索结构在桥梁工程中的应用及基本防腐处理措施
摘要:研究目的:索结构在桥梁工程中得到了日益广泛的应用,其主要应用桥型范围是悬索桥、斜拉桥、拱桥、
系杆拱桥等,索的构造也相应分为缆索、拉索及吊索等多种类型,根据桥梁索结构所处的环境条件,相应对其
提出了很高的防腐性能要求。
研究结论:索结构由于其优异的材料性能特点,在桥梁等多种工程中得到广泛应用,为保证长期安全使
用,对索结构的防腐应采取综合工程措施。目前对构成索结构的材料采取的基本防腐处理措施主要为热浸镀
锌和环氧喷涂处理。
关键词:桥梁工程;索结构应用;腐蚀特点;防腐措施;热浸镀锌;环氧喷涂
随着我国桥梁建造水平的提高,在对桥梁与运输
服务的综合效益、与周边环境相协调的景观要求、与结
构使用寿命相一致的耐久性设计等方面都提出了更高
的要求,悬索、斜拉等桥型结构的应用日趋普遍,对索
结构的防腐处理提出了新的要求与课题。
1 索结构在桥梁等工程中的应用特点
索结构在桥梁工程中得到了日益广泛的应用,根
据索的应用部位、结构受力及变形特点,主要包括缆
索、拉索及吊索等多种类型,索的材料主要由钢丝束、
钢绞线、钢丝绳等柔性构件构成,同时部分有类似功能
要求的构件也可采用圆钢等(如小跨度吊桥的吊杆
等),索结构在桥梁工程中的主要应用桥型结构范围
是悬索桥、斜拉桥、拱桥、系杆拱桥等,其中包括悬索桥
的主缆索和吊索、斜拉桥的斜拉索、拱桥及系杆拱桥的
吊索、水平拉索(明索)等,对于一些桥梁结构的特殊
处理(包括施工过程中的临时受力需要)及旧桥加固
等有时需采用体外索的处理形式,也属索结构在桥梁
工程中的应用范围。
另外,也有一些诸如预应力锚索等也在包括桥梁
等很多工程中得到日益广泛的应用,特别在水电、高挡
墙路基、桥梁以及其它各种加固工程等应用十分广泛,
对保证工程安全、有效控制工程投资发挥了重要作用,
尽管有些严格从结构特点上判断不属于索结构,但从
防腐处理考虑则很多具有类似的技术要求。对不稳定
的岩(土)体采用预应力锚索体系进行整体加固已成
为目前基本选择和常规做法,工艺上也具备愈加成熟
的特点,在道路工程设计施工中也常常面临高路基工
程,从满足受力要求、节省工程量、节约占地需求、降低
工程投资、改善外观效果等方面考虑,自立互锚(或半
自立锚固)混凝土挡土墙也应用较多,山区地形条件
更是如此,桥梁工程中也有较多应用工程实例,以切实
保证结构安全及设计合理,如在万州长江二桥的锚碇
结构设计中,根据工程地质条件,为保证结构安全及有
效控制工程量,锚碇前端采用了预应力岩锚体系。
目前,从桥梁跨度、桥型构造特点、结构美观、施工
条件等各种因素综合考虑,索结构在桥梁工程中的应
用前景十分广泛,包括永久工程及临时工程等,尤其是
钢索的柔性结构特点对施工可以带来很大便利,而随
着材料科学的不断发展,用于索结构的主要材料钢丝、
钢绞线、钢丝绳等材料强度不断发展、规格系列越发齐
全、防护水平显著提高,同时设计计算分析水平及施工
操作水平也迅猛提高,以上各种条件变化为索结构在
桥梁工程中日益广泛的应用创造了良好条件。根据腐
蚀条件及长期使用经验,对包括桥梁用各类索结构的
防腐处理引起工程界愈加高度的重视,成为衡量桥梁
工程设计施工质量、保证结构耐久性关键控制因素之
一,结合有关防腐处理研究部门及相关生产厂家的共
同努力,其防腐处理的工艺及技术水平也有了很大提
高,除对索结构的基本材料钢丝、钢绞线等本身外表面
必须进行必要的防腐处理,通常采用热镀锌或环氧涂
层防护等处理措施,还需对成型后的缆索或索股等采
用其它防护处理措施,为切实保证其有效防护使用年
限要求、提高整个工程的使用性能条件提供良好保证。
对由平行钢丝或钢绞线构成的各种拉索、吊索等
构造,其成型规格尺寸通常不是很大,一般外表面采用
