桥梁隧道工程施工中灌浆法加固技术分析

来源:用户上传      作者:蒋明明

　　[ 作者简介 ]
　　蒋明明，女，湖南邵阳人，湖南省第四工程有限公司，工程师，本科，研究方向：公路桥梁、市政道路技术管理。
　　[ 摘要 ]
　　为顺应社会经济的发展，桥梁隧道工程的建设规模日益扩大，逐步完善了交通基础设施。在桥梁隧道施工中，需要充分考虑现场地形、地势、水文等多重条件，遵循因地制宜的原则，以科学的方法施工，达到筑安全、保质量、增效益的效果。在现阶段的桥梁隧道工程施工技g体系中，灌浆法颇具代表性，若操作得当，有助于提高桥梁隧道的质量，为车辆的通行提供安全保障。鉴于此，本文以某桥梁隧道工程为例，阐述灌浆法在桥梁隧道工程中的具体应用。
　　[ 关键词 ]
　　桥梁隧道;灌浆法;加固技术;原理;应用
　　现代交通运输业的发展使相关的工程建造和实施技术的运用得到推广，在路桥隧道工程施工过程中，会遇到不同的地质和地理环境，这些都对施工的开展有较大的影响，比如山体结构、岩溶等，而在隧道开挖和建造中，要事先开展详细的监测和探查工作，确定其中存在的风险因素，并且采取防范措施。由于桥梁隧道的施工环境复杂，存在诸多不可抗因素，结构以及现场岩土体有失稳的可能，因此合理采用灌浆加固方法显得至关重要。通过灌浆法对桥梁隧道进行加固，能有效保证加固效果，为工程建设提供帮助。
　　1 桥梁隧道施工常见问题
　　1.1 浆脱落
　　对于隧道工程来讲，砌浆是不可或缺的重要施工环节。考虑到隧道工程的整体美观程度，施工人员通常会在砌浆时覆盖墙体的粗糙表面，经过全面的砌浆工作，使隧道墙体外表整洁、平滑，从而达到美观的目的。砌浆在加固方面也起到了一定作用，提高了隧道墙体的抗腐蚀能力，在一定程度上提升了隧道的承重平衡水平。当砌浆脱落时，隧道失去一个保护层，让墙体在空气中暴露出来，大大增加了隧道施工危险系数。这要求施工人员不仅需要对隧道工程的美观性进行考虑，还应兼顾隧道的安全性，充分优化和改善砌浆施工环节，减少因砌浆而导致的隧道施工问题。
　　1.2 隧道桥台裂缝和桥墩裂缝
　　在隧道工程中，施工人员经常会遇到隧道的桥台裂缝和桥墩裂缝。处于初始施工作业阶段，桥台裂缝和桥墩裂缝并不明显，因此难以被施工人员及时发现，再加上隧道工程验收阶段的裂缝问题容易被人们遗漏和疏忽，便导致隧道在投入使用后裂缝逐渐扩大，最终给隧道工程质量带来严重的影响，大幅增加安全隐患。裂缝超过1.2 毫米后，施工人员才会注意并发现隧道的裂缝问题，若此阶段未及时采取有效的保护措施来弥补或处理产生裂缝的部位，隧道裂缝将会进一步扩大，表现出不断延伸的趋势，降低桥梁隧道的承重能力，破坏隧道原有的平衡性，并且桥梁的承重能力也得不到保障。
　　1.3 隧道干缩裂缝
　　隧道干缩裂缝多为表面性的，纹理较细小，走向没有规律。裂缝的产生与施工工艺关系大，其中包括掘进方式的选择、混凝土振捣、水灰比确定、拆模、拱背回填、养护等。拆模过早，混凝土还没有达到设计强度就开始受力，使混凝土产生裂缝，如果拱顶回填不密实，则顶部压力会分散作用在两侧拱腰部位，拱部出现马鞍形荷载的地压分布形式，与衬砌的原始设计大不一样，造成拱腰开通时混凝土本身的干缩与冷缩，也是产生裂缝的重要原因。
　　2 灌浆法加固技术概述
　　2.1 原理
　　以水泥、砂、黏土、水、添加剂为主要的原材料，按照特定的比例选取适量材料并予以充分的拌和，制得均匀性较好的砂浆，将其灌注至预先钻进成型且得到清理的孔洞内，水泥砂浆在固结过程中将连同待加固结构共同组成完整稳定的整体，达到加固的效果。灌浆法是公路桥梁隧道施工中的重要方法，其还能够填补结构的裂缝，避免结构表观质量问题以及受力异常。在路桥隧道工程中，根据注浆压力的不同，分为高压注浆和低压注浆两种形式，通常前者的应用更为广泛，即压力作用更强，有效地将浆液推送至特定的加固区域后，浆液的填充更加饱满，随之取得良好的加固效果。
　　2.2 优势
　　灌浆法在公路桥梁隧道中的应用优势突出，主要体现在如下几方面：
