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1、钻孔注浆处理桥头跳车研究工 作报告钻孔注浆处理桥头跳车研究工作报告 一、 问题的提出桥台背跳车是高速公路运营的通病，产生跳车的原因是由于与台后填土面的不均匀沉降差引起的。找出产生不均匀沉降差的原 因，是根治桥头跳车问题的要害所在。桥台一般用刚性材料建筑，在顶部外荷载和自重荷载作用下自身的变形很小，从对车辆运行的影响来说这个变形可以忽略不计。但台后填土在本身自重和车辆荷载作用下肯定有长时期的变形发展过程产生，而这个沉降变形相对于桥台构筑物的变形是很大的。这是产生 桥台与台背土体不均匀沉降差的原因之一。桥台基础下持力土层所承受的附加应力与台后填土体下持力土层所承受的附加应力一般情况下也不相同，附加
2、应力的不同必导致沉降变形的不同，这也是产生桥台面与台背土体面不均匀沉降差的原 因。找到了产生不均匀沉降差的原因并不能表明这个问题就能很好解决，难点在于地基持力土层和台后填土体的变形是一个随时间发展而发展的过程。这个过程随地基土质和台后填土材料的不同而不同，少则数月，多则几十年才能完成。这就是说即使在设计时把可能产生的沉降差计算的很准确，也不能用预留沉降高程来解决桥头跳车的问题。因为从车辆运营角度出发，要求从辅筑面层开始，路面就应一直是平整的。综上所述，研究小组认为：从解决问题的技术、经济和可行性角度出发，要根本消除桥台与台后土体的沉降差，在目前条件下是不可能的。解决问题的目标应是采取一切可能的
3、工程措施尽量减小沉降差 的量值，从而在一定程序上满足车辆运营对路面的要求。二、 解决该问题当前的发展水平与行业特点公路工程、铁路工程、机场工程、港口工程、水利工程、工业与民用建筑工程等都属于土木工程。土木工程同样都存在地基或土体的沉降差对上部构造物造成的危害。但工程性质的不同，沉降差造成的 影响程度也就不同，而各行业处治和解决的办法也就不同。水利枢纽工程、机场工程、工业与民用建筑工程的建筑场地面小，相对场地面积上投资大，因而在勘察和设计上工作可做的细、标准高。因此对地基或土体可能产生的沉降差就会有一个较好的估计，正确的估计有利于采用合理的工程措施解决地基沉降差问题。公路工程、铁路工程，线长面广
4、、地质、地形条件复杂多变，单位建筑场地面积上的投资相对较小。因此，勘察和设计的标准低。很多情况下，多数小桥涵在设计时只有地形资料而无勘察资料。没有勘察资料的工程是无法在设计时对土体沉降进行计算的。因此可以说，以经验及类比法设计的小桥涵也是造成桥头跳车的原因之一。与公路工程相似，勘察设计标准较低的铁道工程也存在桥台与台后填土体的沉降差问题，但其对工程造成的危害却不象公路工程这样严重，原因是其可以在运营期不断用填补道碴进行调整。相对而言，沉降差对公路工程的危害就很大了。研究小组综合分析后认为，提高公路工程的勘察设计标准是解决桥头跳车的方法之一。但其发展受社会经济水平的制约，并还有一个时间过程。而当
5、前解决桥头跳车主攻方向，应是采取合理的工程措施尽量减少沉降差的值。从而最大可能地满足车辆运营的需要。从目前的发展水平来看，解决桥头跳车的工程措施多种多样，主 要可归纳为：(一)、对原状地基，经过勘察若知其属于高压缩土，则可用地基处理的方法进行解决。地基处理的手段有多种多样，可根据实际情况 进行选择。(二)、对台后填土材料，尽量选用压缩性小的土料。如填筑级配良好的粗粒砂石料，因为级配良好的砂石料在施工期内其沉降可大部 分完成，对工后的影响很小。(三)、对台后填土材料进行改良，例如采用石灰土、水泥土、二灰土等，改良后的土材料压缩性小，可减小桥涵台背填土体的沉降量。(四)、因引起台后填土体变形的主要