热挤PE进行防护,应在工厂进行专业化施工,同时PE
材料也具备较好的现场修补条件,热挤PE有单层或
双层构造,外层有多种色彩选择,可以满足防护及景观
效果等多方面要求;悬索桥主缆在成桥后需对其采取
综合防护处理,有较高技术要求;对于由钢丝绳构成的
索结构通常可采用涂装或油脂防护;此外,对索结构的
锚固与其它构造的衔接处理也高度重视,采取了一系
列工艺改进措施。
2 桥梁索结构应用中存在的主要问题
由于索结构基本为体外构造,暴露于大气环境之
中,处于十分不利的腐蚀环境条件,因此,用于桥梁工
程时必须充分考虑其很高的防腐性能要求,不仅包括
索的自身防腐处理,对其与相关构造的衔接处理也需
予以高度重视,且在很多情况下成防腐薄弱环节及影
响结构安全的控制因素,必须采取有效措施切实保证
其耐蚀性要求,为确保结构整体安全创造有利条件。
在以往国内外桥梁工程设计施工中,尽管针对索的防
护重要性有一定认识,通常也都采取了相应的防护处
理措施,但由于受当时防护处理技术水平、认识水平及
重视程度不够的制约影响,因而由于对索的防护处理
不力、影响工程正常使用及需要进行返工处理的工程
实例很多,而进行相应事故的处理投资费用很高,且费
工费时,对正常交通一般也会造成很大影响,个别严重
的还会造成工程报废,所造成的影响及损失更大,从结
构特点及以往工程实例特点分析,其中斜拉桥出现的
问题更多一些,由此造成了很大的直接及间接损失,拱
桥的吊索也很容易发生类似问题。
针对悬索桥结构而言,对其主缆的防护历来十分
重视,通常除对材料本身进行必要的防护处理外,对成
型后的缆索外表面通常还会采取一系列其它防护处理
措施(结构封闭及涂装处理),使之缆索处于相对封闭
状态,同时主缆的受力特点也决定了其受力条件较为
均匀,应力幅度变化相对不大,两端连接锚头基本采用
工艺成熟的热铸锚工艺,材料性能匹配较好,通常不会
出现腐蚀局部薄弱环节,基于以上特点,悬索桥由于主
缆防护处理不利出现重大工程事故的不多,因而就主
缆防护存在一定的重视不够或认识不足之处,在较长
一段时间就此方面的技术发展进步相对不大,但并不
表明其缆索的的防护处理就不存在技术问题。由于大
跨度悬索桥对主缆索进行了封闭处理,进行相应检查
较为困难,有些问题不能及时发现和暴露出来,但近年
来美国、日本等国家对以往修建的大跨度悬索桥主缆
索进行的相关检查(拆除外表面涂装及缠丝后)中发
现,其主缆钢丝的锈蚀现象较为严重和普遍,主要原因
是虽然对钢丝自身及缆索外表面进行了相关的防护处
理,但外表面防护处理仍难以完全避免外部水汽浸入,
防护涂层的龟裂及索鞍、索夹等防水薄弱环节的存在
是主要原因,而水汽一旦浸入则很难顺利排出,由此形
成主缆内部湿度很大,严重恶化了其腐蚀环境,造成钢
丝锈蚀,因而近年来除该改进缠丝材料构造及工艺、采
取进一步的封闭措施外,还考虑采用必要的除湿设备,
当然工程投资会有所增加,但考虑长期使用目的仍是
必要的。我国进行现代意义的大跨度悬索桥建设时间
不长,各桥梁工程对主缆也尚未进行相关检查,有些可
能出现的问题也尚未暴露出来,但借鉴国外经验,对主
缆防护采取各种加强措施仍是十分必要的。
国内外桥梁工程由于对索的防护处理不利造成较
大影响及损失的主要工程实例有:德国汉堡的Kohl-
brand Estruary桥,由于斜拉索腐蚀严重,建成的第三
年就更换了全部的斜拉索,耗资达6 000万美元,是原
来斜拉索造价的4倍;委内瑞拉的Maracibo桥,建于
1958~1960年间,受当时技术水平制约,其斜拉索没
有进行镀锌处理,采用一般的涂漆防护,经过不断的风
雨侵蚀,斜拉索锚头处的锚箱罩盖率先损坏,进而使得
斜拉索与上锚箱的接口处发生锈蚀,且相当一部分锈
