橋梁U型鋼圈梁及臺背注漿法加固處理技術

薛 志 強

(山西省盂縣公路管理段，山西 盂縣 045100)

橋梁U型鋼圈梁及臺背注漿法加固處理技術

薛 志 強

(山西省盂縣公路管理段，山西 盂縣 045100)

針對橋臺前(側)墻開裂、橋臺背沉陷跳車產生的原因，分析對比了橋梁橋臺及臺背加固思路及方法，介紹了橋臺及臺背加固的處理技術，其施工工藝簡便，加固處理后壓實度和承載力得到了較大提高。

U型鋼圈梁，注漿法，工藝

1 概況

處于重交通且位于煤礦采空區干線公路的橋頭臺背路基填方路段，施工壓實后極易出現自然沉降，而營運期間橋頭臺背路基沉降是引起橋頭跳車的主要原因。橋臺的超負荷服役現象十分嚴重，大部分活載強度已遠遠超過了原設計的荷載等級。而臺背填料遇水摩擦力減小、土壓力增大等原因，致使橋梁兩橋臺臺身產生豎向裂縫，臺背沉陷，直接威脅著交通運輸安全。省道石陽線郊里至水泥廠二級公路改建工程，建設于1993年10月，投入營運后在車輛荷載作用下，沿線榆林垴橋、滴峻橋、榆河橋、滴水崖橋、4號小橋等出現臺背自然沉降且加劇，出現跳車現象。針對這種情況，制定了U型鋼圈梁加固橋臺、注漿處理臺背填料的加固方案。在此以石陽線榆林垴橋為例，對上述加固技術進行淺析。

2 橋梁橋臺及臺背加固思路與方法

石陽線郊里至水泥廠路段為重交通路段，是盂縣通往陽泉的主要通道之一，本身公路運營已經滿負荷，如果再加之階段性施工或中斷交通，該條公路將出現交通擁堵或癱瘓狀態。因此必須考慮到既加固提高橋梁承載能力，又不能給公路帶來擁堵現象，對于橋臺前墻、側墻開裂、臺背沉陷的橋梁如果采取拆除重建肯定是行不通的，但直接給臺背注漿，可能導致橋臺開裂，故采取U型鋼圈梁將開裂的橋臺進行拉、圈、箍，再在臺背鉆孔注漿，有效地解決橋臺側墻開裂、臺背沉陷、橋頭跳車，且不需要中斷交通。這種通過加固橋臺側墻和前墻及改善臺背填料性質的綜合治理方案，提高橋臺的承載力，恢復其整體受力功能，延長橋梁的使用壽命。

3 加固方案設計及施工工藝

榆林垴橋位于省道石陽線K134+179處，跨越燕龕河，為4-10 m斜30°的鋼筋混凝土空心板橋，修建于1993年7月，橋長56.94 m，下部結構為重力式墩，U型橋臺，擴大基礎，橋面凈寬為9-2×0.25 m，橋高5.4 m，設計荷載為汽—20、掛—100。其加固前該橋的主要病害為南岸橋臺(陽泉方向)的左邊側墻有多條自上而下的豎向裂縫，其中較為嚴重的一條是從臺帽開始向下，延伸到臺身底部的裂縫，最大縫寬0.8 cm，而且呈發展趨勢；主河槽孔(第三孔)受河流沖刷影響，致使墩身下部砌體受水侵蝕較嚴重，勾縫風化脫落。

通過分析其主要原因是竣工投入使用之后，交通量不斷增大，大噸位及超載車輛劇增，墩臺的負荷強度不斷增加，超負荷服役現象十分嚴重，大部分活載強度已遠超過了原設計的荷載等級，加之臺后路面失效，有滲水跡象，隨著臺后填料水分的增加，其土體壓力將持續加大，并產生膨脹變形問題，致使該橋的南岸橋臺臺身產生豎向裂縫，直接威脅著交通運輸安全。其具體施工工藝及技術淺析如下：

