恰甫其海樞紐工程1號鋼橋橋墩砂礫料基礎灌漿加固處理技術措施

李 翔

(新疆伊犁河流域開發建設管理局 烏魯木齊 830000)

1 工程概況

恰甫其海樞紐工程1號鋼橋位于新疆伊犁鞏留縣境內，距鞏留縣39km處，主要承擔著鞏留縣境內牧民轉場和山口水庫旅游交通任務，設計荷載為汽-15t。上部結構選用321兩排單層加強型裝配式鋼橋，全橋共計21節，每節長3m，橋面凈寬為3.74m，橋面高程為917.5m。下部采用混凝土重力式橋臺和重力式橋墩，采用兩跨連續布置，兩跨分別長18m、45m(見圖1)。

圖1 一號鋼橋平面和剖面

1號鋼橋左岸橋臺座落于砂礫石基礎上，基礎混凝土下游方向有局部出露的巖石，中墩座落于砂礫石基礎上，右岸橋臺座落于基巖上。砂礫石基礎由褐黃色粉土、云母碎片及砂礫石組成，夾多層礫砂、粗砂薄層及少量的礫石。其中礫石直徑一般為50～500mm，砂礫石級配不良，經強夯后，地基承載力特性值為180～220kPa。砂礫石基礎厚度較大，下伏地層由黑灰色火山角礫巖組成，巖體較完整，塊狀結構，巖芯主要呈柱狀、短柱狀，巖芯采取率及RQD值高，地基承載力特性值為2000kPa。

1號鋼橋2008年建成，2009年下游山口水庫蓄水后，橋墩基礎淹沒，導致左岸橋墩發生偏斜，上游沉降22cm，中墩基礎發生沉降25cm。

2 基礎下沉的原因

原左岸砂礫石基礎厚度較大(灌漿處理時，實測孔深8.56～11.50m)，為階地沉積原狀砂礫石，未進行挖除，只是在干燥狀態上進行了強夯處理;基礎三面環水，范圍較小，側限約束小，被水浸泡后降低了其強度，致使承載能力減小，砂礫顆粒發生了移動，結構進行了調整，因而造成了橋墩的沉降、偏斜。

3 工程技術處理措施

若采取左岸橋墩及橋梁拆除后進行基礎挖除或再壓實處理，后果為:?切斷交通，影響牧民轉場;?橋墩及橋梁拆除重新施工工作量巨大，造成巨大的經濟損失;?三面環水場地小，已無條件進行處理。因此，必須簡化施工技術處理措施。唯一的辦法就是對基礎進行加固，以提高承載力，限制繼續沉降，并加高橋墩頂面高程以補償發生的沉降。進行砂礫石基礎加固就得填充空隙、限制顆粒的移動調整，提高砂礫石密度及強度，從而提高其承載力，限制繼續沉降。灌漿可以填充空隙、限制顆粒的移動，因此，選擇采用較為經濟的水泥灌漿加固法。

首先，對基礎周圍岸坡進行人工拋石及漿砌石防護，防止庫水對砂礫石基礎的淘刷侵蝕。然后，在墩臺基礎之下，墩臺中心及外緣砂礫石基礎中直向或斜向鉆孔或打入管樁，通過孔眼及管孔，用一定壓力把水泥漿液灌入砂礫料層中，通過漿液凝固，把原來松散的砂礫料固結為有一定強度和密實的整體，從而達到加固地基、提高地基承載力的目的。

4 具體灌漿工藝措施

4.1 灌漿布孔

沿橋臺基礎四周布置兩排灌漿孔，孔距0.75～1.825m，排距1.5m。內排孔為向內側傾斜10°的斜孔，孔中心線距基礎邊緣10cm，外排孔為直孔。在橋臺基礎的中部布置6個灌漿孔直孔。為保證灌漿效果和質量，除路基覆蓋部分沿橋臺基礎周圍澆筑了3.0m、寬1.0m厚的混凝土蓋重，路基覆蓋部分從路面頂部造孔。詳見圖2。

圖2 1號鋼橋橋墩砂礫石基礎加固灌漿平面

4.2 灌漿材料

灌漿漿液采用純水泥漿，水灰比采用2∶1、1∶1、0.8∶1、0.6∶1、0.5∶1 五個比級，開灌水灰比 2∶1，逐級由稀變濃。水泥采用42.5R普通硅酸鹽水泥，細度要求通過4900孔/cm2，篩余量不大于5%，其質量必須滿足國家標準。

4.3 灌漿壓力

灌漿壓力由現場生產性試驗確定，實際生產時根據現場實際調整，以加壓過程中不產生注漿量和壓力值突變為原則。現場生產性試驗初定壓力為:第一段0.30MPa，第二段及以下為0.40MPa。實際生產時為防止漿液滲流過遠以及對土體產生劈裂和滲透失穩破壞，壓力控制在0.20～0.30MPa，最大不超過0.40MPa。

