恰甫其海枢纽工程1号钢桥桥墩砂砾料基础灌浆加固处理技术措施

2012-10-19李翔

水利建设与管理 2012年6期

李翔

(新疆伊犁河流域开发建设管理局乌鲁木齐 830000)

1 工程概况

恰甫其海枢纽工程1号钢桥位于新疆伊犁巩留县境内，距巩留县39km处，主要承担着巩留县境内牧民转场和山口水库旅游交通任务，设计荷载为汽-15t。上部结构选用321两排单层加强型装配式钢桥，全桥共计21节，每节长3m，桥面净宽为3.74m，桥面高程为917.5m。下部采用混凝土重力式桥台和重力式桥墩，采用两跨连续布置，两跨分别长18m、45m(见图1)。

图1 一号钢桥平面和剖面

1号钢桥左岸桥台座落于砂砾石基础上，基础混凝土下游方向有局部出露的岩石，中墩座落于砂砾石基础上，右岸桥台座落于基岩上。砂砾石基础由褐黄色粉土、云母碎片及砂砾石组成，夹多层砾砂、粗砂薄层及少量的砾石。其中砾石直径一般为50～500mm，砂砾石级配不良，经强夯后，地基承载力特性值为180～220kPa。砂砾石基础厚度较大，下伏地层由黑灰色火山角砾岩组成，岩体较完整，块状结构，岩芯主要呈柱状、短柱状，岩芯采取率及RQD值高，地基承载力特性值为2000kPa。

1号钢桥2008年建成，2009年下游山口水库蓄水后，桥墩基础淹没，导致左岸桥墩发生偏斜，上游沉降22cm，中墩基础发生沉降25cm。

2 基础下沉的原因

原左岸砂砾石基础厚度较大(灌浆处理时，实测孔深8.56～11.50m)，为阶地沉积原状砂砾石，未进行挖除，只是在干燥状态上进行了强夯处理;基础三面环水，范围较小，侧限约束小，被水浸泡后降低了其强度，致使承载能力减小，砂砾颗粒发生了移动，结构进行了调整，因而造成了桥墩的沉降、偏斜。

3 工程技术处理措施

若采取左岸桥墩及桥梁拆除后进行基础挖除或再压实处理，后果为:ⓐ切断交通，影响牧民转场;ⓑ桥墩及桥梁拆除重新施工工作量巨大，造成巨大的经济损失;ⓒ三面环水场地小，已无条件进行处理。因此，必须简化施工技术处理措施。唯一的办法就是对基础进行加固，以提高承载力，限制继续沉降，并加高桥墩顶面高程以补偿发生的沉降。进行砂砾石基础加固就得填充空隙、限制颗粒的移动调整，提高砂砾石密度及强度，从而提高其承载力，限制继续沉降。灌浆可以填充空隙、限制颗粒的移动，因此，选择采用较为经济的水泥灌浆加固法。

首先，对基础周围岸坡进行人工抛石及浆砌石防护，防止库水对砂砾石基础的淘刷侵蚀。然后，在墩台基础之下，墩台中心及外缘砂砾石基础中直向或斜向钻孔或打入管桩，通过孔眼及管孔，用一定压力把水泥浆液灌入砂砾料层中，通过浆液凝固，把原来松散的砂砾料固结为有一定强度和密实的整体，从而达到加固地基、提高地基承载力的目的。

4 具体灌浆工艺措施

4.1 灌浆布孔

沿桥台基础四周布置两排灌浆孔，孔距0.75～1.825m，排距1.5m。内排孔为向内侧倾斜10°的斜孔，孔中心线距基础边缘10cm，外排孔为直孔。在桥台基础的中部布置6个灌浆孔直孔。为保证灌浆效果和质量，除路基覆盖部分沿桥台基础周围浇筑了3.0m、宽1.0m厚的混凝土盖重，路基覆盖部分从路面顶部造孔。详见图2。