蚀十分严重, 1979年发生个别斜拉索断裂,因此决定
对全桥斜拉索进行更换,全部进行镀锌处理,并采用了
含有铅质的酚醛树脂糊膏进行表面防护,且换索后拉
索根数增加一倍;我国广州海印大桥于1988年年底建
成, 1995年起陆续发生索股断裂及松断事故,调查表
明产生的主要原因是管道压浆工艺未能保证拉索顶部
灌注饱满,造成拉索直接与空气接触进而发生锈断,为
防止事故的进一步发生,被迫进行全桥换索工程,耗资
大量资金及时间; 2001年11月7日,宜宾南门大桥
(拱桥)倒塌,事故调查发现拉索已经发生严重生锈;
此外,国内外还有许多斜拉桥建成后陆续进行了局部
换索或其它处理。美国在1903年建世界上第一座现
代化长跨度悬索桥W illiamsburg桥,受当时技术水平
和造价制约,没有对钢丝进行镀锌处理而采用一般防
护,建成后仅7年就发现钢丝锈蚀断裂, 1922年对缆
索补缠镀锌钢丝,但1934年又发现主缆内有水从锚碇
处流出,虽陆续采取了多种处理方案,但都没有能够阻
止锈蚀发展, 1992年开始被迫进行为期3年的主缆维
护工作,耗资7 300万美元。
3 索结构的腐蚀特点
索结构在桥梁工程的应用环境特点基本处于高空
之中,主要的腐蚀环境是大气环境腐蚀,在高纬度地
区,对悬索桥主缆索通常还要考虑到积雪对缆索的影
响。目前构成桥梁索结构的材料基本为高强度钢丝或
钢绞线组成,另外钢丝绳在悬索桥吊索中也有较多应
用,而钢绞线或钢丝绳也是由不同直径的钢丝在工厂
再加工而成,因此高强度钢丝是桥梁工程中索结构的
最基本材料,属冷拨碳素钢,包括强度等各项技术指标
不断取得提高,目前在不进行镀锌处理等条件下其标
准强度多为1 860MPa,而2 000MPa及以上标准是今
后的发展方向,且多采用低松弛系列,能够更好地适应
工程实际需要,同时,在对钢丝进行镀锌处理过程中,
钢丝表面会有一定损伤,因此镀锌钢丝(或钢丝绳)的
抗拉强度等有所降低,目前相关标准中通常采用
1 600~1 700MPa。
由于钢丝的含碳量较高,通常在0. 75% ~0. 85%
之间,因此塑性条件相对较差,在没有进行防护的条件
下其抗腐蚀性很差,造成钢丝自身腐蚀的主要原因包
括应力腐蚀及疲劳腐蚀:应力腐蚀是材料在一定环境
中由于外加或本身残余的应力,加之腐蚀的作用,导致
金属的早期破裂现象,金属的应力腐蚀破裂主要是对
应力腐蚀较为敏感的合金上发生,纯金属很少产生,合
金的化学成分、金相组织、热处理对合金的应力腐蚀破
裂有很大影响,处于较高应力状态情况下,包括材料内
部各种残余应力、组织应力、焊接应力或工作应力在
内,且基本为拉应力影响,可以引起应力腐蚀破裂,防
止应力腐蚀破裂的主要方法是消除或减少其应力状
况,并且通过改变介质的腐蚀性(添加缓蚀剂),选用
耐应力腐蚀破裂的金属材料,从而避免相关腐蚀的出
现;疲劳腐蚀是钢铁在交变应力作用和腐蚀介质的共
同作用下产生的一种腐蚀现象,同时也是在桥梁工程
的索结构中发生较为普遍、概率较大的腐蚀现象,减少
疲劳腐蚀的主要方法是选择适应相关腐蚀环境的抗腐
蚀的材料,同时对材料表面进行镀锌、涂漆等方法减轻
疲劳腐蚀的作用。
桥梁工程设计施工过程中,针对索结构的应用,从
保证其使用安全考虑通常都留有相对较大的安全系
数,不同的索结构及材料类型对相应的安全系数有具
体要求,尽管如此,各种索结构通常仍是在较高的应力
状态下工作的,虽然对于工作疲劳应当没有影响,但是
在高应力状态下,腐蚀介质和应力的相互发生作用,如
果不进行合理有效的防护处理,其腐蚀是非常容易发
生的,腐蚀发生将会大大影响钢丝的受力性能,同时从
桥梁工程的构造特点考虑,索结构与其它构造的衔接
部位通常也是最易受腐蚀的薄弱的地方,同时悬索桥
的主缆索在锚碇范围是通过散索鞍后散开在锚室内进
