高速公路桥_涵_台病害处治中的综合注浆技术

第2期2010年2月广东土木与建筑GUANGDONGARCHITECTURECIVILENGINEERINGNO2FEB2010高速公路桥（涵）台病害处治中的综合注浆技术乔国华（广东省煤炭建设（集团）有限公司广州510100）摘要台身开裂、砌体倾斜以及砌体局部凸鼓是石砌桥涵台最为常见的病害，由于石砌石桥涵台自身结构的特殊性以及病害的复杂性，寻求何种有效的加固措施，对于有关单位来说一直是个困扰。本文系统总结了深汕高速公路以注浆为关键工序的对地基持力层钢花管注浆、砌体小孔注浆及台后填土钢花管注浆的综合注浆加固处治技术。检验及分析表明，此处理方法能有效治理石砌桥涵台病害，技术成熟可靠，可为同类桥台的维修加固提供参考。关键词浆砌片石桥台；病害；注浆；加固技术COMPREHENSIVEUPINJECTTECHNOLOGYINEXPRESSWAYABUTMENT（ORBRIDGE）DISEASESREPAIRINGENGINEERINGQIAOGUOHUA（GUANGDONGCOALCONSTRUCTION（GROUP）LTDGUANGZHOU510100，CHINA）ABSTRACTTHEPHENOMENONTHATTHEABUTMENTWALLARECRACKING,TILTINGANDDRUMINGUPISTHEMOSTCOMMONDISEASEFORTHEMORTARRUBBLEABUTMENTSANDCULVERTSBECAUSETHESTRUCTUREOFRUBBLEABUTMENTANDCOMPRELXITYOFDISEASE，TSALAWAYSBEENAPROBLEMTOSEEKINGTHEEFFECTIVEMEASURESFORSTRENGTHENINGNOWWESUMMEDUPACOMPREHENSIVEREINFORCINGTECHNOLOGYBYGROUTINGTOTHEFOUNDATION,THEHOLESOFABUTMENTWALLANDTHEFILLSOILOFBACKABUTMENTBYSTEELPIPEACCORDINGTOTHEENGINEERINGPRACTICEOFTHEREPAIRMENTANDREINFORCEMENTFORTHEMORTARRUBBLEABUTMENTONTHEWESTERNPARTOFSHENZHENSHANTOUFREEWAYTESTINGANDANALYSISSHOWSTHATSUCHTECHNOLOGYCANGOVERNANCETHEDISEASEOFTHEMORTARRUBBLEABUTMENT,ANDTHEEFFECTISSIGNIFICANT，SOITCANPROVIDEPROGRAMMEDESIGNANDREFERENCEFORTHEREPAIRMENTANDREINFORCEMENTOFSIMILARABUTMENTSKEYWORDSMORTARRUBBLEABUTMENTS；DISEASEGROUTING；REINFORCEMENTTECHNOLOGY1前言桥（涵）台是桥梁下部结构中的重要组成部分，位于桥的两端，起着支挡台后路基填土、防止路堤滑塌、连接桥跨与路基等作用。由于片石取材方便、工程造价低、便于施工且具有一定抗压强度，因而在早期一些中小型公路桥梁建设中被广泛应用，尤其是石材丰富地区的桥梁，绝大部分桥（涵）台均采用浆砌片石结构。