CN112343104A - 一种高铁大型墩台的加固抬升方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高铁大型墩台的加固抬升方法，涉及桥墩抬升技术领域，其技术方案包括以下施工步骤：在桥墩承台的周边倾斜向下钻出桩靴体注浆孔，孔底深入至靠近桥墩桩基底端的桩基侧旁位置，孔底注浆，将多根桩基之间及桩基外周的土体进行加固，形成桩靴体；在桥墩承台的四周竖直向下钻孔，形成多个间隔的帷幕孔，向帷幕孔内注浆，形成围闭的帷幕墙，帷幕墙与桩靴体形成倒扣的凹槽结构；倾斜向下钻孔，形成抬升孔，抬升孔深入至桩基的底部；向抬升孔底部进行压力注浆，随着帷幕墙围闭范围内浆液的不断增加并快速凝固，桥墩逐渐抬升至要求高度。本发明的优点是：实现大型墩台的抬升；而且有效防止了抬升后的桥墩发生二次沉降。

Description

一种高铁大型墩台的加固抬升方法

技术领域

本发明涉及高铁大型墩台沉降处理的技术领域，特别涉及一种高铁大型墩台的加固抬升方法。

背景技术

目前，随着我国经济的发展，高速铁路的建设也不断增加，相比普速铁路，高速铁路对轨道的平顺度要求更高。但是目前，部分已经开通运营的高铁线路的桥墩出现了沉降，严重影响了轨道的平顺度和乘客乘坐的舒适度，因此需要将轨道进行抬升调平。现有技术中，当沉降量不大时，一般是在轨道底部的整体道床与梁体之间进行注浆；当沉降量较大时，则采用加高梁体底部支座的方法进行调整。如申请号为CN201310238096.0的发明专利公开了一种桥梁螺旋式支座，通过调节该支座的高度对轨道进行抬升调平。但是该专利技术在旋转调高支座前，需要先将梁体顶起，当梁体为连续梁时，梁体重量很大，无法用设备实现顶起。因此，针对连续梁的桥墩沉降需要研发一种新的抬升技术（连续梁底部均设置大型的墩台作为支撑，相比普通跨度的梁体的墩台尺寸更大）。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种高铁大型墩台的加固抬升方法，其优点是能够将发生沉降的大型墩台进行抬升，而且抬升后不易发生再次沉降。

本发明的上述目的是通过以下技术方案得以实现的：包括以下施工步骤：

步骤1、形成桩靴体：在桥墩承台的周边倾斜向下钻孔，形成多个桩靴体注浆孔，所述桩靴体注浆孔的孔底深入至靠近桥墩桩基底端的桩基侧旁位置，向桩靴体注浆孔的孔底压力注浆，将多根桩基之间及桩基外周的土体进行加固，形成桩靴体；

步骤2、加固抬升：倾斜向下钻孔，形成抬升孔，抬升孔深入至桩基的底部，向抬升孔底部进行压力注浆，注入的浆液为速凝型，随着桩靴体与桩底持力层的夹层之间浆液的不断增加并快速凝固，桥墩逐渐抬升至要求高度。

通过上述技术方案，桩靴体封堵了抬升孔孔底喷出的浆液从桩基之间的土体向上流动的通道，浆液只能向下或向水平方向流动或挤压，由于浆液采用速凝型浆液，浆液不会无限制地向下或水平扩散，而是在桩靴体与桩底持力层的夹层之间不断凝固后，形成向上的抬升力，桩基底部受到向上的抬升力，从而实现大型墩台的抬升。而且，桩靴体加固了桩基底部周围土体，桩靴体与桩基形成整体，有效避免了抬升压力注浆时对桩基底部形成的水平挤压力造成的桩基底部偏移，保证了抬升过程中桩基的垂直度。此外，由于桩基底部土体空隙被浆液填充密实，所以有效防止了抬升后的桥墩发生二次沉降。

本发明进一步设置为：加固抬升步骤前注浆形成帷幕墙：在桥墩承台的四周竖直向下钻孔，形成多个间隔的帷幕孔，帷幕孔的孔底深入至桩基底端以下；向帷幕孔内注浆，相邻帷幕孔的注浆范围相互咬合重叠，形成围闭的帷幕墙；帷幕墙的顶面高于桩靴体的底面；步骤2加固抬升中，向抬升孔底部进行压力注浆，随着帷幕墙围闭范围内浆液的不断增加并快速凝固，桥墩逐渐抬升至要求高度。

