高速公路橋背沉降控制后注漿法應用

李德孝

（貴州省公路工程集團總公司，貴州 貴陽 550008）

高速公路隨改革開放而出現，見證了時代的巨變。截止2007年全國已建成高速公路通車里程達55780Km。預計2010年我國高速公路通車里程將達到6.5萬公里。“橋頭跳車”問題是高等級公路常見的一大質量病害，主要由橋背路面沉降或搭板沉陷、斷裂造成車輛通過時產生跳躍，使司機和乘客感到顛簸不適，甚至造成車輛大幅度減速，嚴重的可導致交通事故(特別是車輛機械事故)，同時跳躍的車輛又對橋涵和路面產生附加沖擊荷載。因而，這一病害問題受到公路建設與管理部門的廣泛關注。“橋頭跳車”主要發生在公路的橋臺、涵洞（通道）和擋土墻與路基的連接處，即所謂的“三背回填”區域。我國西南地區“三背回填區”也常因回填材料選擇不當，壓實度不夠，滲水和排水不暢等原因造成跳車病害，嚴重影響了公路的使用性能，大大增加了公路的運營和維修費用，此問題如解決不好將對西南地區交通發展建設造成影響。

1 高速公路橋背沉降病害成因分析

由于橋臺和涵洞（通道）構筑物分別按各自的標準進行設計，沒有統一的標準。所以從結構設計上，以上構筑物與路基連接處沒有共同的設計參數控制。結構設計、填筑材料與填筑技術、地基處理方法、施工及質量控制與評價方法等綜合設計方法與控制指標的不同而進一步加劇差異沉降。造成高速公路“橋頭跳車”的直接原因是橋臺與道路由于材料剛度的不同而在連接處產生差異性沉降，形成錯臺，導致跳車。

1.1 地基沉降分析

地基土體在上部結構物的荷載作用下將產生應力和沉降變形。土的沉降變形與土的壓縮性能密切相關。天然土體一般由三相組成，即土體礦物顆粒構成骨架，土骨架孔隙內充填有空氣和水。土體受壓力后從變形過程上講包括兩部分:第一部分是土顆粒的壓縮過程，土的固體部分在壓力下與其他材料一樣會產生壓縮和側脹，不過通常的壓力范圍內，土顆粒自身的壓縮量很小，可忽略不計;第二部分是土粒孔隙中流體的排出，土體積減小的過程，土體受壓后土顆粒之間的相互作用力增大，顆粒靠攏，土體的孔隙率減小，其中的水和氣體排出，土體積減小，產生沉降變形。如果土為飽和態，則只有水的排出，一般假定水的流動滿足達西定律，而且認為土的體積壓縮與孔隙中水的排出量相等;如果土為非飽和狀態，則既有氣體的排出，也可能有水的排出，還可能有氣體在高壓力下溶于水，土的體積壓縮與水、氣體排出量關系如何很難確定。

在軟基地區高速公路橋背路基由于施工較快或處治力度不夠，地基的固結沉降還未完成就已經通車，在道路自重和車輛荷載的長期作用下，路基基礎沉降、變形，造成“跳車”。

1.2 回填材料壓縮變形分析

按照施工工序，橋背路堤一般是在橋臺構筑物完成后進行回填施工的，這樣就在橋頭形成一個填方較高、施工面狹窄、工期緊迫的作業段。在實際施工過程中，即使施工時嚴格要求，壓實度達到規定的標準，但由于橋背填土較高，沉降按1cm/1m計算，隨著時間推移，在自重和車輛荷載作用下，材料顆粒進一步擠密，排出水分和空氣也會累計產生較大的沉降量。如果受施工條件限制，壓實度不能有效保證，沉降量將會更大。一方面，在橋背與路堤的連接處，由于裂縫的產生，雨水會沿裂縫滲透到路基回填體，增加路堤含水量，對其造成沖刷和侵蝕，不斷帶走細小顆粒。隨著路堤和各結構層的破壞，在車輛長期荷載作用下，必然造成橋頭路堤沉陷或搭板底部的托空，甚至搭板的斷裂；另一方面，毛細水的浸潤和地下水的入滲，也會造成路基含水量的增加和細小顆粒的流失，對路基的穩定造成威脅。地下水的長期浸潤使得回填土體強度降低，在車輛流動荷載作用下，回填土體的蠕變也會引起邊坡變形，同時使得橋背路堤高程降低。

