试论公路、桥梁、隧道施工中灌浆法加固技术的应用

试论公路、桥梁、隧道施工中灌浆法加固技术的应用

李国凤 

湖南路桥建设集团有限责任公司   410004

摘要：在公路、桥梁和隧道施工中，由于其本身的结构特性及建造环境的特点，在使用过程中易出现各种病害，为确保其安全稳定使用，必须采取一定的加固措施。灌浆法加固技术是指通过将某种具有流动性和凝固性的浆液注入地层或地基中，借助灌浆压力和自身重力，使之形成具有一定强度和稳定性的固体新结构的一种加固技术。在公路、桥梁、隧道施工中应用较多。本文从灌浆法加固技术在公路、桥梁、隧道施工中应用的主要工艺出发，针对其工艺原理和施工方法进行了分析和总结，并对灌浆质量检测进行了分析和研究。

关键词：公路桥梁隧道；灌浆加固法；技术应用

1.概述

灌浆法是以岩石或土体中的裂隙和孔隙作为固结对象，通过注入浆液或化学浆液，在其渗透的范围内，利用其所产生的压力来增加岩石或土体的密实度，从而达到提高地基承载力和抗渗性目的。

在公路、桥梁和隧道施工中，灌浆法加固技术是一种十分有效的施工方法，这种方法能有效地提高公路和隧道的承载力、稳定性和耐久性。在我国，灌浆法的应用十分广泛，而且取得了很好的效果，在加固工程中发挥了重要作用。

灌浆法主要分为普通灌浆法和高压灌浆法两种。其中普通灌浆方法是指用化学浆液作为加固材料进行加固，这种方法所需费用低、施工简便、效果良好。

2.灌浆法的技术原理

水泥水化热在施工中，水泥水化热对加固的效果会产生影响，根据实际情况来看，若需要加固的部分只是表层，则加固效果不太明显；若需要对深层进行加固，则会产生一定的效果。此外，水泥水化热对周围环境产生一定的影响，这是由于灌浆时水泥浆液会与周围环境中的水分、温度相互反应从而产生热量，因此在施工过程中应特别注意温度对水化热的影响。

灌浆压力通过在灌浆法中的实际应用我们可以看出，灌浆法的工艺原理与灌注水泥浆有一定区别，其工艺原理主要是将水泥砂浆或水泥浆等灌注到裂缝、孔洞中去，并对这些地方进行灌浆，使其内部的缝隙得到进一步的填充和加固。在灌浆过程中应注意以下几点：（1）灌浆压力。通常情况下，灌浆压力要在2 MPa以上；（2）灌浆方式。通常情况下可采用自由钻孔或者是孔底压力灌注等方式进行；（3）浆液配比。应根据实际情况来决定浆液的种类和配比；（4）浆液制作。应保证水泥砂浆或水泥浆具有良好的流动性和可施工性，以提高灌浆法的施工质量。

灌浆材料在施工过程中，水泥水化热对周围环境产生的影响较大，主要是：温度。温度对水泥水化热产生影响主要是由于混凝土受温度影响所引起的。在温度较低时，水化热的反应速度会降低；而在气温较高时，水化热反应速度则会提高。因此，在施工过程中应根据实际情况来选择适当的温度。

3.灌浆孔的布设及施工方法

3.1灌浆孔的布设

（1）钻孔时应注意：一是钻孔角度要和灌浆管的角度一致，若角度不一致，在灌浆过程中会出现堵塞或漏浆的现象；二是钻孔时要严格控制孔深，以不破坏土层结构为准，防止出现塌孔现象。

图1 公路桥梁隧道工程施工中灌浆法加固技术的施工

（2）灌浆孔距要求：①孔距一般应大于1.0m，若地质条件较好时可适当减小到0.6~1.0m；②若地质条件较差时，可适当加大到1.0~2.0m。

（3）钻孔深度：①灌浆深度要大于灌浆管长度；②一般情况下钻孔深度不宜超过25m，若达到25m后仍需继续施工时，应将孔口以下的灌浆管截断，避免浆液流出后堵塞灌浆管。