6、荷载是填土体本身的自重，所以选用密度小的轻型材料也可减小变形量，轻型材料多种多样，如 粉煤灰、废矿碴等。(五)、有条件的工程还可选用人工轻型材料代替填土材料，具有代表性人工材料为 EPS 泡沬板，价格国内 300 元/m3，所以一定要结合其它工程目的选用才有实际使用价值，例如结合防冻、防水、减压 等目的一并使用等。(六)、设法提高桥台背填土体的压实度以减小填土材料的压缩变形值。由于受桥台构筑物的影响，现场压实机具在其附近无法正常进行，所以一般的台后土体压实度都略低于附近路堤填土体的压实度，这也是因施工原因而造成台背与台背后土体不均匀沉降差的原因之一。因此，压实机具、压实工艺的研究也应是解决桥头
7、跳车的手段之一。据了解，国内有在压实填土达到设计标高后再用强夯的办法，进一步提高台后填土的密实度研究和工程的报道，但我们认为强夯可能对桥台造成不利危害，不能为提高填土体的质量而牺牲桥台的工程质 量。因而未将该手段作为目标而进行探讨。三、 本课题拟解决的工程问题和采取的研究方案：( 一)课题情况本课题高速公路工程位于重丘区地段，区内地形和地质条件复杂，沟谷切割剧烈，桥涵多且建筑难度大，根据钻孔调查发现已建成 的桥台、涵背填土体普遍存在以下问题：1、路段内填方材料主要为泥岩，砂质泥岩和粉砂岩。块料泥岩强度高，不利于机具压实。因此未经很好处理的泥岩填方体具有大孔隙和局部架空结构，这种大孔隙和局部架空
8、结构正常情况下不影响填方土体的使用，但若浸水或经受长时期的车辆振动荷载就可能失稳， 局部填土体的失稳就会造成填方土体表面的不均匀沉降。2、台后填方土体中的大孔隙和局部架空空洞的大小程度与填料的岩性和粒径有关。块状片石和泥土小块混合填筑时，其局部架空空 洞较发育，影响范围也大。3、区段内桥、涵台背填土体普遍存在压实不均匀的现象，一般的规律是台背前、台背两边压实度最差。而路面以下 3 米范围内压实度相对较好，随着深度的增加压实度逐渐变差，并存在着程度不等的 局部架空空洞。4、基岩与填方料接触带一定范围内的填土压实度差，尤其当路 基为较大斜坡和抛填深度较大时压实度更差。根据具体的工程问题，研究人员在
9、众多的工程处理措施中进行了筛选，认为采用注浆加固的方法能较好地解决该研究项目拟解决的问题。应当认识到，对于普遍的工程问题，没有某一种工程处理手段是唯一最好的。而最优的处理或研究手段应是根据具体的工程问题，在技术上满足需要，费用上经济，施工上可行的原则进行选用。本课题 采用注浆法进行就是根据这个原则选用的。(二)选用方法情况静压注浆的实质是利用液压、气压和电化学原理，通过注浆管把浆液均匀地注入土层或岩体中，浆液以填充，渗透和挤密等方式，赶走土颗粒间或岩体裂隙中的水分和空气后占据其位置。经人工控制一定时间后 , 浆液将原来松散的土粒或裂隙胶结成一个整体 , 形成一个结构新,强度大,变形小,防水性能
10、好和化学稳定性良好的结合体。静压注浆的另一个优点是即可治病，也可防病。工程有病害时一般的首选处理措施可能是注浆，因为注浆不用破坏工程体外形就可进行加固。工程体未出现病害时也可采用注浆法进行预防性加固，因为 它与其它工程措施相比工程量是较小的。静压注浆的优点还在于注浆材料可多样化，针对具体的工程问题可选择不同的注浆材料。例如为防水可选择水玻璃材料，加固岩体可选用水泥材料，加固混凝土可选用化工材料，而加固土体还可选择土材料。根据前述的达渝公路工程台背后填土体的调研情况，本研究拟 采用水泥，粉煤灰作为注浆材料。根据选用解决问题的手段为注浆处理措施，则注浆材料，注浆工 艺，注浆效果就成为本课题拟解决的