除此之外，材料剛度差異、設計理念不同、施工方面等都有可能成為高速公路橋背沉降的影響因素。

2 橋背后注漿處治施工

橋背注漿加固是通過群孔效應，利用壓力將漿液充填到回填體的孔洞、縫隙，待其凝固后，使松散體膠結，達到改善回填體結構力學性質、降低壓縮性的目的。

2.1 注漿實驗工作程序

注漿需要的機械、設備主要有：壽力P900型空壓機，宣化100型鉆機，100/15型灌漿機，80KW、30KW發電機，高壓供水泵，其它配套設施（鉆桿、鉆頭、止漿塞、花管等）、機具和耗材等若干。參與施工的技術人員，機長、技工等若干人。

現場注漿試驗采用實驗室推薦的配比和設計參數，根據注漿效果對設計參數行修正和調整。

清理施工場地，設置好警示標志，對施工點進行交通封閉。按照設計文件在指定地點標出鉆孔點及鉆孔深度，孔位偏差控制在5cm的范圍，孔位統一編號，做好記錄。設置好水槽，儲滿水后取上層清液備用。

注漿前波速測試，以便于注漿完畢后對比。面波測試的點位應做好記錄，確保注漿后的測試是在橋背回填體的相應部位。

采用的是風動偏心潛孔錘跟管鉆進工藝成孔，安裝鋼花管后自上而下注漿。

按注漿次序統一編號、分序注漿，記錄注漿壓力、單孔注漿量、注漿時間以及注漿過程中的異常情況等。整理注漿資料，便于分析對比。

注漿效果采用鉆孔取芯法、復灌法、面波波速法檢測。

2.2 注漿方法與施工工藝

注漿次序是后注漿施工的關鍵，一般的原則是從加固區域的外圍進行圍、堵、截，內部進行充填、擠壓，以獲得較好的注漿效果，從而達到加固的目的。注漿次序分為平面次序和深度次序。

2.2.1 成孔

2.2.2 下鋼花管、安裝止漿塞封閉孔口

止漿塞的工作原理是利用中心管穿一串膠塞，兩端用托盤限位，固定上端托盤，下端托盤沿中心管移動，用注漿鉆桿下端連接止漿塞，下到預定止漿位置，通過鉆桿在孔口施加一個機械壓力使膠塞產生縱向壓縮和橫向膨脹與孔壁擠緊，達到封隔鉆孔的目的。

2.2.3 漿液的制備

按各序列的配比配料，水泥、粉煤灰等固相材料采用重量稱量法計量，計量誤差小于5%。水泥、粉煤灰混合均勻后加水使用高速攪拌機ZJ-400攪拌均勻，高速攪拌機攪拌時間不小于1min。為防止石塊、雜物混入漿液，漿液流出前需經過1mm的方孔篩過濾。制備好的漿液先置于儲漿桶，低速攪拌，然后用泵和連接膠管輸送至灌漿點。漿液從開始制備至用完的時間不大于4h，超過此標準應廢棄。制漿溫度保持在5～40℃。按規范要求，現場抽取一定批次的漿液用于結石率和抗壓強度的測試。

2.2.4 壓力注漿

壓力注漿采用自上而下的方式，在封閉孔口后分段實施，同排不同序注漿的時間間隔不小于4小時，同時施工的兩注漿孔距離不小于5m。

2.2.5 異常情況的處理

灌漿過程中，選用適宜的漿液，適時地變換漿液配合比，合理地控制灌漿壓力并使它們之間很好地配合，是保證灌漿質量的重要因素。

2.2.6 注漿結束封孔

采用灌漿泵壓漿封孔法，向孔內下入灌漿管，泵入已拌制好的水:水泥:砂＝1:0.5:0.8的水泥砂漿，一邊壓漿一邊提升灌漿管，直至孔口返出水泥砂漿后為止，封孔結束。

2.2.7 施工流程：定孔位→安裝鉆機→成孔→鋼花管注漿→止漿→孔口封閉→復灌檢測。

[1]李峻利，姚代祖.路基設計原理與計算[M].北京：人民交通出版社，2001.

[2]劉松玉等.公路地基處理[M].南京：東南大學出版社，2001.