工程桥涵搭板底脱空形成原因
2010-11-04
1、概况
石安高速公路位于京珠高速公路K271+345—K487+358km处，是我国中南部进京的一条重要通道，货物运输量较大。1997年底通车以后，部分桥涵、通道结构物的搭板底出现了不同程度的脱空。其病害主要表现为：
（一）搭板处路面出现了不同程度的沉陷，桥头一侧基本上不下沉，而与路面相接一侧下沉较大，造成搭板与路面相接处形成裂缝，车辆通过时形成桥头跳车现象。
（二）由于搭板中部脱空，致使车辆驶过时搭板剧烈颤动。脱空严重的搭板已断裂;雨雪天时搭板下积水内存，继续冲刷路基，桥下可见泥浆顺桥台涌出。该病害的存在，严重影响了结构物的稳定性和行车的安全、舒适。在2003年3月，我们对该病害进行了分析，采用搭板下注浆的施工方法予以处理，效果很好。
2、脱空形成原因及影响
2.1 台背填料不密实
由于台背填料不密实，尤其是高填方路段的路基填筑材料不均匀、碾压不密实，在车辆荷载作用和震动下填料沉降，从而造成板底脱空。
2.2 雨水流入，填料流失
由于接缝养护不及时，导致雨雪水进入搭板下，在车辆荷载作用下形成唧浆和泥浆顺桥台流出，致使板底下的路基材料不断减少，进而形成脱空。
2.3 车辆超载的破坏
在车辆荷载尤其是超载车辆的作用下，面板受到巨大的垂直荷载作用，不断地对板底路基进行补充压实，最后形成脱空。
2.4 脱空对搭板的影响
由于水泥砼搭板抗压强度较高而抗折强度较低，加上对超载敏感，一旦板底脱空，致使路基形成不均匀支撑，从而改变了砼搭板与路基密贴的实际机理，使弹性地基上弹性薄板受力模式变成悬臂薄板受力模式。在车辆荷载作用下过早的产生断裂，而这种断裂是不规则的，养护较难处理。这样就加快了雨水的侵入，加大脱空面积和深度，进而使断裂增加。这样反复作用，最终导致搭板严重破坏，不能行车。
3、注浆处理
3.1 注浆处理方法的机理
水泥砼搭板底脱空注浆处治技术是针对砼搭板出现脱空而提出的恢复板底密贴、确保板底均匀支撑的技术措施，它有以下作用和效果：
1）通过注浆处治可充实板底脱空恢复板底密贴，改善面板侧支撑状况，使砼板的受力状态符合设计原理，避免砼搭板过早损坏。
2）由于注浆材料本身稳定性好、强度大，加上浆体的流动性好，在压力作用下有较强的渗透力，因而能够改善基层和路基的密实度和水稳性。
3.2 注浆技术施工工艺
3.2.1 主要施工机械设备。TXV-100型地质钻机一台，BW-250/50型水泥浆泵二台，JW-180型灰浆搅拌机二台。
3.2.2 注浆孔的布设及钻孔。注浆孔的布设好坏以及每块板所布设的孔数及深度，直接影响到注浆的效果。根据经验，孔位一般布置为行距1m、孔距2m。石安高速公路为双向四车道，桥头搭板长度一般为3m、宽度为10.75m，由于高速公路施工是不断交施工，且紧急停车带基本不脱空，所以注浆孔布设为二行，第一行距桥头1m处，第二行距搭板与路面相接处1m处，共布设五个孔，第一行三个孔，第二行二个孔，呈梅花桩式交错布置。深度一般为钻透搭板后进入路基5～10cm为宜。注浆花管直径宜采用37～42mm，长度在1.5～2.0m之间。钻孔应准确到位，尽量减少注浆孔的斜度。
3.2.3 注浆材料的选择及制浆。板底脱空注浆是通过注浆泵的压力推动，将拌和的填充料经过压浆管、压头挤入板底或渗透到路基的空隙中，因而要求填充拌和物应有较好的粘聚性、较高的流动性和较小的干缩性，并要求在注浆过程中不离析、不泌水