　　①灌浆法加固技术能够将隧道的漏洞堵住，避免漏水，从而实现堵漏的目的。
　　②灌浆法加固技术可以将隧道变形量减少，使其力学性质有效增强，确保隧道混凝土结构和特性，从而实现增固的目的。
　　③灌浆法加固技术能够避免隧道混凝土出现渗水的现象，提高防渗水平，从而实现防渗的目的。
　　④灌浆法加固技术可以让建筑隧道的斜度大大减小，避免产生不均匀沉降的问题。
　　2.3 方法
　　较为常见的灌浆法有如下几种。
　　2.3.1 填充灌浆
　　填充灌浆法能够为地质坍塌所导致的裂缝提供保护，如隧道因地震、溶洞坍塌、施工设计、施工不当等原因而产生裂缝的情形。
　　2.3.2 压密灌浆法
　　在高压作用下，将制备的高浓度浆液注入孔缝内。施工常采用高压脉冲泵等相关装置，注浆压力控制在20兆帕～40兆帕，由于压力作用较强，喷出的浆液将对土体带来切割作用，使土粒从土体上剥落。此时，细小的土体被注入的浆液置换，顺着浆液的流动而被推动到土面上;还有部分土粒与浆液结合，经过搅拌后得到均匀性较好的混合体，两者共同凝固，产生稳定可靠的固结体，挤入岩缝后起到加固的作用。对喷射流移动方向进行调整后，固结体的形状也随之改变，因此施工中需要根据具体情况以及要求控制喷射流的移动方向。
　　2.3.3 渗透灌浆
　　桥梁地基加固、隧道侧壁修补施工中常采用的是渗透灌浆方法，经过注浆后，将浆液推送至岩土层，通过浆液的应用，与周边的岩土体共同组成稳定的整体，此时岩土层的强度较之未处理前有明显的提高。
　　2.3.4 电动化学灌浆法
　　首先确定待加固的岩层，在该处确定好正负两极后，将插至底层的正极接入金属管内，与电源的正极连接，以便组织灌浆作业。从适用性的角度来看，电动化学灌浆法常被应用于桥梁基础加固中，浆液固结后基础结构的完整性和稳定性均得到改善。

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　　3 工程概述
　　某公路工程全长45.23千米，路桥隧道占比约
　　30 %。其中，隧道采用22米宽的整体式路基和9.96米宽的分离式路基。隧道设计时速100千米，现场地质条件复杂多样且颇为特殊，贯通段以砂岩和英砂岩为主，有山泉水流经，在采取爆破措施时，容易由于参数不合理、作业不规范等原因而诱发泥石流、内部开裂等问题。对此，项目采用灌浆法，经过灌浆施工后，依托浆液的固结作用，保证结构的稳定性，规避隧道质量缺陷。
　　4 灌浆法加固技术在桥梁隧道工程中的应用
　　4.1 施工准备
　　全面的准备是灌浆施工作业正式开展的关键前提，主要考虑三个方面：①深入现场做全面的勘察，明确地形、地质、水文、气候等自然条件，对公路桥梁隧道的施工环境形成准确的认识，将采集的信息作为施工方案编制时的参考;②合理配置施工队伍，落实持证上岗制度，由具有资质的员工参与施工;③根据施工方案配备材料、机械设备，进场时加强对材料质量以及机械设备性能的检验，夯实物资基础。
　　4.2 施工要求
　　严格依据施工标准开展各项工作，富有流程性地推进施工进程，尽可能避免工序交叉的情况。对于无特定围岩加固施工标准的，则密切关注现场环境，动态调整施工方案，尽可能提高各项工作的规范性。浆液被有效注入待加固区域的关键在于得到特定压力的支持，不同压力条件下的灌浆施工效果存在差异。在正式灌浆前，需组织灌浆试验，确定最具适用性的压力控制值，后续依据该值灌浆;遇到施工条件改变的情况时，动态优化灌浆压力。灌浆量也是灌浆施工中的重点控制对象，其并无固定值，因此根据实际情况以及需求而定，有必要预留出额外的浆液，确保在突发异常状况时浆液能够及时供应，避免施工中断。通常实际准备的浆液量以理论值的1.2倍较为合适。灌浆孔吸收量在每分钟0.6升以内且有逐步减小的变化时，表明孔内灌浆达到饱满状态，可结束灌浆作业。经过灌浆施工后，软土围岩的承载力需达到90千帕及以上，复合型围岩该值需达到135千帕及以上。
　　4.3 灌浆材料选取