（4）在施工过程中要注意的事项：①钻好孔后应立即进行灌浆施工，若有条件可将浆液随灌随压入，若无法做到这一点，则可以采用高压风吹洗或射水的方式清除孔内的岩屑或杂物；②灌注灌浆管时应先灌清水再灌浓浆；③为防止灌浆孔出现坍塌或被埋现象，可采用水泥砂浆进行堵塞。

（5）施工流程：①根据施工图纸确定灌浆孔的位置；②安装灌浆管，在安装前要对灌浆管的接口进行检查，确保接口严密无缝隙；③将连接好的灌浆管固定好；④在施工过程中要定期进行检查，确保其良好运行。

（6）灌浆时应注意事项：①在钻孔施工过程中应严格按照施工图纸规定进行钻进；②为防止出现塌孔现象或漏浆现象的出现，可采用水泥砂浆或粘土进行堵塞；③当钻孔至设计深度后要及时对其进行清孔工作；④在灌浆过程中应注意控制好灌浆压力；⑤待灌浆结束后要及时清理孔洞。

3.2施工方法

（1）施工前，应按照设计要求对基岩进行钻孔，深度为设计深度的1.5倍，孔径为φ35 mm，孔深在1.5~2.0m范围内的孔应不少于3个。

（2）在钻孔完成后，应进行清理，将孔内的铁锈、泥浆、杂物等清除干净，并进行冲洗，防止堵塞孔口。

（3）浆液的制备：浆液制备由两部分组成。一部分为水泥水化所需的水泥浆；另一部分为加入有速凝剂及防水剂等外加剂。水化所用的水泥选用硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥。水泥浆配比为：水泥水占水泥重量的80%，外加剂占水泥重量的2%~4%，即水泥水：水泥=1:1;水泥浆搅拌时应不停搅拌，并应在3 min内用完。将制备好的浆液灌入孔底。

（4）灌浆前先要对孔口进行封堵，施工过程中用钢钎或钢管将灌浆管固定在灌浆孔的预定位置上。采用插管法施工时要注意：当插管进行灌浆时，灌浆管不可伸出孔外过长时间；在插管灌浆时还应注意不能使浆液溢出灌注孔外；当出现下列情况之一时应立即停止注入浆液：发现漏浆、冒浆或灌入的浆液在较短时间内全部流出；发现注入的浆液量减少；发现孔口或孔内突然冒出浆液。

（5）采用帷幕灌浆时，应在进入帷幕后1个月以上才能进行灌浆工作；采用充填法灌浆时，应在钻孔注浆后立即进行。

（6）在灌浆过程中及结束后，都要及时的对其进行检测，检查其有无渗漏或塌孔等不良现象发生，如有发现要及时进行处理；在施工过程中如发现异常现象，要立即停止灌注浆液。

4.灌浆质量的检测

4.1检查孔

对检查孔进行质量的检查是施工现场的重要工作之一，由于施工工艺等原因，经常会出现一些灌浆不均匀、不饱满，对检查孔的检查与施工工艺有直接关系，是检查的重点。如施工过程中发现灌浆孔的孔距、孔深及孔斜率存在异常情况，应当及时查找原因，并采取相应措施予以解决。

一般情况下检查孔的孔径一般为100 mm左右，间距为3m~5m左右；当灌浆孔出现下列情况时，应采用大孔径的灌浆孔：

（1）在裂隙发育、岩性不稳定的地层中；

（2）在透水率和吸水率较大的地层中；

（3）在灌浆压力下形成明显劈裂且孔内无水流出，孔口有返浆现象。

4.2取芯

取芯的主要目的是验证灌浆的效果，检查各孔灌浆的均匀性及连续性，但在取芯过程中要注意以下几点：

（1）为了防止取芯过程中对建筑物产生破坏，在灌浆前必须在建筑物基础与地面之间设置“保护带”，在取芯孔周围，要使用木板或者塑料板等材料进行遮盖，防止取芯孔周围地面塌陷。