通过上述技术方案，帷幕墙与桩靴体形成倒扣的凹槽结构，然后在桩底进行压力注浆，在凹槽形成的半封闭结构内，注入该范围的浆液不断凝固并挤压周围的土体，由于受到帷幕墙和桩靴体的限制，浆液不会外散，而且土体挤压的方向受到四周帷幕墙的约束，使得挤压方向主要集中在向下和向上。随着浆液的不断注入，桩基底部受到向上的抬升力，从而使大型墩台的抬升更高效。

本发明进一步设置为：步骤1中，桩靴体注浆孔的孔底深入至桥墩桩基底端以下，注浆后，桩基底端以下土体的空隙得到填充。

通过上述技术方案，抬升注浆时，由于注浆管的出浆口与桩基底端之间的土体已经被填充密实，所以能够更快将抬升力传递至桩基底端。

本发明进一步设置为：帷幕墙靠近顶端的内侧面和桩靴体的外侧面相接。

通过上述技术方案，相接后，避免二者的空隙之间出现跑浆现象，节约材料。

本发明进一步设置为：加固抬升步骤完成后，向承台底部注浆，将承台底部的空隙进行填充。

通过上述技术方案，墩台抬升后，承台底面与原有土体存在空隙，填充后，使承台底面能够受力，与桩基共同承担上部荷载。

本发明进一步设置为：抬升结束后，在部分或全部帷幕孔内继续注浆，浆液压入帷幕孔周围土体，形成加固桩基，加固桩基的顶部延伸至靠近承台底部处；向承台底部压力注浆形成加固体，加固体延伸出承台外并搭接在加固桩基的顶面。

通过上述技术方案，加固体与加固桩基形成新的受力系统，与原有桩基共同承担上部荷载。

本发明进一步设置为：帷幕墙和加固桩基的施工采用钻注一体机进行，在竖向分多段依次进行注浆，浆液从注浆管管口喷出后，压入周围土体内，并在30-60s内凝固。

通过上述技术方案，分段进行注浆，每段喷出的浆液快速凝固，减小了对原土的干扰，防止加快沉降。

本发明进一步设置为：向承台底部水平打入多根水平注浆管，并进行注浆，在承台底部形成整块的加固体，同时将承台底部空隙填充。

通过上述技术方案，水平注浆管能够使承台中心底部的土体得到加固，从而在承台底部形成厚度基本相同的整块加固体，从而将上部荷载更好的传递至加固桩基上。

本发明进一步设置为：抬升注浆时，所有桩基底部的压力注浆同时进行。

通过上述技术方案，使墩台四周能够平稳抬升，避免产生倾斜。

本发明进一步设置为：抬升孔的施工采用钻注一体机进行，浆液从注浆管管口喷出后，压入周围土体内，并在5-30s内凝固。

通过上述技术方案，钻注一体机施工方便，效率高，快速凝固的注浆液使得提升更高效。

综上所述，本发明具有以下有益效果：

1、在桩靴体与桩底持力层的夹层之间进行压力注浆，随着浆液的不断注入，桩基底部受到向上的抬升力，从而实现大型墩台的抬升；抬升过程中，桩靴体保证了桩基的垂直度；此外，由于抬升后，桩基底部土体空隙被浆液填充密实，所以有效防止了抬升后的桥墩发生二次沉降；

2、帷幕墙与桩靴体形成的倒扣凹槽，在凹槽内进行压力注浆，避免了注浆液的外散，而且使得向上的抬升力更加集中，抬升效果更好；

3、加固桩基和加固体形成新的受力体系，与原来的承台和桩基一起承担桥墩的荷载，从而防止二次沉降的发生；

4、采用能够快速凝固的注浆液，以及分段注浆的方法，尽量减少了施工过程中对原有土体的软化，防止了注浆过程中加速沉降的发生；此外在凹槽内快速凝固的注浆液起到了更好的对土体挤压，形成抬升力的技术效果。

附图说明

图1为步骤1形成桩靴体的示意图；

图2为步骤2形成帷幕墙的示意图；

图3为步骤2突出显示帷幕孔的注浆范围相互咬合的平面示意图；

图4为步骤3中加固抬升注浆的示意图；

图5为步骤3中抬升孔的平面布置示意图；

图6为步骤5中对承台底部进行填充注浆的示意图；

图7为步骤6中形成加固桩基的注浆示意图；

图8为加固体搭接在加固桩基上共同受力的示意图；

图9为水平打入注浆孔形成加固体的并将注浆管作为加固体骨架的示意图。

附图标记：1、桩靴体；11、桩靴体注浆孔；2、帷幕墙；21、帷幕孔；3、承台；4、抬升孔；5、桩基；6、加固桩基；7、加固体；71、填充注浆孔；91、工作坑；92、水平注浆管。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步详细说明。其中相同的零部件用相同的附图标记表示。需要说明的是，下面描述中使用的词语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”、“底面”和“顶面”指的是附图中的方向，词语“内”和“外”分别指的是朝向或远离特定部件几何中心的方向。