4.4 灌漿方式

為減少漿液損失，提高灌漿效果，保證灌漿質量，灌漿先外邊排后內排，灌漿方式采用單孔分段循環式灌漿，分兩序進行，先進行Ⅰ序孔鉆灌，后進行Ⅱ序孔鉆灌。灌漿首段采用常規阻塞、第二段及以下各段采用小口徑、孔口封閉、自下而上分段灌漿法。若出現成孔條件差、易塌孔時，則采用自上而下分段灌漿法。自上而下段長不大于1.5m，自下而上段長不大于1.0m。灌漿孔口管采用0.5∶1水泥濃漿灌注。

4.5 灌漿造孔

砂礫石層屬松散結構，為保證基礎穩定，確保工程安全實施，采用跟管鉆進分段灌漿。造孔采用1臺中風壓覆蓋層跟管鉆機進行造孔，鉆孔直徑為100mm，灌漿深度為灌漿孔底達到基巖為準，孔口段鉆孔孔徑110mm，并在孔口下入1～2m的孔口管。

4.6 漿液變換

當灌漿壓力保持不變，注入率持續減少時，或當注入率保持不變而灌漿壓力持續升高時，不改變水灰比;當某一比級漿液注入量已達200L以上，或灌注時間已達30min，而灌漿壓力和注入率均無顯著改變時，改換濃一級水灰比漿液灌注。

4.7 結束標準

a.當注入量較大時，以灌漿段注灰量控制，當注灰量達300～500kg/m時，需待凝復灌一次，可結束灌漿，進行下段灌漿.

b.當注漿量較小時，以灌漿壓力為準，吸漿量在20L/min以下，并達到灌漿壓力后持續10～15min以上(穩壓)方可結束，進行下一段鉆灌。

4.8 灌漿封孔

灌漿結束后，灌漿孔采用水灰比為0.5∶1濃漿封孔，孔口采用1∶1砂漿人工搗實進行封填，并養護待凝。水泥砂漿封孔時，砂最大粒徑不超過0.5mm。

5 灌漿結果分析及灌漿效果檢查

5.1 灌漿結果分析

本工程灌漿共計81孔，其中Ⅰ序孔41個，Ⅱ序孔40個。鉆孔總長度為999.17m，灌漿總長度為790.61m。總注灰量為328.78t，總平均單位注入量415.86kg/m。Ⅰ序孔總注灰量為181.65t，平均單位注入量457.00kg/m，Ⅱ序孔總注灰量為147.13t，平均單位注入量367.43kg/m。單位注入量Ⅰ序孔＞Ⅱ序孔，隨著孔序的加密，注灰量趨于遞減，基礎的可灌性逐漸減小;Ⅰ序排平均單注443.55kg/m，Ⅱ序排平均單注324.67kg/m，隨著灌漿排距的加密，注灰量趨于遞減。

從以上灌漿結果反應，Ⅰ序孔與Ⅱ序孔之間，排與排之間注入量的遞減規律表明灌漿工藝、灌漿方法及灌漿設備比較適宜合理，灌漿過程正常、效果明顯。

5.2 灌漿效果檢查

砂礫石基礎灌漿結束28天后，共布置了5個檢查孔，采用地質泥漿回轉鉆機開始進行灌漿效果取芯檢查。芯樣密實，采取率均大于90%，水泥填充效果較好，巖芯中結石基本均勻分布。

檢查孔灌漿平均單位注灰量39.96kg/m，為灌漿平均單位注灰量412.05kg/m的1/10以下，灌漿后的砂礫石基礎平均單位注灰量發生了大幅減小。詳見檢查孔灌漿成果表。

檢查孔灌漿成果表

上述灌漿效果檢查表明，水泥灌入砂礫石基礎后填充了砂礫石之間的空隙和空洞，密實程度有了很大的提高和改善，并與礫石緊密膠結，從而提高了地基的承載能力。

6 結語

1號鋼橋左岸橋臺砂礫石基礎采用水泥灌漿加固法處理后，鋼橋已安全運行了3年，至今多次檢測再未發現沉降或偏移。砂礫石基礎采用灌漿加固處理，提高了砂礫石基礎的承載能力和整體均勻性，達到了防止基礎下沉的效果，確保了工程的安全運行，工程技術措施簡便有效快捷，可為類似工程問題提供很好的借鑒和參考。

1 SL 62—94水工建筑物水泥灌漿施工技術規范［S］.

2 DL 5148—2001水工建筑物水泥灌漿施工技術規范［S］.

3 張景秀.壩基防滲與灌漿技術［M］.北京:中國水利水電出版社，2002.

4 孫釗.大壩基巖灌漿［M］.北京:中國水利水電出版社，2004.