（2）为了避免在钻孔时对附近的建筑物造成影响，必须在钻机就位的时候，要采用人工配合的方式进行钻进。

（3）取芯的位置必须设置在建筑物内部，对于地面以下10m以内的建筑要采用套管法进行检测；对于20m以上的建筑要采用射孔法进行检测。

4.3压水试验

压水试验是以注浆压力为动力，将灌浆孔内的水或浆压入岩层孔隙或裂隙，记录岩土层在一定时间内吸水饱和的水头高度，确定岩石的渗透系数，根据岩体的渗透性、强度、注浆量及耗水率等参数评定灌浆质量。

一般来讲，在压水试验前可先进行灌浆试验，如果出现异常情况则需继续进行施工，而对于一些特殊情况，如地层条件十分复杂且灌浆孔较多时，应先进行施工，再做压水试验。

对于压水试验所选用的器材一定要选择正确，应根据不同的工程特点选择不同的压水试验器材及方法。

5.灌浆施工中应注意的几个问题

5.1灌浆开始后应保持灌浆泵的连续工作状态，不得中途停机

在灌浆前应检查灌浆泵的连续工作状态，保证正常的工作条件。当灌浆泵发生故障时，必须立即停机，及时与有关部门取得联系，进行抢修。如果由于施工需要，必须停止灌浆，应事先通知有关部门。并做好记录，在恢复灌浆时要补记相关施工记录。

灌浆泵停机的时间不宜过长，否则会造成浆液的浪费和影响工程质量。灌浆泵停机后，应采取措施继续泵送浆料或用灌浆管将浆液压出。当发现某一孔的注浆量和压力突然增大时，应立即检查该孔的吸浆量是否过大、有无堵塞现象或其他异常现象。

对受压的灌浆管应采取相应措施，如降低灌浆压力等。当注浆量较大或压力升高较快时，可考虑改变灌浆程序或变换孔径等措施。但在改变程序之前应先停止泵送浆料、间歇一定时间后再进行改变程序和变换孔径等工作，以免破坏原有的水灰比。

如果需要改变孔位或钻孔的角度时，应在变更位置之前停止泵送浆料，待变更位置后再继续泵送浆料。如果需要在较短时间内完成某一段钻孔、制浆和灌浆工作时，可考虑改变钻具或采用快速灌浆方法。

当采用化学灌浆法时，还应注意对浆液的选择和配合比的控制：当使用硅酸盐水泥配制的浆液时，应选用流动性好、凝结时间适中、水灰比小和低粘度的浆液；而使用高强度水泥配制的浆液时，应选用水灰比小、低粘度的浆液。

5.2当遇到特殊情况造成漏浆时，应停止灌浆

由于灌浆过程中各种原因造成的浆液漏失，应及时采取措施处理。

因管道堵塞造成漏浆，应立即停止灌浆。对已发生的漏浆，可用高压水冲洗，将浆液冲出管道外或从套管内灌入新的浆液。若套管内已无浆液可冲洗至套管口时，应将孔口堵塞物清除干净，然后再将套管内冲洗干净、干燥后再重新灌注。对于已发生的漏浆，应在未被堵塞之前进行灌浆；已发生的漏浆，应尽快封堵漏浆部位，然后再灌浆。

当灌浆孔周围出现大量集中漏浆时，表明该孔段已发生渗漏，应立即停止灌浆，同时用水泥砂浆堵塞周围的渗漏部位。

当灌浆压力突然升高时，表明可能有裂缝或溶洞存在；如果压力突然下降，表明可能有空洞存在；如果压力不降低，也不增大或降低，表明可能有漏孔存在；如果压力下降很快、漏速很大，说明可能有严重的渗漏现象；如果压力不上升反而下降甚至超过正常值而小于1 MPa，则可能为高压缩裂隙。