实施例1：一种高铁大型墩台的加固抬升方法，包括以下施工步骤：

步骤1、形成桩靴体1：如图1所示，在桥墩承台3的周边倾斜向下钻孔，形成多个桩靴体注浆孔11，所述桩靴体注浆孔11的孔底深入至靠近桥墩桩基5底端的桩基5侧旁位置，向桩靴体注浆孔11的孔底注浆，将多根桩基5之间及桩基5外周的土体进行加固，形成桩靴体1。钻孔可以采用地质钻机，钻孔直径可以是42mm，钻孔后插入注浆管；也可以采用钻注一体机，钻孔后，直接进行注浆。注浆的压力根据深度的地层进行确定，能够满足相邻桩靴体注浆孔11的注浆范围重叠后，形成完整的桩靴体1即可。

步骤2、形成帷幕墙2：如图2与图3所示，在桥墩承台3的四周竖直向下钻孔，形成多个间隔的帷幕孔21，帷幕孔21的孔底深入至桩基5底端以下2-4m；向帷幕孔21内注浆，相邻帷幕孔21的注浆范围相互咬合重叠，形成围闭的帷幕墙2；帷幕墙2的顶面高于桩靴体1的底面，优选与桩靴体1的顶面平齐，帷幕墙2靠近顶端的内侧面和桩靴体1的外侧面相接，使得帷幕墙2与桩靴体1形成倒扣的凹槽结构。帷幕墙2的施工可以采用旋喷桩工艺，优选地，采用钻注一体机钻入至设计深度后，进行注浆，待注浆率达到设计值后，回退钻杆1-2m，停止后，继续进行注浆，直至形成竖向连续的桩体。

钻孔前，先对承台3周围土层进行地质钻探，然后根据桩底附近地层地质情况进行帷幕孔21的间距设计，以及注浆率的设计。一般情况下，帷幕孔21间距为2-3m，相互咬合部位>50cm。帷幕孔21内注浆压力根据地层情况和注浆深度进行确定，只要能满足有效桩径要求即可。

需要指出的是，步骤1和步骤2没有严格的施工次序，也可以先施工帷幕墙2，再施工桩靴体1。施工完成桩靴体1后12~24h，可以在原孔位继续向下施钻，形成抬升孔4，然后进行压力注浆。

步骤3、加固抬升：如图4与图5所示，倾斜向下钻孔，形成抬升孔4，抬升孔4深入至桩基5的底部，向抬升孔4底部进行压力注浆，注入的浆液为速凝型，随着帷幕墙2围闭范围内浆液的不断增加并快速凝固，桥墩逐渐抬升，至要求高度时，停止注浆。

抬升注浆时，所有桩基5底部的压力注浆同时进行，也可以选择对称位置的部分桩基5进行同步注浆，注浆过程中，所有抬升孔4内的注浆压力保持一致，以保证承台3的整体受力平衡。注浆的压力设定原则为：基准压力=桥墩、承台3、桩基5和顶部梁体的总重力以及所有桩基5的摩阻力的总和/承台3的底面积，注浆压力应大于基准压力，并小于基准压力的1.8倍。步骤1中桩靴体注浆孔11内，步骤4中的加固注浆，以及步骤5、6中的填充注浆孔71的注浆压力均应小于或等于基准压力。

步骤4、为了防止桥墩二次沉降，对桩基5周围土体进行加固。具体的，步骤3的抬升完成后，向上回退注浆管至桩靴体1的上方，对桩基5周围土体进行注浆加固处理，提高桩基5的侧摩阻力。

步骤5、如图6所示，由于桥墩抬升后，承台3底面与承台3底部原有土体分离，所以从地面倾斜向承台3底部钻出填充注浆孔71，然后对孔底进行注浆，将承台3底部的空隙进行填充，使得承台3能够传力至底部土体，底部土体与桩基5共同承担来自桥墩和承台3的荷载。

