尚有大量腐蚀质在路基下面，在长期动载压力和雨水渗透作用下，路基填土空隙处不断受到挤压引起台背填土移动、继而引起桥台裂缝，鉴于没有出现竖向裂缝可以排除基地不均匀沉降，初步确定为路基整体承载力不足、施工存在缺陷。

二、施工方案

（一）地质资料的钻探。

钻探的目的是探明自然地质及填土路基材料现状，软弱持力层所在深度、土质情况，确定加固方法。经过钻探发现，该桥涵所处地貌类型为山前冲击平原，地下水为第四系孔隙潜水，变化幅度受季节变化影响较大，因此汛期变化明显。天然地基土质分层为粉质粘土、粘土、砂性土，包括路基填土土工实验见下表。

实验探孔分布在桥洞底部探孔2个，孔距24m，路面桥台两侧3m处探孔各2个，位置在下沉量最大处1个，路肩处1个，合计6个钻探孔，详细钻探资料见下表。

表1：地质钻探成果表

层序号 土样名称 天然空隙比

E0 压缩实验天然

Es（Mpa） 标准贯入

击数N

承载力

（Kpa） 压缩模量Es（Mpa）

1 素填土 0.534~0.818 4.1~12.3 17.1 100 4.33

2 素填土 0.632~0.874 2.5~4.6 3.8 140 3.38

3 亚粘土 0.615~0.644 4.4~8.3 4.4 130 6.13

4 粗砾砂 18.4 12.8 200 20.0

5 粘土 0.822 7.4 9.1 220 9.50

（二）灌浆施工的物理化学原理

灌浆是采用机械设备在一定的压力作用下，具有固化性能的水泥浆液被压入路基填料或天然地基土的空隙内，使之在一定范围内扩散、渗透充填挤压扩展形成浆脉，克服地层的初始应力和抗拉强度，钻孔周围土体被挤压填实，紧靠浆体的土体遭受破坏和剪切，形成朔性变形区，离浆体较远的土体则发生弹性变形，土颗粒被挤压紧密，随着压浆的进行原土体将在压力作用下产生裂缝，浆液顺着裂缝进行渗透，在土体的各个层面中向各个方向进行挤压延伸，形成了厚薄不一、形状各异的浆体，纵横交错的浆脉凝结固化，改变了土体结构，形成复合地基，提高了地基强度，增强了土基础稳定性，有效抑制沉陷的发生、发展。灌浆按照灌浆理论划分为渗透灌浆、压密灌浆和劈裂灌浆等；按机械使用方式可分为静力低压灌浆、高压旋喷灌浆等；按施工方法分为分段循环灌浆、花管灌浆、袖阀管灌浆等。近年来，随着对高速公路行车舒适性和安全性要求的提高，在加固桥梁台背填土、基础下沉的应用上取得了一定的成果。水泥硬化能有效固结回填介质，使天然砂性土壤成团近似于板块基础，减少土质中的含水量，避免台后填土的滑移沉陷，加强填土的稳定性、提高基础承载力。

（三）路基压浆的施工方案设计

灌浆方法的确定：根据钻探资料，可以确定主要下沉原因在粗砾砂层以上的土质不能满足承载力要求，可以采用静压灌浆的方法处理。

压浆平面范围：根据路面下沉范围确定以桥涵下基础及近台侧灌浆为主，按照台以北2排孔、涵洞内1排孔、台以南3排孔进行梅花式布孔，根据压浆扩散范围确定孔距为3米。布孔平面示意图如下：

为一序孔

为二序孔

布孔平面示意图

钻孔深度：拟灌浆到基底粗砾砂层，平均深度在8.7米。采用低压灌浆，压力范围在0.2~0.3Mpa，最大控制压力0.4Mpa。

造孔方法：由于必须在涵洞内钻孔灌浆，受洞内净高限制不能采用路面上经常使用的水循环钻机钻孔方法，因此采用浅孔钻机、干法造孔，此种钻机具有井架高度低、不需水冲循环，利用空气压力将钻头在进尺时钻出的钻杆内的填土颗粒吹到外部空气中，冲击式钻孔，操作简单，还能够避免水循环钻机对路面的污染。