　　灌浆材料的性能会直接影响灌浆效果，因此在浆液拌制阶段加强质量控制具有必要性。在浆液的生产中，配比必须得当，其是影响浆液性能的关键指标，应加以控制。现阶段灌浆主剂主要采用的是粒状浆材、化学浆材两类，各自均有其独特的应用优势。其中粒状浆材原材料包含水泥、沥青、黏土等，按照一定的比例混合而成，优势在于制备工艺简单、造价较低，因此在多数公路桥梁隧道工程中取得广泛的应用。化学浆材浆液的灌注覆盖面较广，灌注效果良好。
　　4.4 灌浆加固施工工艺
　　4.4.1 钻进成孔
　　钻孔采用的是半径为40毫米的钻头，沿着与钻孔面垂直的方向打孔，其间加强对垂直度的检测与控制，保证全程的垂直度误差均在±1 %以内。钻孔深度范围内可能存在特殊的地质条件，在本工程中则有粉状土壤，此时先下入导管用于防护孔壁（以防粉尘泥沙混入孔内，否则会造成堵塞），而后再继续钻孔，直至达到设定深度要求为止。钻孔后清理内部的岩粉等杂物，将孔内沉渣厚度控制在许可范围内，并检测孔位、孔深、孔径等参数，确保各自均满足要求。
　　4.4.2 安装灌浆管道
　　钻孔成型后，向其中安装灌浆管道。道路桥梁施工环境复杂，若采用普通灌浆管道，容易受施工扰动等作用而损伤管材，如管壁出现裂缝，此时部分注入的浆液沿着裂缝向外流出，材料浪费量增加，且注浆的密实性难以得到保证，影响最终的加固效果。为有效规避该类问题，在安装灌浆管时采取防护措施，即在其外部包裹软胶保护层用于缓冲，以免管壁与周边孔洞直接接触而破裂。灌浆管道铺设至指定位置后，进一步检查钻孔孔隙以及管道衔接部位的孔隙，对其采取填补处理措施，提升严密性。
　　4.4.3 拌制水泥砂浆
　　根据试验确定的配比选择原材料，沿一个方向连续搅拌，制得均匀的混合料。搅拌时尽可能保持匀速，时间不短于30秒，其间观察水泥砂浆的实际状况，灵活调整搅拌速度，确保在搅拌全过程中均无砂浆离析、沉淀等质量问题。遵循随拌随用的原则，将拌制好的水泥砂浆转至现场，尽快投入使用，通常中途间歇时间在2小时以内，否则砂浆易初凝或变质。在本次公路桥梁隧道施工中，拌制原材料选用的是42.5硅酸盐水泥、粒径不超过3毫米的集料，并辅以适量水玻璃、粉煤灰等外加剂，借助此类材料提高砂浆的性能。
　　4.4.4 正式灌浆
　　灌浆施工量较大，为有秩序性推进施工进程，采取分区段灌浆的方法，单个区段的长度不大于50米。灌浆后，随即采取封堵措施，避免浆液流出。按照自下而上的顺序灌浆，在底处孔灌浆时，随着浆液注入量的增加，气体在浆液的推送作用下从高处孔排出，并在某时间节点出现高处孔溢浆现象，此时随即将底处孔封堵，再进一步从高处孔开始注浆，迫使浆液向下推送，以保证注浆的饱满性。注浆时，根据浆液的流动性、内部钢筋分布情况等灵活控制注浆压力，但避免压力异常波动。注浆遵循连续性原则，尽可能避免中途中断。
　　在本工程中，采用的是分阶段（两次）灌浆的方法，首次为常压注浆，从孔底开始逐步向上注入，待上孔溢出浆液后结束;经12小时后再次安排注浆，此环节采取的是劈裂注浆的方法。第一、二次注浆时，浆液的水灰比不尽相同，分别为1∶0.5、1∶0.6。注浆时，根据现场实际情况灵活调整注浆参数，保证注浆压力、注浆量以及注浆时间的合理性。通常情况下，注浆压力不大于1.2兆帕，若在施工期间遇到地表冒浆、串浆问题，则随即予以防护，并对注浆方法做出调整，如采取间歇式注浆。注浆结束后，组织地基承载力的检测工作，判断注浆效果，实测值达到300千帕，满足130千帕的要求。
　　4.4.5 灌浆孔封堵
　　灌浆压力达到设定值后，仍需稳压灌注10 min，注浆量约为每分钟10升，目的在于保证浆液注入的饱满性。注浆后，随即对注浆口做封堵处理。
　　5 结束语
　　综上所述，在桥梁隧道施工过程中，由于其施工的复杂和特殊性，施工单位应注意做好施工前的准备工作，并严格注重各个施工环节以及施工参数的合理控制，通过应用灌浆法加固技术，对其中的裂缝和基底进行弥补和加固处理，从而提高其质量和稳定性，以此满足当今社会的交通运输需求，促进社会经济的良好发展。
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