步骤6、如图7所示，在部分或全部帷幕孔21内继续注浆，浆液压入帷幕孔21周围土体，形成加固桩基6，加固桩基6的顶部延伸至靠近承台3底部处。当帷幕孔21紧贴承台3边设置时，形成的桩基5截面的一半可以顶至承台3底面，加固桩基6可以对承台3起到支撑作用，与原有桥墩的桩基5一起承担上部荷载。

进一步地，如图8所示，向承台3底部压力注浆形成加固体7，加固体7延伸出承台3外并搭接在加固桩基6的顶面。可以是在步骤5的注浆填充完成后，在填充注浆孔71内继续加压注浆，使注浆体扩大为加固体7。步骤5的填充注浆与步骤5的形成加固体7的注浆可以在加固桩基6形成后再进行。

为了在承台3底部形成整块的加固体7，更好的将力传递至加固桩基6上，如图9所示，在承台3旁开挖工作坑91，工作坑91坑底低于承台3底部，在工作坑91内向承台3底部水平打入多根水平注浆管92，并进行注浆，在承台3底部形成整块的加固体7，同时将承台3底部空隙填充。整块的加固体7相当于扩大承台3，结合加固桩基6后，形成了新的一套桩基5承台3结构，与原有桩基5承台3一起受力，防止桥墩二次沉降的产生。

水平打入的注浆管92可以采用花管注浆工艺，也可以采用钻注一体机。注浆后，注浆管92可以不拔出，注浆管作为加固体7的骨架，使加固体7有更好的整体性，更好的将力传递至加固桩基6。也可以在相邻注浆管之间打入钢筋作为加固体7的骨架。

进一步地，当桩基5为摩擦桩时，桩底土层的不密实，因此，桩靴体注浆孔11的孔底深入至桥墩桩基5底端以下，注浆后，不仅在桩基5之间的土体形成了桩靴体1，而且对桩基5底端以下土体的空隙加以填充密实。抬升注浆时，注浆管的出浆口与桩底之间的土体已经被填充密实，所以能够更快将抬升力传递至桩基5底面。

为了防止在整个施工过程中，承台3底部及周围土体被软化而造成桥墩的加速沉降，所以所有上述注浆采用的浆液均为速凝型。优选地，在浆液从注浆管的管口喷出后，在5-60s内凝固。进一步地，抬升时压力注浆的浆液凝固时间为5-30s，其它注浆时的浆液凝固时间为30-60s。注浆所用的浆液可以是单浆液，也可以是双浆液。

当采用双浆液时，不同浆液通过双层注浆管的不同通道到达出浆口，并在出浆口汇合后一起压入土体中，并发生凝固反应。

当在一个注浆孔内要形成沿孔深方向的较长的加固注浆体时，例如帷幕墙2、加固桩基6和承台3底部水平打孔注浆等施工时，可以采用钻注一体机分多段进行注浆。可以是一次性钻孔至设计孔深，然后分段回退钻杆（即注浆管）并进行注浆；也可以是钻进一段、注浆一段。钻杆每次前进或回退的距离应小于浆液的扩散半径。

以上提到双浆液分别命名为A浆液和B浆液，两种浆液分别从钻杆的不同通道到达注浆管的出浆口，在出浆口处压入周围土体，两种浆液在土体中汇合后发生化学反应，在短时间内完成初凝。

注浆液只要能满足初凝时间要求并有较好的渗透性即可，可以是现有技术中的任意一种。上文中提到的注浆液的凝固代表初凝，只要快速初凝后注浆液不是液体状，而是具有一定强度的固体状即可，主要目的是防止液体状注浆液对桥墩的地基造成的软化影响。

以下一种注浆液配方可供采用：A浆液由如下重量份的原料组成：金属氧化物和/或金属氢氧化物70-90份，复合缓凝剂0.5-1.2份，减水剂0.5-0.7，酸碱缓冲剂0.7-1.5，复合稳定剂3-5，复合表面活性剂0.5-1.5。其中氧化金属物可以是氧化镁、氧化铝、磷酸镁等任意两种的组合；复合缓凝剂为尿素和三聚磷酸钠；减水剂是聚羧酸减水剂；酸碱缓冲剂为碳酸镁或氢氧化钾；复合稳定剂为羟甲基纤维素、正烷基十六醇、淀粉醚和纤维素醚中的至少两种；复合表面活性剂为烷基聚氧乙烯醚、苄基酚聚氧乙烯醚和烷基磺酸盐中的至少两种。以上各单独组分中要使用两种及两种以上的不同材料时，可以按等数量级进行配制，两种的设置主要是为了防止其中一种失效，以便使整体复合浆液效果更加稳定。