近年道路交通日趋繁忙，重型车辆不断增加，加上车速不断提高等原因，浆砌片石桥台频繁出现不同程度的台身开裂、砌体倾斜及砌体局部凸鼓等病害，甚至发生坍塌现象，直接危及桥梁、涵法能够有效治理砌石桥台病害，可为同类桥（涵）台的维修加固方案设计提供参考。2桥（涵）台病害成因分析深汕高速公路西段由深圳龙岗至汕尾陆丰，全长146KM，于1996年建成通车。2006年底检测机构对该路段砌石桥梁墩台进行了检测和现场勘察，发桥台存在众多病害，经分析总结将其归纳如下21台身开裂竖向裂缝地基土承载力不足或持力层岩性不均匀（如岩、土结合处）导致基础不均匀沉降，台身出现竖向裂缝，另一原因洞的寿命与交通安全，因此急需对其进行维修加固以排除隐患并确保桥梁营运安全。本文结合我省高速公路（以深汕西高速公路为例）石砌桥（涵）台维修加固工程实践，系统地总结出一套通过对地基持力层钢花管注浆、对砌体小孔注浆及对台后填土钢花是砌体强度不足。横向裂缝大多出现在台身中上部，理论上石砌U型桥台、L型桥台处必须设置伸缩缝（如图1），伸缩缝台背台身侧墙主梁支座台身前墙地面线扩大基础管注浆的综合注浆处治技术。分析表明，此处理方使桥台的受力模式为竖向图1桥台侧面构造2010年2月第2期乔国华高速公路桥（涵）台病害处治中的综合注浆技术FEB2010NO2悬臂梁，但现有桥梁存在未设伸缩缝或无法正常工作、梁端与背墙顶死等现象，使桥台的受力模式发生了较大变化。为适应上部结构的伸缩变形，桥台台顶需产生等量的水平位移，因石砌桥台刚度巨大，该水平位移将在台顶上产生很大的附加水平力。另外，桥台承受的制动力远大于桥台支座的滑动摩阻力，由此桥梁台身承受的剪力及弯矩远大于设计值，导致台身横向开裂。另一原因是砌体抗弯剪强度不足，因石砌U型桥台、L型桥台及轻型桥台台身中上部结构尺寸较小且竖向力也较小，其抗弯剪最不利的截面一般出现在台身的中上部。斜向裂缝此类病害病因较复杂，可能是局部承受的压力过大、局部强度不足、砌体存在薄弱面或基础不均匀沉降等原因。22砌体局部凸鼓桥梁运行期间产生的桥台砌体局部凸鼓现象可能是由于砌体局部整体性较差和强度不足而引起。23砌体倾斜桥梁运行期间产生的桥台砌体倾斜现象可能是由于地基土承载力不足或台后填土松软而引起。24石砌L型桥台、U型桥台前墙与侧墙交界处竖向裂缝侧墙顶端为自由端，而前墙顶端可能有较牢固的约束，导致前墙与侧墙交界处竖向开裂；侧墙仅受土压力及砌体自重作用，而前墙还受上部结构自重、摩阻力及制动力作用，以及上部结构的水平拉力或推力作用。此外，台后填土产生的侧墙与前墙的基础应力差异较大，导致桥台侧墙与前墙交界处经常出现竖向裂缝。上述病害已严重影响桥台的正常使用及行驶车辆的安全，甚至给某些桥梁带来坍塌隐患，这与近年深汕高速车流量剧增及超载车增多有关，业主急切要求对病害桥台进行维修加固，及时排除安全隐患。3桥（涵）台传统加固措施以往的桥（涵）台维修加固中，对地基持力层灌浆是最普遍也最有效的加固方法，因常见的桥台病害均因基础不均匀沉降所导致。通过花管向地基持力层灌浆使其被挤密，从而提高地基土承载力，防止基础产生不均匀沉降。同时，沿注浆管周围将会形成直径大小不一的浆柱体，类似桩基础，与周围被压密土体共同承担桥台传来的竖向力和水平力。浆砌片石由于其自身散体结构的特殊性，采取传统加固方法难以达到理想效果，因此其维修加固措施应根据桥台具体病害情况而定。