U型鋼圈梁是針對石陽線榆林垴橋南橋臺持續擴大的裂縫，為控制這些裂縫沿縱深方向發展，并誘發新的裂縫出現，通過U型鋼圈梁、拉桿、錨桿組成的鋼結構框架對橋臺側墻及前墻進行錨、拉加固。即分別將水平鋼圈梁(槽鋼)布置于臺身的上部、中部和下部，同時在臺身東面和西面側墻位置，用橫橋向的拉桿將豎向槽鋼連接在一起，后者分別用錨桿錨固于側墻前，槽鋼采用焊接連接，在臺身轉角位置，將包角鋼焊接其上，再用鋼墊片將側墻位置的槽鋼與拉桿、錨桿連接在一起，鋼墊片需要用螺絲鎖緊，同時側墻槽鋼交叉的位置，需在電焊處理后，防護好外露的鐵件、鋼構件等。

臺背注漿是在橋梁通過上述U型鋼圈梁箍套之后，在臺背呈梅花形分布鉆孔，利用注漿設備，將漿液均勻注至臺背填料、路基地層內，漿液分層填充，產生滲透和擠密的作用，將臺背填料和路基地層中土體顆粒中的水分與空氣擠出，充滿原來土體的間隙。這樣一來，臺背填料和路基的地層，強度將得以提升。通過這種注漿方式，注入的漿液，將和原本松散的土體顆粒緊密地凝結成統一體，使得臺背填料和路基地層都得到妥善加固。

3.1 橋臺及臺背加固的施工技術要求

1)分別將水平鋼圈梁(槽鋼)布置于臺身的上部、中部和下部，同時在臺身東面和西面側墻位置，用橫橋向的拉桿將豎向槽鋼連接在一起；2)利用長度2 m的錨桿錨固前墻，同時借助規格22號的槽鋼作為鋼圈梁，槽鋼焊接后，再用鋼墊片與拉桿、錨桿連接在一起，鋼墊片需要用螺絲鎖緊；3)灌漿布孔設計。灌漿孔按梅花形布置于臺背后，孔距2.0 m，順橋向至橋臺外側5 m路基范圍，孔深視鉆孔在臺背的位置不同而不同，以達到前墻或側墻圬工砌體處；4)注漿管以無縫鋼管作為加工主材，規格φ50 mm，布置注漿管道后，沿著鋼管的直徑，均勻布置直徑10 mm的小孔，小孔之間距離均保持在20 cm，以梅花形狀分布，直至注漿管的管道底部；5)注漿孔的成孔方式，需要參照圖紙的孔深標準，通過干鉆成孔，邊緣孔深，原則上需深入原地面的50 cm，如地質條件特殊，可進行因地制宜地調整；6)注漿管與注漿孔的長度，后者長出25 cm，目的是為注漿孔底騰出便于控制灌漿流動的空間，而在路基頂面位置，注漿管和注漿孔之間的間隙，需要利用水泥砂漿進行填充，填充長度至少為30 cm，在填充水泥砂漿終凝之后，再進行注漿，注漿時重點控制漿液的外冒；7)本工程選用32.5號普通硅酸鹽水泥作為注漿材料，材料不能夠摻雜顆粒比較大的雜質，同時選用不含泥土等雜質的河水，以免輸送時堵塞注漿管道；8)壓漿始于邊孔，隨后往中間位置依次壓漿。

3.2 加固施工工藝及設備選擇

3.2.1 U型鋼圈梁箍套

在橋梁施工過程中,橫向拉桿鉆孔較困難,橫向鉆孔橫穿整個橋臺水平方向較難掌握,鉆機開鉆后鉆桿遇到硬的石料后會上飄,會出現水平方向不垂直現象,選用有豐富經驗的施工隊與先進的施工機械，保證鉆桿水平。采取德國WEEKE公司制造的型號為BST100/25自動鉆孔機，精確鉆孔、前后側邊，底部頂部垂直鉆孔，鉆頭5排垂直鉆頭，操作尺寸2 500 mm，最小間距160 mm。

