摘要：帷幕灌浆技术是水利工程的常用施工技术，具有突出的防渗效果，目前在市政桥梁工程中也得到了一定应用。本文将结合某市政桥梁工程的具体情况，探讨帷幕灌浆技术在墩柱施工中的应用，包括帷幕灌浆施工设计方案、主要工艺流程、灌浆效果检查、技术控制要点等。
关键词：市政桥梁工程；墩柱施工；帷幕灌浆技术
前言：在市政桥梁工程施工中，墩柱的稳定性十分重要，采用帷幕灌浆技术，可以在保证墩柱稳定性的基础上，满足防水要求，从保证市政桥梁的使用安全。但由于施工人员对帷幕灌浆施工技术不够了解，或设计方案本身存在缺陷，可能导致工程出现质量问题，难以发挥帷幕灌浆技术的优势。因此，有必要对帷幕灌浆技术在具体工程中的应用进行分析，总结其施工应用经验，促进技术的应用推广。
一、市政桥梁工程概况
某市政桥梁工程包括6个墩台，主墩采用钻孔灌注桩施工技术，上下游各设计26根桩。桥梁主墩的承台直径为24m，厚度为6m，底部标高为+140m，顶部标高为+147m，距离最低水位0.6m。桥墩的河床面标高为+142~144m，在基础钻孔灌注桩施工过程中，主要采用筑岛法施工，岛面标高为+149m。综合各方面考虑，在桥梁主墩承台施工中需要采用围堰法，为了确保施工的顺利进行，要在围堰外围采用帷幕灌浆技术，确保工程防水性能满足应用需求[1]。
二、帷幕灌浆施工容易出现的问题
（一）灌浆中断问题
为保证桥梁工程施工质量，在正式施工前，除了要做好前期准备工作，还要对帷幕灌浆施工容易出现的问题加以了解，从而提前制定有效的防控措施。从以往工程的建设经验来看，帷幕灌浆施工技术一般要求一次成型，尽量避免在施工过程中出现中断的现象。这是由于灌浆中断会对工程质量产生较大影响，容易出现早期质量缺陷问题。为防止灌浆中断现象的出现，要在施工前做好充分准备，保证材料的充足供应，同时避免灌浆材料出现长时间的停滞，应在规定时间内进行使用。在正式施工前，也需要检查现场布置情况，确保临时用电线路设置的合理性，保证供电稳定，避免应电力中断导致施工暂停。同时应进行施工设备的检查，加强设备维护工作，防止因机械设备出现突发故障，中断灌浆过程。而且这也容易引发安全事故，需要做好相关施工管理工作。
（二）串浆和漏浆问题
在帷幕灌浆施工过程中，串浆和漏浆也是容易出现的问题。其中，串浆是指浆液的非正常流动状态，比如浆液出现在钻孔或基础结构裂缝中，进而导致灌浆质量受到影响。在施工前，应采取封堵措施，避免出现串浆现象。漏浆问题主要是由于结构裂缝及灌浆压力原因导致的，如果灌浆参数设计不合理，容易出现漏浆现象。在预防和控制过程中，可以适当降低灌浆压力，控制好灌浆参数，在接近灌满时，逐步降低浆体流动性，并升高灌浆压力。将进浆量控制在30L/min~40L/min范围内，进浆体积出现明显下降后，再提高灌浆压力。如果采用浓缩浆液，可与砂混合注入，从而减少泥浆体积。为限制浆液流动范围，避免出现过多损失，需要把握好提升灌浆压力的时机。也可以采用间歇灌浆方式，在每个连续的灌注过程中，停止灌浆一段时间，但浆液凝结后在继续灌浆。
（三）固管问题
固管问题主要是指引灌浆管或孔壁上的浆液凝结而产生的堵塞现象。这主要是由于在灌浆压力损失的情况下，由于水泥水化热的影响以及压力的影响，使浆液凝固时间大幅度缩短，进而因浆液凝结而出现固管现象。如果在环孔间隙和注浆管阀门等部分出现大颗粒泥沙沉积的问题，也容易发生固管问题。为防止出现这一现象，在施工过程中，需要随时检查浆液的浓度和体积，确保回浆管内保持15L/min以上的回浆量。应将旋转孔关闭，如果回浆过程中水分散失过多，需要及时对浆液进行稀释。对于上述可能引发帷幕灌浆施工质量问题的因素，都需要提前加以关注，并采取有效的防控措施，从而为市政桥梁工程的整体施工质量提供保障。