11、关键技术问题。静压注浆按理论分类法可分为渗透、注浆、劈裂注浆、压密注浆、电动化学注浆 4 种。结合达渝工程具体问题，研究人员选择了压密注 浆和劈裂注浆二种方法。劈裂注浆是指压力作用下，浆液克服地层的初始应力和抗拉强度，引起土体结构的破坏和扰动，使其沿垂直于小主应力平面上发生劈裂，使地层中原有的裂隙和孔隙浆液的可灌性和扩散距离增大，以达到对土体进行物理和化学加固的目的，劈裂注浆所用的注浆压力相 对较高，处理桥台下原状地基较好。在粘性土层中，水力劈裂将引起土体固结及挤出现象，在只有固结作用的条件时，可用下式计算注入浆液的体积 V 及单位土体所需的 浆液量 Q：V=a0(P -u)m 4 r2dr
12、0 Q=Pm式中：a 为浆液的扩散半径(m)；P 为注浆压力（Mpa）；u 为孔隙0水压力（Mpa）；m 为土的体压系数；P 为有效注浆压力（Mpa ）。在存在多种劈裂现象的条件下，则可用下式确定土层被固结的程 度 C：C=（1-V）（n -n ）(1-n )100%0 1 0式中：V 为注入土中浆液结石的总体积 (m 率；n 为注浆后土的孔隙率。13)；n 为土的天然孔隙 0压密注浆是指通过钻孔在土中注入极浓的浆液，在注浆点使土体压密，在注浆管端部附近形成浆泡，注浆压力基本上沿钻孔的径向扩展。向外扩张的浆泡将在土体中引起复杂的径向和切向应力体系。紧靠浆泡处土体遭到严重破坏和剪切，并形成塑性变
13、形区，在此区土体的密度可能因挠动而减小，离浆泡较远的土则基本上发生弹塑性变形，因而土的密度有明显的增加。研究表明，浆泡的最后尺寸取决于很多因素，如土的密度，湿度，力学性质，地表约束条件，注浆压力和注浆速率等。有时浆泡的横载面直径可达 1m 或更大，实践证明， 离浆泡界面 0.32.0m 内的土体都能受到明显的加密。针对达渝路上桥台后填泥岩，砂岩块有大孔隙空洞现象，研究人员还预备了填充注浆的方案。所谓填充注浆就是设法让一定浓度的浆液注入土体的大孔隙、大空洞中。注浆的目的是以固化土粒结构为主，而不是以提高密度为主，但填充的后果实际上是提高了土体的密度，减小了土体受力后的沉降量。填充注浆的特点是注浆
14、压力不可能高， 浆液的成分和浓度要根据具体的工程情况实时决定。四、注浆研究工作的实施注浆试验工程依托达渝高速公路一期和二期工程，因一期和二期工程的状况略有不同，所以本报告分开论述。(一)一期工程达渝高速公路一期工程罗江 百节段全厂 37.35km ，分属 A 合同段（罗江仰天湾）和 B 合同段（仰天湾百节）。位于达县向斜东翼，属丘陵地貌，沿线新建桥、涵较多，为解决桥台、涵背跳车问题，对 桥台背、涵洞背进行灌浆充填治理。1、桥台台背治理实验点有：徐家坝互通式立交桥（A 合同段）、2-1天缘中桥（A 合同段）、北外简易立交桥（A 合同段）、州河大桥（A2-1 2-14合同段）、明月江大桥（ A 合同段）、背阴坡大桥（A 合同段）、仰天5 8湾互通式立交桥（1 号主桥、2 号主桥、A 匝道、D 匝道、属 B 合同1-1段）、石沟分离式立交桥（B 合同段）、斌郎分离式立交桥（B 合同段）、3 4段家封火大桥（B 合同段）、长溪河大桥（B 合同段）、玉主庙中桥（
