化學(xué)灌漿DCG在混凝土框架橋地基處理中的應(yīng)用

陳華梁

(廣西交通投資集團(tuán)有限公司，廣西 南寧 530022)

0 引言

隨著我國交通運(yùn)輸建設(shè)的大規(guī)模投入，路網(wǎng)密度逐漸增大，公路與鐵路相互穿插的現(xiàn)象也日趨頻繁。對于新建公路下穿既有鐵路，往往使用頂進(jìn)框架橋工藝施工，其能有效降低施工對鐵路正常運(yùn)營的影響，同時(shí)施工方便安全，投資相對較少。但近年來工程實(shí)踐表明，進(jìn)行頂進(jìn)框架橋施工時(shí)由于原路基狀況不明確，往往在施工過程中或工后出現(xiàn)扎頭及不均勻沉陷等病害，嚴(yán)重影響工程使用安全。

為對框架橋頂進(jìn)就位后出現(xiàn)的不均勻沉陷進(jìn)行處理，以消除工程質(zhì)量缺陷，文章以玉林至鐵山港高速公路下穿益湛鐵路混凝土框架橋施工為例，研究化學(xué)灌漿DCG工法在其地基加固、糾偏及抬升處理中的應(yīng)用效果，對同類工程有一定的參考價(jià)值。

1 化學(xué)灌漿DCG工法技術(shù)特點(diǎn)

DCG為一種化學(xué)灌漿專用材料，其施工工藝和設(shè)備與傳統(tǒng)灌漿類似，但由于其可根據(jù)施工目的和處理部位地質(zhì)情況調(diào)配化學(xué)材料，因而處理更具針對性。其作為一種在建(構(gòu))筑物糾偏、抬升的成熟施工方法，于20世紀(jì)90年代就在高速公路建設(shè)中廣泛使用，工程效果較好。同時(shí)，DCG工法在2005年就獲得國家授予“加固地基和抬升調(diào)平鋪面”的專利化學(xué)灌漿方法。相比于傳統(tǒng)灌漿，其具有以下五大特點(diǎn)：

(1)漿液凝固時(shí)間可控。根據(jù)施工需要，通過調(diào)整特配化學(xué)材料與水泥漿的比例控制凝固時(shí)間(一般為十幾秒到幾分鐘)。

(2)處理部位精確可控。通過不同灌漿壓力和調(diào)凝時(shí)間控制漿液擴(kuò)散半徑，確保灌進(jìn)漿材留在指定處理部位。

(3)工程效果可控。利用化學(xué)灌漿DCG工法，在加固軟弱地(路)基、抬升構(gòu)(建)筑物時(shí)，能依照施工目的實(shí)現(xiàn)工程質(zhì)量控制。

(4)作用機(jī)理先進(jìn)。該工法通過灌進(jìn)漿材的劈裂、擠壓作用提高土體密實(shí)度，形成獨(dú)特立體網(wǎng)狀漿脈，極大地提高地基承載力。而傳統(tǒng)灌漿則是依靠漿液滲透固結(jié)作用提高土體承載力，僅能用于疏松、孔隙較大的土層加固，不宜用于粉質(zhì)黏土和淤泥土加固。

(5)漿液結(jié)石率高。該工法使用的“水泥+化學(xué)漿”混合后瞬間凝固，結(jié)石率接近100%，且在固化過程中自身不斷吸水養(yǎng)護(hù)。而傳統(tǒng)灌漿結(jié)石率≤75%，固化過程中釋放出大量水分，對地(路)基有一定的軟化危害，對荷載較大的建(構(gòu))筑物灌漿時(shí)可能存在越灌越沉的現(xiàn)象。

2 化學(xué)灌漿DCG工法加固處理效果

2.1 工程實(shí)例

廣西玉林至鐵山港高速公路下穿益湛既有鐵路，相交處鐵路和公路均位于曲線段。工程采用頂進(jìn)混凝土框架橋施工，其孔跨布置與公路路幅寬度相適應(yīng)，采用2～14 m鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，框架中心線與公路切線平行，框架結(jié)構(gòu)內(nèi)空高度為6 m。