三、帷幕灌浆技术在市政桥梁墩柱施工中的应用
（一）帷幕灌浆施工设计方案
在上述工程中，通过前期的工程地质勘查发现，工程区域存在砂卵石层，且结构松散、透水性强，如果采用单液灌浆技术，容易受速凝剂掺入量限制，导致胶凝时间过程。进而导致浆液大量流失，会增加水泥材料用量。因此，在上述工程中采用双液帷幕灌浆法施工。经过试验确定，孔距和排距均为0.8m，扩散半径的理论值为0.9m，估算出灌浆孔的数量应为436个，单墩则为218个。但由于灌浆帷幕的搭接过大，进入弱透水层较深，导致造孔数量过多，也容易出现浆液浪费现象。在设计优化过程中，决定采用落底式竖向双排双液灌浆帷幕，按照施工条件进行计算，在距离承台中心13.5和14.36m处，按照孔距1.0m和排距0.86m设置2排灌浆孔。在此情况下，两主墩共布置340个灌浆孔，灌浆剖面如图1所示。
图 1 帷幕灌浆剖面示意图
（二）主要工艺流程
根据上述设计方案，灌浆截水帷幕的顶面标高为146.00m，帷幕底面标高为134.00m~138.00m，进入透水层深度为0.5m~1.0m，按照单孔灌注厚度不小于8.0m进行控制，则平均灌注厚度为10.0m。为保证内外两排灌浆帷幕搭接1.0m，浆液扩散半径要达到0.55m。可采用Q=1.2nv对灌注量进行计算，其中Q为灌注量，n为空隙率，v为灌注土体积。经过计算可知，平均每米的灌注量为0.55m³，水泥用量为470kg/m。在施工过程中，总体施工流程为放样测量、帷幕灌浆试验、效果检测、造孔、灌浆、检测[2]。
在具体的施工过程中，需要采取以下几方面技术方法：（1）按照先下游、后上游的顺序进行施工，先进行外排帷幕灌浆施工，再进行内排帷幕灌浆施工，并采用三序孔二次加密施工技术；（2）在钻孔施工过程中，应采用潜孔锤根管钻进施工工艺，将钻孔的空位偏差严格控制在20mm以内；（3）根据施工设计要求，采用单管双液灌注技术。使用的浆液配合比为：水灰比0.8、水泥与化学剂配比3：1。由于浆液扩散半径要求为0.55m，要采用P.O32.5型号水泥，并将压力控制在0.5MPa~2.0MPa之间。按照从下至上的顺序进行分段灌注，分段灌注长度控制为1.0m，分段灌注水泥浆用量为0.45m³，搭接长度为0.2m；（4）采用帷幕灌浆技术进行施工，要保证帷幕防渗水平满足透水率小于等于10Lu的要求；（5）在施工过程中，还需要引进信息法施工，根据钻孔揭露地质条件和实际施工情况，对灌注量和浆液配比等进行适当调整，从而达到最佳的施工效果；（6）为保证帷幕灌浆施工效果，在施工前必须做好帷幕灌浆实验工作，对灌注效果进行检测，精准确定灌浆压力和配比。在正式施工后，要严格按照帷幕灌浆试验确定的参数进行施工，从而实现对施工质量的有效控制。
（三）灌浆效果检查
帷幕灌浆技术作为地基加固和防渗处理的有效方法，对其灌浆施工效果进行检查十分重要。对于市政桥梁墩柱施工而言，虽然没有统一的检查标准，但可以从以下几方面对灌浆施工效果进行判断：（1）同一地段的浆液灌入量不能存在较大差异，应对各孔段单位灌入量进行检查，衡量施工技术的规范性；（2）提前设置检查孔，对其进行压水实验，通过检测到的单位吸水量值，反映帷幕灌浆施工的抗渗能力。从上述工程的应用情况来看，前期施工的灌注孔透水率较高，灌注量也较大，而后期施工的管住口透水率和灌注量则明显减小，说明防渗效果显著。通过对灌注后进行压水试验，检测到透水性均小于10Lu，仅在基坑开挖时局部出现水平渗透，经后期封堵后，可以得到设计要求。