行锚固,而锚碇为地下结构,无论采用何种锚碇构造,
锚室内的空气湿度通常都很大,对包括缆索及各种连
接构件的防腐都十分不利,目前,在锚碇洞室内通常还
需设置排水及除湿设备,以改善洞室内的腐蚀环境条
件。1967年12月,美国西弗吉尼亚州和俄亥俄州之
间的俄亥俄大桥突然倒塌,事故调查的结果就是因为
应力腐蚀和腐蚀疲劳产生的裂缝所致。
我国公路建设在施工设计方面虽然已经积累了大量的实际 经验 ，施工技术也有了很大的提高，下面我给大家分享一些公路施工技术论文3000字 范文 ，大家快来跟我一起欣赏吧。
浅析公路施工技术
摘要:现代公路运输是我国经济发展的重要基础，随着车流量不断增加及人们出行质量水平的提高，对公路质量的要求越来越严格。针对这种情况，本文对影响公路施工的因素进行了简单阐述。
关键词:公路施工;质量管理;质量通病;
中图分类号：X731文献标识码： A
近年来，我国公路建设取得了巨大成就，公路工程施工企业综合管理水平不断提高，施工技术管理水平得到增强，在公路建设规模不断扩大的同时，公路工程施工企业数量大量增加，同行业市场竞争也日趋激烈，这在客观上对公路施工企业在技术管理水平上提出了更高的要求。因此，公路施工企业要不断提高自身综合实力，完善管理，狠抓生产、稳定质量，将技术管理融入企业生产的各个环节，确保项目建设顺利进行，创造良好的经济效益和社会效益，促进企业的健康可持续发展。 环境保护公路工程建设是一个系统，影响工程质量的因素很多。下面分别论述公路施工的质量通病、材料管理、质量管理体系以及病害治理的 方法 。
一、公路工程施工技术管理的重要性
公路运输是运输行业的“轻骑兵”，发挥着重要的作用，高等级公路建设对施工技术的要求也越来越高。提高工程技术水平并最终提高工程质量，是公路企业在激烈的市场竞争中立于不败之地的现实选择。
1. 技术管理是现代公路施工管理的核心
公路施工技术管理是现代公路工程施工管理的中心环节，是施工企业综合管理水平的最根本体现，对公路施工过程中的各项技术参数、公路施工质量产生直接影响。加强公路施工技术管理，能有效地减少或消除公路质量通病，质量隐患，以此降低质量通病防治的成本，提高公路企业的经济效益，促进企业的健康发展。公路施工技术管理工作的有效开展能可优化公路施工流程、加强成本控制、提高工程质量。
2. 技术管理是提高公路企业经济效益的根本 措施
在公路施工过程中，技术管理科学合理，能有效提高施工各部门间的配合、减少工作的扯皮现象，同时技术管理责任制的建立能迅速找到施工中存在的质量问题，提高企业的工作效率，有利于加强成本控制，从而提高企业的整体经济效益。技术管理还需要对施工技术人员和工程设备进行管理，使设备操作人员的操作水平得到保障和提高，有效减少或避免由于操作不当造成的设备故障与安全事故，可减少工期延误，降低事故发生，从而提高企业的经济效益。另外，技术管理还可以通过新技术、新材料、新工艺的推广应用，为保障施工质量奠定基础，为提高企业的经济效益奠定基础。
3. 技术管理是公路工程施工质量的保证
公路工程施工技术管理工作的科学开展能有效地提高施工过程中的监督和管理，保障公路施工质量。在进行公路工程施工技术管理中，通过对施工测量、防线的技术管理;施工过程技术参数控制;常见技术问题解决等工作，能有效地保障工程质量处于受控状态，提高工程施工质量。同时，施工技术管理还通过施工前技术方案的审核、工艺流程设计、施工技术选择、设备选型等工作的科学开展，奠定工程施工质量的基础。
二、施工现场材料的管理
1.材料验收与入库制度
工地所需的材料经采购员采购回场后，应进行材料的验收。入库前应对材料的质量进行检查，在保证其质量合格的基础上实测数量;对大宗材料、高档材料、特殊材料等要及时索要“三证”产品合格证、质量 保证书 、出厂检测 报告 ，有条件的，必须经化验指标合格后才准入库。
