摘要：通过帷幕注浆将浆液压到地层中的空穴、裂缝、孔隙中，凝固后将岩土或土颗粒胶结为整体，有效地达到止水的目的，确保人工挖孔桩顺利进行。文章结合实例阐述了帷幕注浆的施工工艺和操作要点，为桥梁挖孔桩帷幕注浆施工提供经验借鉴。
关键词：桥梁挖孔桩帷幕注浆施工
0 前言
人工挖孔桩作为桩基础的常规施工方法，具有施工机具简单，操作简便，经济效益显著的特点。当人工挖孔桩遇到岩溶、断层、破碎带等渗水量大的地质条件时，孔内渗水将严重影响人工挖孔桩施工。通过帷幕注浆将浆液压到地层中的空穴、裂缝、孔隙中，凝固后将岩土或土颗粒胶结为整体，可以有效的达到止水的目的，确保人工挖孔桩顺利进行。本文结合贵州省贵阳绕城高速公路大河边特大桥桩基施工，阐述了人工挖孔桩帷幕注浆施工工艺和操作要点。
1 方案确定和帷幕注浆机理
贵阳绕城公路第六合同段大河边特大桥是贵阳绕城公路西南段最大的刚构特大桥，且地处国家二级自然保护区的阿哈水库，桥梁全长632m。上构形式采用主桥为110m+205m+110m预应力混凝土变截面连续刚构，引桥为一联５孔跨径40m的装配式预应力混凝土T形连续梁桥。2＃墩共18根φ2.5的挖孔灌注桩，桩基础地处阿哈水库断层，该断层与路线的走向呈75o夹角，产状为
135o∠80o，为一区域性断裂，沿该断裂在地貌上有明显且连续的负地形，造成二叠系和三叠系相当多地层缺失及地层之间呈角度不整合接触，多见溶沟、溶槽、石芽、溶蚀漏斗、竖井等地貌。孔内渗水过大，抽水机无法抽干，以至无法人工挖孔。针对现场施工情况，项目决定采用帷幕注浆的办法。
帷幕注浆施工是利用钢管桩钻孔向桩基周围的岩体裂缝及地下溶隙灌注水泥浆液，使之填充松散破碎的岩石及岩体裂隙，随着水泥浆液连续不断进行化学反应，由水泥各种成分所生成的胶凝膜逐渐发展成胶凝体并不断增大、硬化，在桩基周围形成帷幕，对桩基进行了包裹封闭作用，从而达到阻断地下水流入孔桩内。帷幕注浆施工简便，工艺程序清晰易懂，施工人员易于掌握，施工过程易于控制，施工质量易于保证。借鉴隧道帷幕止水施工技术，应用到人工挖孔桩施工中，止水效果显著。
2 人工挖孔桩帷幕注浆施工
2.1 施工准备
为尽快投入生产，缩短施工准备时间，方案确定后立即召集现有人员进行了现场测量放线、施工围挡，并对已定的工程临时占地进行了“三通一平”，形成施工局面。
2.2 确定注浆范围
首先要确定封闭区的大小，即确定围岩塑性破坏区的大小，可以按岩体力学和弹塑性理论计算出围岩的压力重力分布结果，并确定其塑性破坏区的大小，这也是应封闭区的大小。在大河边特大桥主要是确定桩基通过断裂带的深度范围以及止水范围。注浆范围的判断主要以地质钻探为依据。
地质钻探的目的是为了探明桩基的工程地质和水文地质情况，为正确选择注浆参数和采取相应的技术参量提供依据。其主要工作内容是探测岩石的完整程度。做法是用钻机在桩基施工范围外一定距离上向桩基深度范围钻探探孔，根据岩芯标本、岩粉浆液、钻进速度、涌漏水情况来分析判断钻孔孔位的工程地质、水文地质情况，利用探孔进行探测和注水试验。作为下一步采取何种技术措施的依据。
2.3 钻孔布置
帷幕注浆就是要使浆液扩散到压浆帷幕范围内的所有岩层裂隙中，所以注浆孔的布置要以浆液扩散不出现空白为原则。为此钻孔的布置间距要小于浆液的扩散半径，而扩撒半径要视地层条件、浆液质量、注浆压力等因素来确定。同时，需要布置多排注浆孔时，须按照梅花桩形式布置。一般渗透性强的地层，可以采用较低的注浆压力和较大的钻孔间距，钻孔量也少，但平均单孔注浆量大。
实际工程中应计算出每孔注浆量，单孔平均注浆量可采用下式计算：