該框架橋施工完成后發(fā)生嚴(yán)重的不均勻沉降現(xiàn)象，其中最大沉降量為58 cm，四角沉降差達(dá)30 cm。盡管鐵路可通過增高道渣、整修路軌等方式保證線路安全運(yùn)行，但已無法滿足高速公路凈高控制要求，需對框架橋采取抬升措施，使其恢復(fù)原設(shè)計(jì)標(biāo)高。

經(jīng)地質(zhì)補(bǔ)勘發(fā)現(xiàn)，原鐵路路基下有強(qiáng)風(fēng)化層，且地下水豐富。框架橋施工中路基開挖及孔樁施工等造成土體工程特性發(fā)生變化，使其承載力降低，因而發(fā)生不均勻沉降現(xiàn)象。為使該框架橋既滿足鐵路的安全運(yùn)行，又滿足高速公路設(shè)計(jì)要求，必須對該框架橋基礎(chǔ)進(jìn)行原位加固，同時(shí)實(shí)現(xiàn)糾偏抬升。

2.2 灌漿設(shè)計(jì)參數(shù)

使用水、P.O32.5普通硅酸鹽水泥、水玻璃、速凝劑、減水劑和防析水劑制備的化學(xué)漿材進(jìn)行灌漿處理，水灰比1∶1。注漿孔橫向排列平行于益湛鐵路中心線，縱向排列平行于高速公路中心線，位于基礎(chǔ)范圍內(nèi)和外的孔距分別為4 m和2.23 m，排距分別為2.38 m和2 m。漿液凝固時(shí)間<60 s，加固和抬升過程注漿壓力分別<1.5 MPa和2.5 MPa。注漿流量7～10 L/min，最大不超過20 L/min。

2.3 施工工藝

根據(jù)地質(zhì)報(bào)告資料，并結(jié)合現(xiàn)場考察分析，分如下三個(gè)階段進(jìn)行灌漿施工：

2.3.1 框架橋基礎(chǔ)范圍外路基加固

沖孔樁施工過程對框架橋基礎(chǔ)范圍外土體造成擾動(dòng)，進(jìn)而使其承載性能下降。采用化學(xué)灌漿施工過程中，由于該范圍土體較為軟弱，故直接采用壓水沖孔方法將灌漿管伸入土層進(jìn)行灌漿作業(yè)。灌漿開始時(shí)灌漿孔周圍有地下水冒出，表明此時(shí)漿體對土層起到擠密作用，隨著灌漿進(jìn)行，冒水量逐漸減少，直至消失，此時(shí)灌漿壓力增加，框架橋基礎(chǔ)周圍擠出大量泥漿，表明漿體對泥漿起置換作用，土層進(jìn)一步密實(shí)，強(qiáng)度提高，對框架橋基礎(chǔ)形成環(huán)形包圍圈，為進(jìn)行基礎(chǔ)底部土層加固提供有利條件。

2.3.2 框架橋基礎(chǔ)范圍內(nèi)路基加固

由于基礎(chǔ)下1 m處存在片石，故采用鉆孔方式進(jìn)行化學(xué)灌漿。同時(shí)為保證灌漿加固過程中框架橋基礎(chǔ)均勻抬升，在基礎(chǔ)范圍設(shè)置3排灌漿孔，并將灌漿分為兩個(gè)批次作業(yè)，第一批次為奇數(shù)列，第二批次為偶數(shù)列，如下頁圖1所示。

圖1 基礎(chǔ)范圍內(nèi)注漿孔布置圖

為保證施工質(zhì)量，灌漿過程中根據(jù)如下三個(gè)原則判斷是否終止灌漿：(1)灌漿壓力>1 MPa；(2)單孔灌漿對框架橋基礎(chǔ)抬高達(dá)到2 cm；(3)出現(xiàn)明顯串漿現(xiàn)象。按上述方法完成第一批灌漿后，發(fā)現(xiàn)框架橋基礎(chǔ)標(biāo)高已增加2 cm，表明灌漿初步達(dá)到預(yù)定效果。但此時(shí)發(fā)現(xiàn)框架橋頂部鐵軌發(fā)生變形，為此進(jìn)行第二批灌漿前對鐵軌進(jìn)行扣軌作業(yè)，使鐵軌脫離道渣，為進(jìn)一步抬升框架橋基礎(chǔ)提供足夠空間。而后進(jìn)行第二批次灌漿作業(yè)，完成基礎(chǔ)范圍內(nèi)路基加固。