（四）技术控制要点
从上述帷幕灌浆技术在市政桥梁工程墩柱施工的应用情况来看，该技术可以充分满足工程的各方面要求，提升桥梁墩柱结构的防水性能。但在施工过程中，也可能因个别环节的施工技术质量不到位、或因地质影响因素，导致局部出现渗水现象。针对这一问题，可以在渗水附近位置采用双液注浆法进行封堵。如果是像上述工程中的水平渗水问题，可以将水引到围堰内，在内部埋设水管，等到混凝土强度达到要求后，再注浆封堵水管。另外，在砂砾石层中进行灌浆，对灌浆压力计算没有统一标准，应在前期施工中，预估压力灌浆，根据吸浆情况和地表变化情况，对灌浆压力进行调整。灌浆孔距设计则取决于底层渗透性和灌浆压力等，也需要通过试验确定。一般情况下，孔距可设计为2~4m，如果发现浆液扩散范围不满足要求，则应适当缩小孔距，并采用加密转发进行施工。通过让帷幕深度穿过砂砾石层达到基岩，确保帷幕形成全部封闭渗流通道，从而保证帷幕体的抗渗性。帷幕厚度主要根据帷幕体的允许坡降值确定，通过严格控制施工技术质量，充分发挥帷幕灌浆技术优势，提升市政桥梁工程施工质量。
四、市政桥梁墩柱施工中帷幕灌浆技术的应用要点总结
（一）帷幕灌浆技术原理
通过对上述工程中的帷幕灌浆技术应用情况进行研究，可以明确其施工流程和技术质量控制方法。为促进帷幕灌浆技术的推广应用，并提供更多有价值的参考内容，有必要对帷幕灌浆技术的应用要点加以总结。除上述工程的应用情况之外，帷幕灌浆技术还有其他应用形式。随着帷幕灌浆技术的应用和发展，目前主要形成了四类技术方案，一是渗透灌浆技术，二是挤密灌浆技术，三是扩缝灌浆技术，四是劈裂灌浆技术，这四种应用方式的技术原理有所不同。
其中，渗透灌浆技术主要利用灌浆压力，使浆液深入到基础结构的空隙当中，经过析水固结后，达到加固效果。一般按球形或柱形扩散渗入到基础空隙中，可以减少漏浆。但其扩散过程较为复杂，且没有定形，需要通过室内试验、数值模拟试验等研究其扩散效果。挤密灌浆技术主要采用钻孔方法，对浆液施加压力，将其挤向孔隙，并在周围形成浆泡和结石体。一般适用于岩溶发育或孔洞发育的地层。扩缝灌浆技术则是利用扩缝效应，在灌浆压力驱使下，让浆液在裂隙中流动，对岩体产生挤压作用，使其发生弹性形变。在此情况下，原裂缝会变大变宽，在扩缝效应下，浆液可以达到更远距离。灌浆结束后，扩缝效应逐渐减弱，可以使浆液与裂缝在胶结过程中更加紧密，能够有效提升岩体防渗性能。劈裂灌浆技术则是利用浆液对裂缝的强大扩张作用，使裂缝继续扩展，促使岩体内产生新裂缝，然后利用扩缝效应，通过灌注浆液，使其与岩体紧密结合，提升基础整体强度。可根据工程实际情况，选择具体的帷幕灌浆技术进行施工。
（二）帷幕灌浆的主要技术参数分析
帷幕灌浆技术有非常多的技术参数，可分为浆液参数、岩体参数和控制参数几大类。其中，浆液参数和岩体参数相对容易确定，而控制参数由于在施工过程中容易受主观因素、环境因素等的影响，控制难度较高，容易对帷幕灌浆质量产生影响。其中，灌浆压力（P）、扩散半径（R）是最重要的两个控制参数，也是确定其他参数的基础。扩散半径决定着灌浆孔距，孔距大小则关系着灌浆帷幕造价高低，是工程施工必须关注的问题。灌浆压力则是灌浆能量大小，对扩散半径也有重要影响。可围绕灌浆压力和扩散半径，对帷幕灌浆技术参数进行具体研究。
