鹰瑞高速八工排大桥0#桥台地基注浆固结施工技术

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摘要：鹰瑞高速D10合同段八工排大桥0号桥台地质情况非常复杂，该处溶洞成串珠状，钻孔桩很难找到符合设计要求的持力层。经过鹰瑞高速的桥梁专家组和本项目设计单位的共同研究，决定将原设计的钻孔桩基础变更为扩大基础，同时将扩大基础以下5m厚度的卵石层和粗砂层进行注浆固结。本文对本次地基注浆固结施工情况进行简单介绍。

关键词： 鹰瑞高速八工排大桥桥台地基 注浆固结施工技术

中图分类号：TU74 文献标识码：A 文章编号：

1工程概况

1.1 总体情况

鹰瑞高速D10合同段地处岩溶发育地区，溶洞分布广泛而且都属于浅层发育，其中八工排大桥0号桥台地质情况更为复杂。根据地质钻探结果， 0号桥台承台底下溶洞呈串珠状，多达7层，承台底以下63m深范围都无法找到设计要求的持力层，原设计钻孔桩方案难以实施。

0号桥台承台平面尺寸为31.15m×9.25m，设计要求注浆固结体平面尺寸为35.15m×13.25m，固结厚度5m，设计要求固结后地基承载力大于350kPa。

1.2 地质、水文情况

八工排大桥0#桥台位于八工排河堤北岸，地表高程约202m，承台底设计标高198.2m，常水位约200m。0号台位地质情况比较复杂，覆盖层比较厚，平均达到12m左右，岩层内溶洞非常发育，从地表往下地质分布为：

⑴ 素填土：厚度2m左右，主要成分以粘性土为主，含少量碎石，近期回填物，属欠固结土。

⑵ 卵石：厚度3-9m左右，含10～30%左右的砾粗砂，卵石粒径一般为30～40mm，呈次圆状，分选性较好，级配较差，泥质含量5～10%，胶结性较差。

⑶ 粗砂：厚度2-8m左右，泥质含量5～10%，局部岩性为中砂。

⑷ 中风化石灰岩：青灰、灰、灰白色，岩芯以块状、短柱状为主，坚硬。少部分矿物成分已风化变质，组织结构部分已破坏，原岩结构清晰。

⑸ 溶洞：呈半充填，主要为泥质和角砾等。

2注浆固结施工方案的确定

2.1 方案的比选

根据该处的地质和现场情况，考虑到传统的绣花管注浆在饱和砂层内的渗透性不强，难以达到固结效果，所以采用双液高压化学注浆施工方案。

2.2 双液注浆的主要原理

双液注浆的原理是通过对饱和性质的粉砂、中细砂以及卵石的补强加固效应可视为由渗透、劈裂扩散、填充和挤密四部分组成。浆液在压力作用下向钻孔周围土体中发生渗透、劈裂扩散，浆液包裹泥土团，而土体间的孔隙、裂隙被水泥颗粒填充。水泥中的硅酸二钙发生水解和水化反应，产生氢氧化钙，氢氧化钙与水玻璃发生反应，生成细分散状的凝胶体——水化硅酸钙。即：

3CaO.SiO2+nH2O=2Ca O.Si O2.(n-1) H2O+Ca(OH)2

氢氧化钙与水玻璃发生化学反应生成具有一定强度的凝胶体—水化硅酸钙，即：

Ca(OH)2+Na20.nSiO2+mH20CaO.nSiO2.mH2O+2NaoH

凝固后形成强度较高、水稳定性较好的水泥结石体，从而使地基挤密，固结强度增高，达到设计要求。

双液注浆即将水泥浆液、水玻璃浆液分别配制，充分搅拌均匀，分别储存，通过双管道分别将水泥浆和水玻璃输送到孔口预定位置再掺合在一起注入孔内，在注浆施工过程中根据注浆压力的变化及时调整注浆位置，循环注浆施工直到注浆施工完全为止。

3注浆方案的设计

3.1 设计原则

⑴ 保证通过注浆加固后，承台地基承载力达到设计要求；

⑵ 符合现场施工条件和环境要求，施工技术可行；

⑶ 保证承台基坑开挖时不出现大量涌水、涌砂，确保基坑边坡稳定、安全；

⑷ 施工工期合理；

⑸ 在保证安全、可行的基础上，尽量降低工程造价。

3.2 注浆范围和深度

按设计要求承台地基固结长度35.15m,宽度为13.25m，厚度度为5m，固结体底板深度平均9m左右。

3.3 注浆参数的确定

⑴ 注浆半径的确定：注浆扩散半径R是一个非常重要的参数，它不仅影响注浆工程质量，而且还影响工程造价和进度，参考有关资料和过去类似工程的经验，确定水平扩散半径为R1=0.60m，竖直扩散半径为R2=0.50m。