3.2.2 鉆孔工藝及設備選擇

1)設備選用。考慮本工程需要施鉆的鉆孔數量多，但鉆進深度比較淺，鉆機移動頻率高，要求所選用的鉆孔設備要具備比較高的功率水平和機械化條件，最終選用Q91 mm普通合金回旋鉆；2)鉆孔工藝。鉆進壓力控制在最低狀態，速度保持中等，鉆進時以短回次方式，進行速度的調整，如果有空洞等不良地質的影響，要將鉆進情況進行登記，在確定地質情況后，再進行填筑和灌注，以消除不良地質對鉆進質量的影響；3)合理布置圖。側墻立面見圖1，橋臺平面見圖2。

3.2.3 注漿方法及工藝

考慮到臺背填料中，存在大小不一的縫隙空間，需以注漿方式，將這些縫隙空間填充滿，以提高臺背的整體性，以及土體的密實度。臺背注漿施工，需要兼顧以下幾方面的施工重點：

1)注漿時，鉆孔必須被漿液填充滿，當漿液達到孔口，要檢查是否有吸漿跡象，如果沒有，才能夠停止注漿。在停止注漿之后，將碎石和水泥砂漿攪拌，進行鉆孔的封閉。

2)臺背注漿為使水泥漿凝固速度加快，縮短施工工期，減少對行車的影響，注漿時摻加一定量速凝劑。

3)用調壓力式注漿泵，采用靜壓注漿，防止壓力過大地基或路基土產生劈裂通道，鉆孔注漿要適時取芯記錄，漿液水灰比為水∶水泥干粉=0.9∶1，注漿壓力0.5 MPa～1.0 MPa，注漿量視加固效果而定，一般以裂縫處溢出水泥漿為止。

3.2.4 注漿效果檢查

1)為便于檢查水泥的入滲情況，需布置適量的注漿質量檢查孔，布置數量為鉆孔總數量的7%。利用檢查孔，將土芯取出，然后以適當的注漿壓力、滲入、吸漿量等情況，進行注漿質量良莠的判斷；2)在進行臺背注漿時，同步兼顧臺身裂縫位置的溢漿情況，假若隨著注漿時間的增長和注漿量的加大，溢漿情況良好，說明注漿能夠有效填充縫隙。

4 效果分析

通過以上檢查，比對分析了臺背的檢測數據，具體詳見表1和表2，發現距U型橋臺背6 m路槽以下1.0 m位置的臺背填土的有關參數的變化。

表1 加固處理前后壓實度比較 %

表2 加固處理前后承載力比較 kPa

從表1，表2可以看出，加固處理后壓實度和承載力有了較大的提高，加固效果比較明顯。

5 結語

省道石陽線郊里至水泥長路段通車已將近二十年，橋頭跳車現象較臺背沒有注漿加固的干線公路有了明顯的改善，從而可見U型鋼圈梁及臺背注漿加固是解決干線公路橋臺開裂、橋頭跳車問題的有效方法。文章通過研究，基本明確了案例橋梁U型鋼圈梁及臺背注漿加固的方法，但考慮到不同橋梁U型鋼圈梁及臺背注漿加固要求、條件等的差異性，以上方法在相關橋梁工程中應用時，需要結合具體橋梁工程的情況，予以靈活的參考借鑒。

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[3] 郭 濤.橋涵臺背回填鉆孔注漿處理施工工法[J].山西建筑,2011，37(12):194-195.

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Analysis on reinforcement technology of bridge U-shape steel-circle beam and deck grouting method

Xue Zhiqiang

(ShanxiYuxianHighwayAdministrationSection,Yuxian045100,China)

In light of bridge deck wall cracking and deck subsidence causes, the paper comparatively analyzes bride deck and deck reinforcement concept and methods, introduces bridge deck and deck back reinforcement processing techniques, and finally concludes that: the construction technology is rather simple， the reinforced compaction degree and bearing capacity have been greatly improved.

U-shape steel-circle beam， grouting method, technology

2015-04-08

薛志強(1979- )，男，助理工程師

1009-6825(2015)17-0181-02

U445.72

A