图2 1号钢桥桥墩砂砾石基础加固灌浆平面

4.2 灌浆材料

灌浆浆液采用纯水泥浆，水灰比采用2∶1、1∶1、0.8∶1、0.6∶1、0.5∶1 五个比级，开灌水灰比 2∶1，逐级由稀变浓。水泥采用42.5R普通硅酸盐水泥，细度要求通过4900孔/cm2，筛余量不大于5%，其质量必须满足国家标准。

4.3 灌浆压力

灌浆压力由现场生产性试验确定，实际生产时根据现场实际调整，以加压过程中不产生注浆量和压力值突变为原则。现场生产性试验初定压力为:第一段0.30MPa，第二段及以下为0.40MPa。实际生产时为防止浆液渗流过远以及对土体产生劈裂和渗透失稳破坏，压力控制在0.20～0.30MPa，最大不超过0.40MPa。

4.4 灌浆方式

为减少浆液损失，提高灌浆效果，保证灌浆质量，灌浆先外边排后内排，灌浆方式采用单孔分段循环式灌浆，分两序进行，先进行Ⅰ序孔钻灌，后进行Ⅱ序孔钻灌。灌浆首段采用常规阻塞、第二段及以下各段采用小口径、孔口封闭、自下而上分段灌浆法。若出现成孔条件差、易塌孔时，则采用自上而下分段灌浆法。自上而下段长不大于1.5m，自下而上段长不大于1.0m。灌浆孔口管采用0.5∶1水泥浓浆灌注。

4.5 灌浆造孔

砂砾石层属松散结构，为保证基础稳定，确保工程安全实施，采用跟管钻进分段灌浆。造孔采用1台中风压覆盖层跟管钻机进行造孔，钻孔直径为100mm，灌浆深度为灌浆孔底达到基岩为准，孔口段钻孔孔径110mm，并在孔口下入1～2m的孔口管。

4.6 浆液变换

当灌浆压力保持不变，注入率持续减少时，或当注入率保持不变而灌浆压力持续升高时，不改变水灰比;当某一比级浆液注入量已达200L以上，或灌注时间已达30min，而灌浆压力和注入率均无显著改变时，改换浓一级水灰比浆液灌注。

4.7 结束标准

a.当注入量较大时，以灌浆段注灰量控制，当注灰量达300～500kg/m时，需待凝复灌一次，可结束灌浆，进行下段灌浆.

b.当注浆量较小时，以灌浆压力为准，吸浆量在20L/min以下，并达到灌浆压力后持续10～15min以上(稳压)方可结束，进行下一段钻灌。

4.8 灌浆封孔

灌浆结束后，灌浆孔采用水灰比为0.5∶1浓浆封孔，孔口采用1∶1砂浆人工捣实进行封填，并养护待凝。水泥砂浆封孔时，砂最大粒径不超过0.5mm。

5 灌浆结果分析及灌浆效果检查

5.1 灌浆结果分析

本工程灌浆共计81孔，其中Ⅰ序孔41个，Ⅱ序孔40个。钻孔总长度为999.17m，灌浆总长度为790.61m。总注灰量为328.78t，总平均单位注入量415.86kg/m。Ⅰ序孔总注灰量为181.65t，平均单位注入量457.00kg/m，Ⅱ序孔总注灰量为147.13t，平均单位注入量367.43kg/m。单位注入量Ⅰ序孔＞Ⅱ序孔，随着孔序的加密，注灰量趋于递减，基础的可灌性逐渐减小;Ⅰ序排平均单注443.55kg/m，Ⅱ序排平均单注324.67kg/m，随着灌浆排距的加密，注灰量趋于递减。

从以上灌浆结果反应，Ⅰ序孔与Ⅱ序孔之间，排与排之间注入量的递减规律表明灌浆工艺、灌浆方法及灌浆设备比较适宜合理，灌浆过程正常、效果明显。