q = Q /m
式中：m――钻孔数量 q――单孔平均注浆量
依据桩位地质等情况，大河边特大桥2＃墩最终确定注浆孔间距为2m，沿承台边沿布置，形成一个闭合的16×16m的正方形注浆区域。
图1 大河边特大桥2#墩左幅钻孔布置图
2.4 确定注浆数量
注浆数量应根据封闭区需充填的地层孔隙数量来确定。一般来讲，不可能也无需将全部渗透孔隙充填密实，就可以达到封闭和堵水的目的。工程中常用充填率来估算和控制注浆总量。所谓充填率是指注浆体积占孔隙总体积的比率。于是注浆总量可按下式计算：
Q=n?a?A
式中：Q――注浆总数量，立方；
A――被加固围岩的体积，立方；
n――被加固围岩的孔隙率，％；
a――过去实践证实了的充填率，％。
后两参项可见下表1
表1 注浆孔隙率与充填率参数表
为了做好注浆工作，必须事先对被加固围岩进行土力学试验，查清围岩的透水系数、土颗粒组成、孔隙率、饱和度、密度、PH值、剪切和抗压强度等。必要时还要做现场注浆和抽水试验。
2.5 注浆材料
2.5.1 注浆材料种类及适用条件
①、在断层破碎带及砂卵石地层(裂隙宽度或颗粒粒径大于1mm，渗透系数k≥5×10-4m/s)等强渗透性地层中，应采用料源广且价格便宜的注浆材料。一般，对于无水的松散地层，宜优先选用单液水泥浆；对于有水的强渗透地层，则宜选用双液水泥----水玻璃浆，以控制注浆范围。
②、断层泥带，当裂隙宽度(或粒径)小于1mm，或渗透系数k≥5×10-5m/s，注浆材料宜优先选用水玻璃类和木胺类浆液。
③、中、细、粉砂层、细小裂隙岩层及断层泥地段等弱渗透地层中，宜选用渗透性好、低毒及遇水膨胀的化学浆液，如聚胺脂类。
④、对于不透水的粘土层，则宜采用高压劈裂注浆。
2.5.2 注浆材料的配合比
注浆材料的配合比应根据地层情况和胶凝时间要求，并经过试验而定，一般地：
①、采用水泥浆液时，水灰比可采用0.8:1~2:1，需缩短凝结时间，则可加入氯盐，三乙醇胺速凝剂。
②、采用水泥----水玻璃浆液时，水泥浆的水灰比可采用0.8:1~1.5:1；水玻璃浓度为25o~40oBe，水泥浆与水玻璃的体积比宜为1:1~1:0.3。
2.5.3 凝胶与凝结时间
浆液凝胶的确定一般应采用CS浆液作压注试验，当进浆量很大、泵压长时间不升高时，胶凝时间选1~2分钟；当进浆量中等、泵压稳定上升时，胶凝时间选3~4分钟；进浆量较小、泵压升高很快时，胶凝时间选5~6分钟。
双液浆的凝胶时间不同于凝结时间。凝胶时间较短，是指由流动状态变为不流动状态的过程。凝结是水泥浆体开始失去塑性的时间。
施工控制分三种情况：
①、水灰比固定，水玻璃浓度不变，变换双浆比例。当水玻璃所占比例由小到大，凝胶时间则由长到短，初、终凝由快到慢；
②、水玻璃浓度不变，双液比例固定，变换水灰比例，当水灰比由小到大，凝胶时间由短到长，初、终凝由快到慢；
③、水灰比不变，双液固定，变换水玻璃浓度。当水玻璃浓度由高到低，凝胶时间由短到长，初、终凝由快到慢。
2.6 钻孔
2.6.1注浆管
一般采用还孔眼的焊接钢管或无缝钢管。注浆管壁上有眼部分的长度应根据注浆孔的位置和注浆区域来确定，其余部份不钻眼，并用止浆塞将其隔开，使浆液只注入到有效区域。止浆塞常用的有两种，一种是橡胶式，一种是套管式。安装时，将止浆塞固定在注浆管上的设计位置，一起放入钻孔，然后用压缩空气或注浆压力使其膨胀而堵塞注浆管与钻孔之间的间隙，此法主要用于深孔注浆。另外，若采用全孔注浆，则可以用铅丝，麻刀或木楔等材料在注浆孔口将间隙堵塞。但全孔注浆因浆液流速慢，易造成“死管”问题，尤其是深孔注浆时。