当发现注浆管末端冒水或冒浆时应该立即停止灌浆；如果注浆管末端冒水时仍继续注浆的话，则说明此处已发生渗漏。当发现灌浆过程中浆液变稠、变稀时应立即停止灌浆。当发现压力降低或灌浆速度减慢时，应该立即停止注浆。当发生串浆（串孔）和冒浆时应停止注浆。串孔串浆孔数一般不能超过2个/孔；冒浆孔的直径一般不大于20 cm。

灌浆结束后必须进行检查，符合要求才能结束灌浆。在检查前可以采用孔口封闭法、压水试验和埋管试验等方法进行检查。

5.3对于一些特殊部位，可采取提高灌浆压力的方法达到目的

采用孔口封闭或以水玻璃为主的灌浆材料，灌浆时，通过压力作用使浆液向孔内渗透，以增加水泥浆液的浓度，使加固效果更好。采用较稀的水泥浆液，将孔口封闭，利用水对水泥浆液进行稀释，既可加快凝固速度又能增大孔口压力，以达到更好的效果。采用提高灌浆压力的方法来解决浆液在渗透过程中形成的漏浆问题，因为在渗透过程中是由周围土体来支撑灌浆压力的，所以不存在这个问题。采用提高灌浆压力的方法要根据实际情况来确定。

为避免由于提高灌浆压力而使周围土体中产生裂隙、漏水等现象，对于灌浆孔或钻孔周边有渗水的情况要考虑采取适当的措施防止其进一步扩大。在某些情况下采用提高灌浆压力的方法会使浆液对周围土体产生较大压力作用，如果处理不当会使土体结构被破坏，并有可能使周围土体发生应力松弛，这样就会使周围土体结构进一步恶化。在进行灌浆时要根据实际情况来确定是否采用增加灌浆压力来提高工程质量或节约工期的方法。

对于在某些特殊部位有漏浆现象的地方可以采取提高灌浆压力的方法达到目的。灌浆前应仔细分析原因并采取相应的措施使问题得以解决。如果发现有冒浆现象，应立即停止灌浆。当灌浆孔或钻孔周边存在渗水时，应采取相应的措施使其尽快散出。若存在大量冒浆现象时应立即采取措施排出冒浆；若存在漏浆现象应立即停止灌浆并采取措施补灌或重新灌浆。

结束语

灌浆法加固技术是一种通过灌注浆液使混凝土或岩石中的空隙被灌满，以达到提高强度、防止或减缓裂缝发展和堵塞的目的，从而改善结构性能，提高工程质量的一种加固技术。在公路、桥梁、隧道等工程施工中，根据其自身的结构特性及建造环境的特点，在使用过程中易出现各种病害，为确保其安全稳定使用，必须采取一定的加固技术措施，灌浆法加固技术是公路、隧道等施工中常用的一种加固方法，但在具体应用时仍需注意一些问题，如注浆材料选择、注浆压力控制、注浆顺序及注浆量控制等，只有这样才能确保公路和隧道等工程结构性能得到进一步提高。

参考文献：

[1]罗汉勇.公路桥梁隧道工程施工中灌浆法加固技术的运用研究[J].中国设备工程，2021（18）：169-170.

[2]魏凯.灌浆法加固技术在公路桥梁隧道施工中的应用[J].居舍，2021（19）：45-46.

[3]于春生.公路桥梁隧道工程施工中灌浆法加固技术要点研究[J]. 建筑技术开发，2020（8）：28-29.

作者简介：李国凤（1970.9），民族：汉，籍贯：湖南省祁阳市。职称：副高级工程师，学历：本科。研究方向：公路桥梁隧道技术和管理。