2.3.3 框架橋基礎(chǔ)調(diào)平糾偏

由于原框架橋基礎(chǔ)出現(xiàn)了不均勻沉降，因而灌漿抬升后對沉降量過大的位置進(jìn)行針對性調(diào)平，根據(jù)沉降量不同調(diào)整灌漿量。完成上述工序后框架橋已基本恢復(fù)平順，但尚未達(dá)到高速公路對凈空的使用要求，為此對框架橋北流端繼續(xù)抬升，減少橫坡和超高造成的框架橋內(nèi)使用高度不足的弊病。

此外，由于灌漿使土體不斷擠密，灌漿壓力不斷增加，此時(shí)原扣軌樁受到的橫向力也隨之不斷增加，進(jìn)而產(chǎn)生水平位移，故灌漿過程中采取如下糾偏措施：(1)對扣軌樁做剛性牽拉限制；(2)調(diào)整抬升時(shí)的灌漿深度，減少扣軌樁受力面積；(3)對橫向位移超出5 cm的扣軌樁外側(cè)土體進(jìn)行灌漿作業(yè)，增加樁外土體強(qiáng)度，以抵抗內(nèi)側(cè)推力造成的位移。

2.4 處理效果

由于對工藝配方進(jìn)行精準(zhǔn)調(diào)控，使?jié){液準(zhǔn)確到達(dá)目標(biāo)部位，對框架橋進(jìn)行有目的的精確抬升，不但使原來因不均勻沉降產(chǎn)生扭曲變形的框架恢復(fù)平順，而且未對框架橋結(jié)構(gòu)及與之相鄰的八字墻、護(hù)坡、臺背路基等造成破壞。還為滿足公路變更設(shè)計(jì)需要，特地對鐵路北流端實(shí)施定向定量超抬，最終實(shí)現(xiàn)最大抬升量78 cm，使框架橋頂部達(dá)到平直(30 m跨度范圍直線誤差僅6 mm)，既滿足鐵路線路的縱坡要求，也符合高速公路使用橫坡和凈空的需要。

3 結(jié)語

化學(xué)灌漿DCG工法具有工期短、造價(jià)低及對施工進(jìn)程精準(zhǔn)可控等優(yōu)點(diǎn)，對下穿鐵路或下穿公路的框架橋等類似構(gòu)(建)筑物的沉陷病害工程實(shí)施原位加固、糾偏抬升施工具有良好可行性；可對框架橋進(jìn)行適當(dāng)超抬，以增加橋內(nèi)使用凈空；灌漿過程可能造成扣軌樁產(chǎn)生橫向推移，故抬升量較大時(shí)應(yīng)就扣軌樁進(jìn)行剛性牽拉限制。

[1]韓練練.高強(qiáng)化學(xué)灌漿在工程補(bǔ)強(qiáng)加固中的研究與應(yīng)用[J].西北水電，2009(3)：43-46.

[2]王大實(shí)，趙 永，王鵬程.化學(xué)灌漿技術(shù)在調(diào)水工程上的應(yīng)用[J].水利水電工程設(shè)計(jì)，2009，28(2)：54-57.

[3]王大實(shí)，郭宏盛，趙 永.JH化學(xué)灌漿材料在混凝土修補(bǔ)工程中的應(yīng)用[J].水利水電工程設(shè)計(jì)，2006，25(2)：49-51.

[4]熊 僅，祝 紅，董建軍.長江三峽工程灌漿技術(shù)研究[M].北京：中國水利水電出版社，2003.

[5]鄧敬森，陳雪云，熊厚金，等.原位化學(xué)灌漿加固材料[M].北京：中國水利水電出版社，2010.

[6]蔣碩忠.綠色化學(xué)灌漿技術(shù)研究綜述[J].長江科學(xué)院院報(bào)，2006，23(5)：33-36，40.

[7]Lin K L，Wang K S，Tzeng B Y，et al.The reuse of municipal solid waste incinerator fly ash slag as a cement substitute[J].Resources Conservation and Recycling，2010，39(4)：315-324.