图2 孔口注浆管 图3 钻孔施工图
2.6.2 钻孔
钻孔可用旋转式钻机，应根据地层条件及成孔效果选择。钻孔位置满足设计要求，孔口位置偏差不超过5cm，孔底位置偏差不超过孔深的1%。钻孔应清洗干净，并作好钻孔检查记录。钻孔位置要准确，施钻时钻机要尽量贴近岩面，以减小钻杆的震动；要用清水钻进，开孔要轻减压，慢速，大水量，以保证钻孔质量；换钻杆时要注意检查钻杆是否弯曲，有无损伤，中心水孔是否畅通等。
2.7 注浆
2.7.1 注浆
根据实际情况，应先上方后下方，或先内圈后外圈，先无水孔后有水孔 ，先上游(地下水)后下游顺序进行。应利用止浆阀保持孔内压力直至浆液完全凝固。
根据选定的参数配制浆液，水泥浆配好后需用1mm筛过滤一遍。注浆管须先检查，确认畅通后再接入注浆系统。注浆系统与孔口混合器接好后，开阀门，启动注浆泵按照先稀后稠、(注浆量)先大后小、先注水泥单液浆再注双液浆的程序注浆。当注浆压力达到设计值时，维持2~3min，进浆量达到设计数量则停止注浆，关闭球阀，随即卸下注浆混合器及注浆系统，并用清水清洗干净。
图5 注浆施工
注浆结束条件应根据注浆压力和单孔注浆量两个指标来判断确定。结束条件为：注浆压力达到设计终压；浆液注入量已达到计算值的80％以上。全段结束条件为：所有注浆孔均已符合单孔结束条件，无漏注。注浆结束后必须对注浆效果进行检查，若未达到设计要求，应进行补孔注浆。
①、单孔结束标准
(a).注浆压力逐步升高至设计终压，然后，调小泵量至设计结束时的进浆量，并在该数值上稳定10min以上；(b).注浆结束时的进浆量小于20L/min；(c).检查孔涌水量小于0.2L/min；(d).检查孔钻取岩芯，浆液充填饱满。
②、全段结束标准
(a).所有注浆孔均已符合单孔结束条件，无漏注现象；(b).注浆后预测涌水量小于1方每天；(c).浆液有效注入范围满足设计要求；(d).预测桩基经注浆后可在开挖后保证洞壁稳定。
3 注浆检查
除在注浆前进行钻孔质量、材料质量检查，过程中应密切注意注浆压力的变化，采用双液注浆时，应经常测试混合浆液有胶凝时间，发现问题应立即处理。
注浆后对注浆效果检查的质量标准：
①、注浆堵水率不低于90％；
②、注浆结石体7天单轴抗压强度不小于5MPa；
③、帷幕注浆厚度满足设计要求。
4 桩基开挖
注浆后应视浆液种类，等待4h(水泥--水玻璃浆)到8h(水泥浆)方可进行桩基开挖。但最后应注意保留注浆孔，以便在桩基开挖过程中出现渗水量较大时可进行下一循环的注浆。
5 结语
采用灌浆止水通过断层人工挖孔施工，通过精密的计算以及经验数据的指导，贵州省贵阳绕城高速公路西南段第6合同段大河边特大桥在节约了经济成本的同时，加快了桩基施工进度，为确保工程尽早通车创造了有利条件，同时保护了城市饮用水的主要水源及国家二级自然保护区阿哈水库尾水区水源，获得了业主、监理的一致好评，取得了良好的社会效益，为类似工程的施工提供借鉴。
参考文献
[1] 中交第一公路勘察设计研究院,贵阳绕城公路第六合同段大河边特大桥设计图纸,2006.
[2] 周水兴，何兆益，邹毅松.路桥施工计算手册.北京：人民交通出版社，2005.
[3] JTJ041-2000，公路桥涵施工技术规范,北京：人民交通出版社，2000.
[4] 2005，《桥涵》（上册、下册）. 北京：人民交通出版社，2003.
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。