胶凝材料要保证注浆拌和物能顺利地压入板底，要求注浆拌和物具有良好的可泵性、保水性、因此选择保水性好、泌水性小的水泥作为注浆拌和物的胶凝材料。一般选用32.5#普通硅酸盐水泥。
在注浆拌和物中掺入适量的掺和物，不仅可以降低成本，而且又能增加注浆拌和物的流动性能。粉煤灰是注浆掺和物的首选材料，这是因为粉煤灰中含有大量的空心玻璃微珠，可以解决为了提高注浆硬化物的强度而减少水灰比和为了提高拌和物的可泵性而需增加水灰比的矛盾；由于粉煤灰能与水泥的水化物产生的二次水化作用，使硬化物更加致密强度更高；由于空心玻璃珠的吸水作用，在拌和物终凝后，还可以不断释放出少量的水参与养生，减少收缩；由于注浆拌和物在硬化后会产生一定量的收缩，因此可以在注浆拌和物中掺入适量的膨胀剂。
注浆拌和物的稠度太大时，硬化后强度高，但是可泵性差，容易造成堵管；太稀硬化后收缩量大，不能达到密贴作用。因此注浆拌和物配比应根据不同季节来定，一般采用1:0.33:0.06:0.04（水泥:粉煤灰:水:膨胀剂，质量比）。
制浆步骤：（1）按程序加料，准确计量，掌握浆液性能；（2）浆液应充分搅拌，并坚持注浆前不断的搅拌，防止再次沉降，影响浆液质量。
3.2.4 压力的确定。板底脱空注浆时压力过大将造成浆液流入搭板与沥青砼面层之间、致使沥青砼面层拱起或断裂;过小则无法压满。注浆压力一般应控制在0.5～1.0MPa为宜。
3.2.5 注浆。通过注浆设备，输浆管路，将浆液注入到目的的层中，应采用自下而上法，分段自下而上注浆。在注浆顺序上，先施工边缘帷幕孔，再施工加固孔，当注浆压力达到要求时，终止注浆。在注浆过程中，出现隆起或跑浆现象时应停止注浆，分析其原因，下一个注浆段宜减量注浆并检查封孔装置、注浆设备等。
4、施工中应注意的问题
1）观测注浆孔深度，孔深应根据各孔地层情况进行适当调整。
2）观测注浆顺序，根据地层条件、场地条件和注浆目的进行适当调整。
3）对浆液配合比进行严格控制，注意流量计及压力计是否完好、准确。
4）注浆量控制。根据配制浆液时材料用量与水的用量进行测定，随时检查，并做好记录。
5）安全保障措施。安全标志一定要齐全，高速公路施工是不断交施工，工作难度大，危险多，安全工作尤为重要。
5、体会与心得
5.1 封堵。搭板下悬空较大的应先在桥台锥坡及护坡处打开口，塞堵石块以减少压浆量，并做好防扩展以防渗漏浆液。
5.2 注浆方式。采用自流和压力灌注相结合的方式注浆。注浆时采用多孔多次灌入且速度由快到慢，顺序先低后高，加压大小视情况而定。单孔压浆结束标准是邻孔注满自溢，然后换其他孔注浆，保证搭板下填满，使搭板具有足够的承载力。
5.3 浆液的选择及配置。注浆材料要符合可注性、速凝性、固结体强度高等要求，浆液配置采用1:0.33:0.06:0.04（水泥:粉煤灰:水:膨胀剂，质量比）做到经济实用。
5.4 注浆工程属地下隐蔽工程，直观性差，直接定量判断注浆效果在技术上是很困难的。若注浆施工严格按照设计要求和施工规范进行，注浆量、注浆压力符合标准要求，一般就可以确认注浆效果是好的，能够保证注浆工程的质量。
在施工的过程中对施工工艺也进行了一些改善，使注浆技术在处理高速公路通道搭板底脱空问题上更加合理、经济。经过注浆处理的搭板，重车驶过时无明显颤动，雨天时桥下不见泥浆再涌出，搭板的使用寿命得到了延长，保证了结构物的稳定和行车的安全、舒适。