根据勘察结果，浆砌片石结构的内在质量问题主要是片石之间坐浆不饱满或片石尺寸过小、砌体砂浆剥落以及砌体内部空洞等。本文针对浆砌片石桥台的具体病害，从岩土问题角度考虑，采取了对地基持力层压浆、砌体小孔及台后填土钢花管注浆等对应的加固措施，分别从控制变形、确保强度、增加稳定性等方面综合考虑，以保证维修加固后桥（涵）台能正常安全工作。4桥（涵）台维修加固方案41台身加固对于石砌U型或L型桥台，加固前先恢复伸缩缝的正常工作，否则会引发病害。采用小孔注浆加固台身砌体，充实片石间空隙、增强片石间粘结力、增强砌体强度，提高砌体的整体性及均匀性。在侧墙及台身中上部设置钢花管注浆锚杆，以减小台身最不利截面的弯矩。台身正应力为S（NA）（MW）式中N、A、M、W均为X（截面到路面的距离）的函数7，当S取最大值时，X处于台身中上部，证明该处应力最大。台身前缘浇筑混凝土补强层，设置竖向受力主筋，以增强台身的抗弯剪能力，原石砌台身内植入粗钢筋以确保与混凝土紧密结合。对于台身砌体，即使不考虑小孔注浆后台身强度的提高，仅考虑增加补强层后截面尺寸的增大因素，根据截面惯性矩计算公式IBH312，抗弯刚度EI增大，故台身的抗弯性能将得到提高。42台后填土加固在台身中上部设置钢花管注浆锚杆，对台后填土进行注浆加固，增大台后土体的粘聚力C和内摩擦角J，根据朗肯主动土压力计算公式8PAGZKA2C姨KAKATG2（45J2）式中KA为主动土压力系数；C、J增大则主动土压力PA减小，有利于桥台受力。同时，钢花管注浆锚杆与台身前缘混凝土补强层之间通过锚定板连结共同受力，形成类似重力式挡墙结构，增强整体稳定性。43地基加固路线中心线3012362004135672010年2月第2期广东土木与建筑FEB2010NO2采用钢花管对地基土进行注浆加固，使注浆范围内的土体被挤密，提高地基承载力。44排水设施维修清除排水沟中的杂物，在台身前墙及翼墙上设置排水管，确保台身排水畅通。5桥（涵）台维修加固施工工艺以深汕高速公路西段潭西中桥为例，该桥全长387M，跨径213M，上部结构为空心板，桥面铺装为新加铺的沥青铺装，浆砌片石L型桥台，台身净高约5M。桥台主要病害如下台身有微小裂缝；砌体局部有凸鼓现象；台身渗水；砌体局部砂浆剥落；基础排水沟有淤泥杂物。上述病害已严重影响桥台正常使用及交通安全，急需进行维修加固，具体施工工艺如下51伸缩缝修复凿除并清理桥台板端与背墙前缘之间的堆积物，预留足够的间隙，恢复伸缩缝的正常工作以确保板梁能自由伸缩。52地基土注浆根据设计图纸确定注浆孔具体位置；沿与竖直方向成15角偏向台身方向钻孔至预定深度，孔径45MM；将制作好的钢花管及注浆管插入孔内至孔底，钢花管采用F6035有缝钢管，末端20CM加工成尖头并点焊封口，分为注浆段和止浆段，止浆段花管与孔壁的间隙用水泥浆封堵，管周每隔10CM长度均匀布设4个F8注浆孔眼；花管与注浆管用设有排气孔的连接件连接好，并连接一控制阀门，待花管内气体及水排出后，关闭阀门，开始注浆，浆液为425R普硅水泥，水灰比11，其用量按03TM估算，注浆顺序如图2，瞬间压力不超过15MPA，稳定注浆压力12MPA，采用反复间歇注浆，注浆后不拆除花管；注浆后，待浆液冷凝固结数日，即图2桥台半平面图与竣工图有较大出入则应上报并采取补救措施，其它钻孔不得穿透砌体，同时对砌体裂缝及砌缝进行有效密封以利注浆；清孔后注浆，采用纯水泥浆，以低压、定量、反复间歇方式进行，每钻一孔立刻注浆，逐孔施工；注浆完毕后利用注浆孔植入粗钢筋，并用植筋胶粘结，钢筋植入深度由注浆孔深度确定，1M以下的取钻孔深度，其余取10M，粗筋外露长度以能拉住台身补强层模板为宜。