高速公路桥背沉降控制后注浆法应用

李德孝

（贵州省公路工程集团总公司，贵州 贵阳 550008）

高速公路随改革开放而出现，见证了时代的巨变。截止2007年全国已建成高速公路通车里程达55780Km。预计2010年我国高速公路通车里程将达到6.5万公里。“桥头跳车”问题是高等级公路常见的一大质量病害，主要由桥背路面沉降或搭板沉陷、断裂造成车辆通过时产生跳跃，使司机和乘客感到颠簸不适，甚至造成车辆大幅度减速，严重的可导致交通事故(特别是车辆机械事故)，同时跳跃的车辆又对桥涵和路面产生附加冲击荷载。因而，这一病害问题受到公路建设与管理部门的广泛关注。“桥头跳车”主要发生在公路的桥台、涵洞（通道）和挡土墙与路基的连接处，即所谓的“三背回填”区域。我国西南地区“三背回填区”也常因回填材料选择不当，压实度不够，渗水和排水不畅等原因造成跳车病害，严重影响了公路的使用性能，大大增加了公路的运营和维修费用，此问题如解决不好将对西南地区交通发展建设造成影响。

1 高速公路桥背沉降病害成因分析

由于桥台和涵洞（通道）构筑物分别按各自的标准进行设计，没有统一的标准。所以从结构设计上，以上构筑物与路基连接处没有共同的设计参数控制。结构设计、填筑材料与填筑技术、地基处理方法、施工及质量控制与评价方法等综合设计方法与控制指标的不同而进一步加剧差异沉降。造成高速公路“桥头跳车”的直接原因是桥台与道路由于材料刚度的不同而在连接处产生差异性沉降，形成错台，导致跳车。

1.1 地基沉降分析

地基土体在上部结构物的荷载作用下将产生应力和沉降变形。土的沉降变形与土的压缩性能密切相关。天然土体一般由三相组成，即土体矿物颗粒构成骨架，土骨架孔隙内充填有空气和水。土体受压力后从变形过程上讲包括两部分:第一部分是土颗粒的压缩过程，土的固体部分在压力下与其他材料一样会产生压缩和侧胀，不过通常的压力范围内，土颗粒自身的压缩量很小，可忽略不计;第二部分是土粒孔隙中流体的排出，土体积减小的过程，土体受压后土颗粒之间的相互作用力增大，颗粒靠拢，土体的孔隙率减小，其中的水和气体排出，土体积减小，产生沉降变形。如果土为饱和态，则只有水的排出，一般假定水的流动满足达西定律，而且认为土的体积压缩与孔隙中水的排出量相等;如果土为非饱和状态，则既有气体的排出，也可能有水的排出，还可能有气体在高压力下溶于水，土的体积压缩与水、气体排出量关系如何很难确定。

在软基地区高速公路桥背路基由于施工较快或处治力度不够，地基的固结沉降还未完成就已经通车，在道路自重和车辆荷载的长期作用下，路基基础沉降、变形，造成“跳车”。

1.2 回填材料压缩变形分析

按照施工工序，桥背路堤一般是在桥台构筑物完成后进行回填施工的，这样就在桥头形成一个填方较高、施工面狭窄、工期紧迫的作业段。在实际施工过程中，即使施工时严格要求，压实度达到规定的标准，但由于桥背填土较高，沉降按1cm/1m计算，随着时间推移，在自重和车辆荷载作用下，材料颗粒进一步挤密，排出水分和空气也会累计产生较大的沉降量。如果受施工条件限制，压实度不能有效保证，沉降量将会更大。一方面，在桥背与路堤的连接处，由于裂缝的产生，雨水会沿裂缝渗透到路基回填体，增加路堤含水量，对其造成冲刷和侵蚀，不断带走细小颗粒。随着路堤和各结构层的破坏，在车辆长期荷载作用下，必然造成桥头路堤沉陷或搭板底部的托空，甚至搭板的断裂；另一方面，毛细水的浸润和地下水的入渗，也会造成路基含水量的增加和细小颗粒的流失，对路基的稳定造成威胁。地下水的长期浸润使得回填土体强度降低，在车辆流动荷载作用下，回填土体的蠕变也会引起边坡变形，同时使得桥背路堤高程降低。