⑵ 浆液配合比：以P.O32.5水泥和40’Be水玻璃为主要制浆材料，根据本场地砂卵石及细砂的特性，水泥浆液采用水灰比为1～0.5:1，水泥浆液与水玻璃浆液体积比为1:0.08～0.12。浆液浓度由稀到浓。

⑶ 注浆压力：注浆压力与地质和材料的情况、浆液黏度，注浆速度和注浆量等因素有关，注浆过程中压力是变化的。考虑到注浆范围都在地面4m以下，宜采用高压注浆。地表控制压力控制在2.5～5.2MPa，压力由小到大。

图1注浆点布置示意图

3.4 注浆孔的布置

根据建筑物场地经注浆后应形成一个整体均匀结石体的要求，平面采用呈“梅花型”布孔满堂注浆，取有效半径R=0.6m，则：

孔距：L1≤2R×Cos30°=1.04m

外圈孔位沿边线往中间缩进40cm进行施工，按孔距1.00m呈“梅花型”布设，注浆孔共425个。

竖直按1m间距分层注浆，共进行5层注浆。见图1（注浆点布置示意图）

3.5注浆量估算

注浆量的体积应为要求加固砂卵孔隙的体积，所以注浆总量可用下式估算：

∑Q=K·V·N

K:为经验系数取0.85

V:注浆范围内砂卵体积

N:砂卵的孔隙率 取40％

∑Q：为注浆总量

4主要施工工艺

注浆施工工艺流程为：放线定孔钻孔洗孔注浆提管封孔移孔补孔注浆。

图2高压双液注浆工艺流程图

4.1 平整施工场地

将0号台注浆施工范围的场地进行平整，清除大粒径片石等杂物，做好施工机具的安放。

4.2 测量放线

先将注浆平面区域测量定位好，用石灰进行划线，再按照注浆施工要求进行点位放线，注浆点位按100cm间距呈梅花形布置，每个点位的标高进行测量，以便确定注浆的孔深。

4.3 钻孔施工

钻孔施工采用YT-1钻机进行带水钻孔，钻杆采用直径20mm钢管，钻头为25mm合金钻头，钻头与钻杆连接，同时作为注浆管头。

4.4 洗孔

钻孔达到设计深度后，立即进行冲水洗孔。洗孔的目的是将注浆点附近的渗透路径进行扩充，以便扩大水泥浆的渗透速度。一般洗孔时间不少于5min。

4.5 浆液配制

以普通硅酸盐水泥（P.O.32.5）和40’Be水玻璃为主要制浆材料，水玻璃作为添加剂调节浆液的初凝时间。水泥浆液，水泥水玻璃浆液应分别配置，搅拌均匀，分别储存，及时注入。

4.6 注浆施工

待部分注浆孔钻成后即可以进行注浆施工，每个点竖直方向分5层进行注浆。注浆采用2TG2-60/210双液注浆专用泵，先采用高压水对注浆管进行排冲至管畅通后，及时进入注浆作业。单个点的注浆先从固结体的底部向上50cm处进行，当注浆压力达到规定值时持续稳压注浆3min，然后往上提起注浆管100cm进行下一层注浆施工，循环施工5次，本个注浆点的注浆就基本完成。

当灌浆压力保持不变，注入率持续减少时，或当注入率不变而压力持续升高时，不得改变水灰比。当某一比级浆液的注入量已达300L以上或注浆时间已达1h，而灌浆压力和注入率均无改变或改变不显著时，应改浓一级。当注入率大于30L/min时，可根据具体情况越级变浓，水灰比按0.1的级差进行调整。

表1注浆压力控制参数

4.7 补浆

按设计布点注浆施工完毕三天以后，采用与注浆钻孔相同的方法钻孔探测实际注浆效果，如果有注浆不到或者不饱满的再进行补注浆，以确保整体注浆效果。

5注浆效果检测

5.1 检测项目

根据设计要求，0号台地基注浆固结效果主要采取以下三方面的检测：

⑴ 对基坑底的承载力进行检验。

⑵ 采用平板荷载试验对基坑受力沉降进行检测，检测其整体性能。

⑶ 后期沉降观测。

图3承压荷载板试验

图4注浆施工现场

5.2 检测结果

通过现场检测，地基承载力达到1.3MPa；平板荷载试验加载2倍设计承载力的情况下，平均沉降10mm；后期成桥后，经过三个月的试通车，桥台最大沉降5mm，并且已经稳定。

6结语

注浆固结方案在临时工程里应用比较多，但是作为桥梁基础持力层的主要加固方案比较少见。通过本次工程的实践，为以后类似工程的施工提供了一定的参考。

参考文献 ：

[1]彭振斌主编《注浆工程设计计算与施工》，中国地质大学出版社1997年出版

[2]胡伟，定位静压注浆在既有建筑物地基加固中的应用[J]，施工技术，2005，(9)