2.出库与退库制度
必须严格进行材料的领用手续，无手续不得发放材料。工程将结束时，应对施工现场材料进行盘点，督促施工队伍及时的办理退库手续;办理材料退库时应填写材料退库单，清点完毕后同材料人员办理材料交接手续。
三、完善质量管理体系
公路建设的“政府监督、社会监理、企业自检”三级质量控制体系有待完善，完善质量管理体系主要从以下几个方面注意或着手：
1.监理队伍机制不完善，人员素质低
政府交通主管部门对监理市场主要是宏观管理，仅对监理单位和人员的资质进行管理。另外现有的监理人员的数量和素质远不适应交通基本建设高速度、大规模、高标准的发展现状。
2.质量管理的现场检查、设备检测不完善
现场跟踪检查,将质量隐患消灭在萌芽状态。大部分工程质量隐患都是通过现场检查而发现的，要做好现场检查，质检员一定要腿勤、眼勤、手勤。另外，大部分设计、监理、施工、监督单位的检测设备、检测手段、技术力量还不能满足质量检测工作需要，有的与实际要求相差很大，直接影响质量管理工作的深度和力度。
四、几种常见病害的治理方法
1.当路面出现翻浆时，一般有两种措施：一种是填土法，另一种是浇筑砂桩。填土法：公路路基长年受到路边耕地用水的浸蚀，每年春季2、3月份出现路基坍塌翻浆，造成路面破损，长期以来，破损越来越严重，导致阻碍、滞留车辆，为了解决这种情况，尽快恢复交通，可采取填土的方法来处治该路段破坏的路基，具体施工方法是：不影响通车的前提下，先开挖半边路基，一直挖到路基土底层较硬的新土，一般1.5米就可以了，将翻浆土全部挖除，然后夯实，用砂子和粘土混合将其与路基摞平，在其上可做沥青路面;浇筑砂桩的具体做法：在路面两边每平方米挖一直径为50厘米、深1米左右的坑，为不影响行车，采用半边施工，在坑内用大粒石头子和水泥填筑夯实，在上可直接做沥青路面;对路面破裂、坑槽、啃边、松散等病害的处理。可挖去路的损坏部分，将路基下部填土夯实后，撒下沥青、碾压成形即可通车;对公路要进行不定期的养护，以防病害累积，破损路面[3]。
2.路面的铺平。碎石沥青混合料的碾压：初次碾实，选用DD-120双轮双振动压路机静压过去，返回振动温度应控制在140℃之间;复压一般选用30t轮胎压路机压两遍，后面要接着DD-120压路机碾压两遍，复碾压4～6遍，在复压过程中应及时用长直尺检测平整度，发现有拱起的部位用8t钢轮压路机进行横向碾压处理，消除起拱隆起部位;终压用双轮双振钢轮压路机静压2～3遍。初压应在沥青料摊铺后较高温度下进行，并不得产生发裂、推移等现象，压实温度还应根据沥青稠度、压路机类型，气温、铺筑层厚度，沥青料的类型确定。初压应从外侧低处向中心高处碾压，相邻碾压带应重叠1/3轮宽，在靠外侧边缘处初次碾压时，可暂预留50cm宽不碾压，等压完第一遍后将压路机的大部分重量位于压实过的混合料面上再压边缘，以减少向外推移[4]。
3.养护机械化是提高公路使用质量和服务水平的重要步骤。实现养护机械国产化，不断提高公路养护机械配备。1)学习、引进国外先进的机电技术。2)养护机械要面向多用途的方向发展，提高机械的使用效益，快捷的作业要求。3)引进国外先进的工艺技术和加工设备，提高养护机械的工艺水平和制造技术，提高产品质量及使用寿命。4)加强养护机械的合理化管理，组建新型的养护机械租赁公司。保证公路畅通，发现公路损坏时要及时上报和维修，阻断通车时应设置安全标记，以防发生交通事故，定时对损坏和缺少的标志牌要进行补齐和更换，保证有明显醒目的公路标志。