水泥浆配合比选择：采用PO32.5普通硅酸盐，初步确定灌浆以0.6：1，封孔为0.5：1。实际灌浆发现0.6：1效果不佳，难以保证吃浆达到预期范围，因此调整到0.8：1。

灌浆施工及压浆过程的记录与测量：钻孔至设计深度后，下1m的套管封住路基碎石土以上部分，开始灌浆。灌浆压力视吃浆情况而定，首先用0.2Mpa左右的压力，若一次单孔吃浆量小于300L/m时，逐步提高压力到吃浆量能够达到300L/m为止恒压灌进，灌浆最大压力控制在0.4Mpa，若压力在0.2Mpa以下、一次单孔吃浆量大于1000L/m时，采用待凝复灌的方法，待凝时间在24~48小时之间。在稳定压力下，单孔吃浆量不大于1L/min，继续灌注30分钟即可结速灌浆，拔出套管后用0.5：1的水泥浆并抛填石子砂子捣实封孔即可。

灌浆过程中应该详细记录钻孔时间、钻孔进尺、是否达到预计深度，开始压浆时间，压浆时压力控制，最大压力，最小压力，最终吃浆量，还要按照标准要求抽检浆液性能、加强路基变形观察，填写钻孔压浆记录表。

表2：路基压浆记录表

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 位置

1 6.45 6.40 6.33 8.17 7.10 6.8 5.44 5.00 5.22 6.70 4.96 4.41 4.30 8.27 桥台北

2 7.25 6.7 5.78 5.4 5.23 6.44 6.48 6.79 7.22 7.6 6.50 6.1 6.17 5.66 桥台北

3 10.3 10.7 11.67 8.16 8.5 9.18 7.36 6.8 7.25 10.5 8.16 7.36 8.16 9.3 涵洞内

4 7.93 7.7 10.9 8.95 8.27 8.39 7.25 10.65 5.89 6.9 7.7 8.05 9.18 7.71 桥台南

5 9.86 8.27 7.59 6.57 8.27 6.9 9.63 6.69 7.25 7.03 7.48 8.84 6.57 7.7 桥台南

6 8.38 8.5 8.05 8.27 7.80 8.5 8.05 8.39 8.6 7.6 8.16 8.6 7.8 8.27 桥台南

7 8.05 7.7 7.8 8.16 8.27 7.7 7.8 6.9 8.05 7.37 7.7 8.16 8.5 8.95 桥台南

从压浆记录表中压浆量可以看出，虽然路基填土部分发生软弱变化在位置、深度上没有规律，但是通过压浆可以把填土路基的空隙填充密实，阻止路基继续滑移、下沉，避免台后填土变位引起裂缝发展；从涵洞内的压浆量分析，越是砂性基础容浆量越大，通过压浆处理可以把涵洞基底以下土质固化，增强地基承载力。

路基压浆稳定后应测量记录好路面及涵洞基底高程，定期观察记录变化情况。

三、桥涵、路面施工的安全控制

（一）交通控制：高速公路路面上施工尽量不进行全幅封闭，因此必须按照规范严格布控，确保施工期间安全畅通。

（二）桥底支撑：在路面上灌浆时应该充分考虑到桥台的安全，采用全台横向支撑，以免灌浆压力对桥台产生侧压破坏，在全部工程完成、压力释放完毕后撤除支撑。

四、结语

干法造孔和静压灌浆的方法进行路基的加固处理，能够不破坏原路面，不封闭交通，达到速凝速固、充填密实的效果，安全、有效处治涵洞基础软弱病害及由此引起的桥台横向裂缝的水泥浆灌注，适合高速公路小桥涵基础下沉的处理工艺。

参考文献

[1]《公路养护技术规范》

[2]《水工建筑物水泥灌浆施工技术规范》

[3]《高速公路企业经营管理实务全书》

[4]《压浆法处治既有路基下软弱地基实践》余永照ADMIN2003-8-6