其中，灌浆压力可看作是由三部分组成的，一是浆液的自重压力，二是压力表的指示压力，三是压力表到灌浆段的损失压力。如果灌浆深度不大，可采用最大浓度浆液计算自重压力，浆液流速较小时，损失压力可忽略不计。如果是深孔灌浆，则必须计算各自浓度浆液的自重压力，且不能忽略损失压力。实际灌浆压力可按照压力指示表压力+浆液自重压力-损失压力进行计算。在灌浆压力的确定过程中，一般偏向于使用尽可能高的灌浆压力，这有利于增加浆液扩散范围、使其充分进入细小空隙，确保帷幕灌浆质量。浆液扩散半径主要受地质条件、浆液特性、灌浆技术等的影响，并对灌浆孔距有直接影响，如果孔距过大，无法达到防渗要求，如果孔距过小，可能会因重复灌浆导致造价过高。因此，也需要结合各方面影响因素，合理确定扩散半径，从而保证灌浆孔距设计的合理性。对于单排孔帷幕灌浆而言，可采用D=3R/2公式对孔距进行计算，此外，扩散半径R、
灌浆孔距D和帷幕有效厚度M还要满足M=2·
的关系。先确定扩散半径R和帷幕厚度M，再确定灌浆孔距D。
（三）帷幕灌浆试验方法
帷幕灌浆试验是帷幕灌浆施工的一个重要环节，由于各个工程的水文地质情况均不同，在正式施工前，必须进行帷幕灌浆试验，确定具体的施工参数，从而保证施工效果。一般需要进行两次帷幕灌浆试验，选取有代表性的工程地段，合理划定灌浆试验区。第一次试验是探索性的试验，一般规模较小，比如选取50m长的试验施工段，布置5个灌浆孔和2个检查孔。需要在试验过程中初步确定灌浆孔距等主要参数，然后对灌浆效果、堵水效果等进行分析，判断是否能够达到帷幕灌浆施工设计的防渗标准。根据试验结果，对各项灌浆参数进行进一步优化，然后进行第二次帷幕灌浆试验。
第二次试验的工程量远大于第一次试验，比如选取500m长的试验施工段，布置灌浆孔、勘查孔和物探测试孔。对施工技术参数进行更加详细的检验，主要确定施工控制参数，为正式施工的进行打下良好基础。在试验参数确定方面，具体应关注于注浆孔深、注浆段长度、注浆段孔径、灌浆材料及级配参数等。此外，还需要确定灌浆变换原则。主要根据灌浆段的透水率大小，采用不同起始水灰比、持续时间，采取由稀到浓的分级变换原则进行变换。如果在持续时间内，浆液未达到设计压力，则变换更浓一级的浆液。如果浆液能够达到设计压力，但流量无明显减少，也需要变换更浓以及的浆液，直到完全符合灌浆技术标准为止。通过进行两次灌浆试验，对各项施工技术参数进行充分检验，可以得出最优化的施工设计方案，从而为工程施工质量提供保障。
结束语：综上所述，帷幕灌浆技术是一种适用于市政桥梁墩柱施工的有效施工技术，通过对其施工方案进行合理设计和优化，并在施工过程中做到对工艺流程的严格控制，可以保证墩柱结构强度及抗渗性能符合设计要求，提升桥梁整体结构的稳定性，从而确保桥梁使用安全。应积极推广这种先进的施工技术，使我国市政桥梁工程质量得到进一步提高。
参考文献：
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论文作者:江治洋
论文发表刊物:《基层建设》2019年第10期
论文发表时间:2019/7/24
标签：帷幕论文; 浆液论文; 压力论文; 技术论文; 过程中论文; 工程论文; 市政论文; 《基层建设》2019年第10期论文;