B浆液由如下重量份的原料组成：磷酸盐30～40份，消泡剂0.2～1份。其中，磷酸盐可以是磷酸氢二铵或磷酸二氢钾；消泡剂可以是有机硅消泡剂或聚醚消泡剂。

A浆液和B浆液分别与水按重量比100:40～50混合搅拌成浆液，经不同管路压入注浆管，至出浆口汇合反应并在土体中固化。

复合浆液初凝时间的不同主要通过调节复合缓凝剂的比重大小实现。优选地，抬升过程压力注浆时，加入水要少一些，使注浆液浓度增高，以便更好的对周围土体形成挤压（例如A浆液和B浆液分别与水按重量比100:40）；其它注浆时，加入水要多一些，注浆液浓度要小（例如A浆液和B浆液分别与水按重量比100:50）。

本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (10)

1.一种高铁大型墩台的加固抬升方法，其特征是：包括以下步骤：

步骤1、形成桩靴体(1)：在桥墩承台(3)的周边倾斜向下钻孔，形成多个桩靴体注浆孔(11)，所述桩靴体注浆孔(11)的孔底深入至靠近桥墩桩基(5)底端的桩基(5)侧旁位置，向桩靴体注浆孔(11)的孔底注浆，将多根桩基(5)之间及桩基(5)外周的土体进行加固，形成桩靴体(1)；

步骤2、加固抬升：倾斜向下钻孔，形成抬升孔(4)，抬升孔(4)深入至桩基(5)的底部，向抬升孔(4)底部进行压力注浆，注入的浆液为速凝型，随着桩靴体(1)与桩底持力层的夹层之间浆液的不断增加并快速凝固，桥墩逐渐抬升至设定的高度。

2.根据权利要求1所述的一种高铁大型墩台的加固抬升方法，其特征是：加固抬升步骤前注浆形成帷幕墙(2)：在桥墩承台(3)的四周竖直向下钻孔，形成多个间隔的帷幕孔(21)，帷幕孔(21)的孔底深入至桩基(5)底端以下；向帷幕孔(21)内注浆，相邻帷幕孔(21)的注浆范围相互咬合重叠，形成围闭的帷幕墙(2)；帷幕墙(2)的顶面高于桩靴体(1)的底面；步骤2加固抬升中，向抬升孔(4)底部进行压力注浆，随着帷幕墙(2)围闭范围内浆液的不断增加并快速凝固，桥墩逐渐抬升至要求高度。

3.根据权利要求1所述的一种高铁大型墩台的加固抬升方法，其特征是：步骤1中，桩靴体注浆孔(11)的孔底深入至桥墩桩基(5)底端以下，注浆后，桩基(5)底端以下土体的空隙得到填充。

4.根据权利要求1所述的一种高铁大型墩台的加固抬升方法，其特征是：加固抬升步骤完成后，向承台(3)底部注浆，将承台(3)底部的空隙进行填充。

5.根据权利要求2所述的一种高铁大型墩台的加固抬升方法，其特征是：帷幕墙(2)靠近顶端的内侧面和桩靴体(1)的外侧面相接。

6.根据权利要求2所述的一种高铁大型墩台的加固抬升方法，其特征是：在部分或全部帷幕孔(21)内继续注浆，浆液压入帷幕孔(21)周围土体，形成加固桩基(6)，加固桩基(6)的顶部延伸至靠近承台(3)底部处；向承台(3)底部注浆形成加固体(7)，加固体(7)延伸出承台(3)外并搭接在加固桩基(6)的顶面。

7.根据权利要求6所述的一种高铁大型墩台的加固抬升方法，其特征是：帷幕墙(2)和加固桩基(6)的施工采用钻注一体机进行，在竖向分多段依次进行注浆，浆液从注浆管管口喷出后，压入周围土体内，并在30-60s内凝固。

8.根据权利要求6所述的一种高铁大型墩台的加固抬升方法，其特征是：向承台(3)底部水平打入多根水平注浆管(92)，并进行注浆，在承台(3)底部形成整块的加固体(7)，同时将承台(3)底部空隙填充。

9.根据权利要求1-9任一所述的一种高铁大型墩台的加固抬升方法，其特征是：抬升注浆时，所有桩基(5)底部的压力注浆同时进行。

10.根据权利要求1-9任一所述的一种高铁大型墩台的加固抬升方法，其特征是：抬升孔(4)的施工采用钻注一体机进行，浆液从注浆管管口喷出后，压入周围土体内，并在5-30s内凝固。

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