总之，公路工程施工中影响因素很多，只有全面提高施工队伍的整体素质，真正做到按施工技术规范施工，按操作规程操作，才能避免或减少质量缺陷。同时加强与监理工作人员的沟通，对工程施工过程中可能引起质量问题的因素进行严格的管理与控制，有效提高公路工程施工质量，促进质量通病防治工作的开展，促进工程施工的顺利进行，有效提高企业的综合管理能力与市场竞争力。
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1城市道路工程的特点
1.1准备期短,开工急城市道路工程通常由政府出资建设,出于减少工程建设对城市日常生活的干扰这一目的,对施工周期的要求又十分严格,工程只能提前,不准推后,施工单位往往根据工期,倒排进度计划,难免缺乏周密性。1.2施工场地狭窄,动迁量大由于城市道路工程一般是在市内的大街小巷进行施工,旧房拆迁量大,场地狭窄,常常影响施工路段的环境和交通,给市民的生活和生产带来了不便,也增加了对道路工程进行进度控制、质量控制的难度。
1.3地下管线复杂
城市道路工程建设实施当中,经常遇到与供热、给水、煤气、电力、电信等管线位置不明的情况,若盲目施工极有可能挖断管线,造成重大的经济损失和严重的社会影响。同时也对道路工程进度带来负面影响,增加额外的投资费用。
1.4原材料投资大
城市道路工程材料使用量极大,在工程造价中,所占比例达到50%左右,如何合理选材,是工程监理工作质量控制的重要环节。施工现场的分布,运距的远近都是材料选择的重要依据。
1.5质量控制难度大
在城市道路的施工过程中,往往会出现片面追求施工进度,不求质量,只讲施工方效益的情况,给施工监理工作带来了很大困难。
1.6地质条件影响大
城市道路工程中雨水、污水排水工程,往往受施工现场地质条件的影响,如遇现场地下水位高,土质差,就需要采取井点或深井降水措施,待水位降至符合施工条件,才能组织沟槽的开挖,如管道埋设深,土质差,还需要沟槽边坡支护,方能保证正常施工。
2施工监理措施
通过以上分析,在城市道路工程施工监理工作中,就可以针对性地采取一些措施：
2.1对进场材料、半成品、成品的质量检查
市政道路工程的质量,与使用的材料密切相关,材料的性能如何,在很大程度上决定着工程的使用和寿命。道路及其附属构造物不仅要承受较大的荷载,而且常年暴露在大气环境下,经受各种环境条件复杂变化的影响,对其使用的原材料,应给予充分的重视。
项目监理部对工程材料的监理,贯穿于工程建设的全过程,所有材料在工程验收之前,监理工程师都有权进行检查、抽样测试和复试,对于不符合标准的材料,应给予清退。
在工程材料检查验收工作中,监理工程师要严格控制材料的供应来源,加强对材料的抽检工作,以保证进场材料的质量。
2.2原材料的验收
2.2.1填方用土
对于道路工程路基填筑、给排水管道、沟槽回填等,均需要选择合适的材料进行回填。并对压实度有严格要求,以保证有足够强度和稳定性。因此,对填筑用土的质量监理就十分必要,内容就是选择土料,进行最大干密度和最佳含水量试验、级配及有害物质测定试验等。
2.2.2基层材料
基层使用原材料的质量监理,系指控制水泥、石灰、土、碎石、粉煤灰等的质量。另外混合料的质量监理,如水泥稳定砂砾、水泥稳定土、二灰稳定碎石、级配碎石、石灰土等的配比、级配、最大干密度、最佳含水量、压实度的测定等,需要现场取样测定。
2.2.3沥青混合料
由于沥青具有良好的粘性、塑性和防水性,因而被广泛用于道路工程,沥青混合料被用作道路面层的材料,如沥青混凝土、沥青碎石等路面,质量监理就是在施工中使原材料(粗集料、细集料、矿粉、沥青)、混合料的配合比及其性质、油石比等符合规范和设计的要求。
高压旋喷桩在道路软基处理中的应用
摘 要：在津沽改线下穿通道的U15-U18段及搭板处，因按照原计划用于加强软土地基承载力的深层水泥搅拌桩机具过高，容易使机具与其上的高压线发生电击事故而在施工中无法得到实施，所以此段变更为高压旋喷桩。本文结合工程实例，分别从工作机理、施工流程、和质量检验三个方面对高压旋喷桩做了阐述。