54台后填土钢花管注浆根据设计图纸定出注浆锚杆孔位；钻孔穿透墙身至台后填土，深8M，方向为水平线向下10；将准备好的钢花管及注浆管插入至孔底，注浆锚杆为F5032无缝钢管，沿轴向每10CM开1对F4出浆孔，梅花状布置，花管底部50CM长度内10个出浆孔为F6，沿长度方向每隔1M焊上倒刺式对中支架，钢花管采用10CM长螺纹套管连接，接缝外加焊接，遇接头则错开，其数量在同一平面内不超过50，花管采用无缝钢管制作；孔口与管壁之间的空隙封闭后进行注浆，采用425R普硅纯水泥浆，注浆瞬间压力不超过05MPA，采用反复间歇方式进行，浆液用量按03TM估算；注浆后拔出注浆管留下钢花管，并用锚固构件对花管进行锚固，将其充当锚杆。55台身混凝土补强层施工首先凿除原勾缝砂浆，清除砌体表面的松散砂浆并冲净；绑扎钢筋，补强层劲性骨架中竖向及横向受力筋分别为25、20，其他辅助钢筋为12；补强层钢筋网竖向及横向钢筋分别为16、12，将补强层钢筋网与先前植入基础与台帽的钢筋及注浆锚杆的外露端绑扎焊接；分层立模与浇筑混凝土，为减小浇筑时补强层对台身的侧压力，应分层浇筑，每次高度不大于2M，模板利用小孔注浆时植入的粗钢筋定位及锚入模板，即自锚式支撑，拆模后将在粗筋中产生预应力，使补强层对砌体产生预压力，补强层厚30CM；待混凝土硬结到一定强度后拆除模板。56排水设施修复清除基础排水沟中的淤泥杂物，并在台身前墙与翼墙距地面线以上50CM处按2M间距设置倾斜度5的F90排水孔钻穿墙体范围，孔内填塞碎石。进行抽芯检查。53砌体小孔注浆及植筋在台身前墙按设计孔位钻孔至预定深度，孔径37MM，方向为水平线向下10，每个台身确保至少有3个孔穿透墙身，以了解台身不同部位厚度，若6桥（涵）台加固效果分析61地基桥台加固完毕7D后，采用动力触探试验对地基5652010年2月第2期乔国华高速公路桥（涵）台病害处治中的综合注浆技术FEB2010NO2中同一注浆点进行注浆效果分析，并与注浆前进行对比，其结果见表1，可见地基持力层注浆后承载力明显提高，满足原表1注浆前后触探试验结果对比控制台身变形、对砌体小孔注浆以确保砌体强度及对台后填土钢花管注浆以维持桥台稳定性的综合注浆处治技术，对于治理浆砌片石桥（涵）台病害是成功的，可为同类桥（涵）台维修加固方案设计和施工提供参考。设计地基承载力要求。62台身台身砌体进行小孔注浆后，分别抽取多组芯样进行检测，发现片石之间的空隙均被浆液充填密实，效果理想；台身前墙增设混凝土补强层后，若不考虑注浆强度提高因素，仅考虑台身截面尺寸增大的影响，则其抗弯性能将提高到原台身的133173倍。63台后填土台后土体灌浆后，采用与台身同样的方法，对不同位置钻孔取芯检测，发现灌浆后土体挤压密实，达到预期加固目的。7结语浆砌片石桥（涵）台由于其自身散粒结构的特殊性以及病害表现的复杂性，采用传统方法对其病害处治难以达到理想效果，而目前又没有现成规范。而在我省高速公路多座砌石桥（涵）台的维修加固实践中，采用了本文所述的以注浆为关键工序的加固处理方法，只要严格控制注浆工艺，均已取得良好效果，桥台加固3年多其运行状态依然良好，未见异常病害现象。这表明采取对地基持力层钢花管注浆以参考文献1余诗泉桥梁工程M北京人民交通出版社，20052杨俊华，田安