除此之外，材料刚度差异、设计理念不同、施工方面等都有可能成为高速公路桥背沉降的影响因素。

2 桥背后注浆处治施工

桥背注浆加固是通过群孔效应，利用压力将浆液充填到回填体的孔洞、缝隙，待其凝固后，使松散体胶结，达到改善回填体结构力学性质、降低压缩性的目的。

2.1 注浆实验工作程序

注浆需要的机械、设备主要有：寿力P900型空压机，宣化100型钻机，100/15型灌浆机，80KW、30KW发电机，高压供水泵，其它配套设施（钻杆、钻头、止浆塞、花管等）、机具和耗材等若干。参与施工的技术人员，机长、技工等若干人。

现场注浆试验采用实验室推荐的配比和设计参数，根据注浆效果对设计参数行修正和调整。

清理施工场地，设置好警示标志，对施工点进行交通封闭。按照设计文件在指定地点标出钻孔点及钻孔深度，孔位偏差控制在5cm的范围，孔位统一编号，做好记录。设置好水槽，储满水后取上层清液备用。

注浆前波速测试，以便于注浆完毕后对比。面波测试的点位应做好记录，确保注浆后的测试是在桥背回填体的相应部位。

采用的是风动偏心潜孔锤跟管钻进工艺成孔，安装钢花管后自上而下注浆。

按注浆次序统一编号、分序注浆，记录注浆压力、单孔注浆量、注浆时间以及注浆过程中的异常情况等。整理注浆资料，便于分析对比。

注浆效果采用钻孔取芯法、复灌法、面波波速法检测。

2.2 注浆方法与施工工艺

注浆次序是后注浆施工的关键，一般的原则是从加固区域的外围进行围、堵、截，内部进行充填、挤压，以获得较好的注浆效果，从而达到加固的目的。注浆次序分为平面次序和深度次序。

2.2.1 成孔

2.2.2 下钢花管、安装止浆塞封闭孔口

止浆塞的工作原理是利用中心管穿一串胶塞，两端用托盘限位，固定上端托盘，下端托盘沿中心管移动，用注浆钻杆下端连接止浆塞，下到预定止浆位置，通过钻杆在孔口施加一个机械压力使胶塞产生纵向压缩和横向膨胀与孔壁挤紧，达到封隔钻孔的目的。

2.2.3 浆液的制备

按各序列的配比配料，水泥、粉煤灰等固相材料采用重量称量法计量，计量误差小于5%。水泥、粉煤灰混合均匀后加水使用高速搅拌机ZJ-400搅拌均匀，高速搅拌机搅拌时间不小于1min。为防止石块、杂物混入浆液，浆液流出前需经过1mm的方孔筛过滤。制备好的浆液先置于储浆桶，低速搅拌，然后用泵和连接胶管输送至灌浆点。浆液从开始制备至用完的时间不大于4h，超过此标准应废弃。制浆温度保持在5～40℃。按规范要求，现场抽取一定批次的浆液用于结石率和抗压强度的测试。

2.2.4 压力注浆

压力注浆采用自上而下的方式，在封闭孔口后分段实施，同排不同序注浆的时间间隔不小于4小时，同时施工的两注浆孔距离不小于5m。

2.2.5 异常情况的处理

灌浆过程中，选用适宜的浆液，适时地变换浆液配合比，合理地控制灌浆压力并使它们之间很好地配合，是保证灌浆质量的重要因素。

2.2.6 注浆结束封孔

采用灌浆泵压浆封孔法，向孔内下入灌浆管，泵入已拌制好的水:水泥:砂＝1:0.5:0.8的水泥砂浆，一边压浆一边提升灌浆管，直至孔口返出水泥砂浆后为止，封孔结束。

2.2.7 施工流程：定孔位→安装钻机→成孔→钢花管注浆→止浆→孔口封闭→复灌检测。

[1]李峻利，姚代祖.路基设计原理与计算[M].北京：人民交通出版社，2001.

[2]刘松玉等.公路地基处理[M].南京：东南大学出版社，2001.