关键词：软土地基处理，高压旋喷桩，质量控制
1、工程简介
津沽该线下穿通道工程全长440米，宽为30.5米，其中U型槽的JK3+493.302¬— JK3+573.302的范围内，道路中心线两侧上方有110KV高压线干扰，所以此段由原来的深层水泥搅拌桩变更为高压旋喷桩。此段旋喷桩设计桩长10—15 米，设计桩径600mm，梅花形布置，桩距1.5米，总根数为668根，总米数为8095.4米，从2009年11月8日始到2009年11月19日止，历时12天，工后检验效果理想。
2、高压旋喷桩概述
2.1.概念：高压旋喷桩是高压喷射注浆法处理地基中的一种，是利用钻孔设备，把安装在注浆管底部侧面的特殊喷嘴，置入土层预定深度后，用高压泥浆泵等装置，以20Mpa左右的压力把预先制备好的水泥、水玻璃等材料作为主固化剂的浆液从喷嘴中喷射出去冲击破坏土体，同时借助注浆管的旋转和提升运动，使浆液把从土体上崩落下来的土搅拌混合，经一定时间的凝固，便在土中形成圆柱状的具有一定强度和抗渗能力的固结体，从而使地基承载力得到加强的一种工程方法。
2.2. 加固机理：高压喷射注浆是利用工程钻机把带有喷嘴的注浆管钻进至土层的预定位置，以高压设备使浆液成为20Mpa左右的高压流从喷嘴里喷射出来，冲击破坏土体，当能量大、速度快和呈脉动状的喷射流的动压超过土体结构强度时，土料便从土体剥落下来，高压流切割搅碎的土层，呈颗粒状分散，一部分被浆液和水带出钻孔，另一部分则与浆液搅拌混合，随着浆液的凝固，组成具有一定强度和抗渗能力的固结体，当喷射流以360°旋转、自下而上喷射提升时，固结体的截面形状为圆形即称为旋喷。在钻机的钻杆最前端设置一个高压液体喷射装置，当钻机把该高压喷射装置送到土层预定深度时，通过高压泵向钻杆中心孔连续输送高压水泥浆液，高压水泥浆液即通过喷射装置中的喷嘴小孔喷入钻杆周围的砂层、土层及砂土层，与此同时钻机带动钻杆缓慢旋转并提升使喷嘴缓慢螺旋上升，从而使高压水泥浆不断切割搅拌土层，形成水泥、砂、土及速凝剂的混合搅拌浆体，通过固化剂和软土间所产生的一系列物理化学反应，生成水化物，然后水化物胶结形成凝胶体，将土颗粒凝结在一起形成具有整体性、水稳定性和较高强度的结构整体，从而提高其复合地基承载力及改变地基土物理化学性能，达到提高地基承载力、减少地基沉降、阻止水体流动、增强地基稳定性的目的。旋喷桩主要用于加固地基，提高地基的抗剪强度，改善地基土的变性性能，使其在上部结构荷载作用下，不至破坏或产生过大的变形。
3、施工流程
旋喷注浆施工流程可大致分为:施工准备，试桩、技术参数确定→测量放样，桩机就位，钻孔，水泥浆制备，旋喷和复搅，提管冲洗，移动设备→桩基工后检测；
3.1、 施工准备：钻机进场之前首先进行场地布置，清除施工区域的杂物，平整场地施工段落要平整密实，做好排水工作，确保在较干净的环境中进行施工,其次，准备好施工用电和施工用水；施工用电使用沿线设置的变压器并配备发电机在施工现场，架设电缆接线到施工作业区。
3.2、试桩、技术参数确定：每个工点施工前必须先打不少于3根的工艺试验桩，以检验机具性能及施工工艺中的各项技术参数，其中包括最佳的灰浆稠度、工作压力、钻进和提升速度等，还应根据被加固土的性质及单桩承载力要求，确定水泥掺入量。通过试验桩确定本工程高压旋喷桩施工技术参数为：水灰比为1：1；钻进、工作压力20～25Mpa；提升速度≤0.25m/min；桩顶1米范围提升速度≤0.2m/min；转速应控制在20～25r/min，水泥掺入量范围在180～220Kg/m之间。
3.3、测量放样：测量人员根据施工图纸提供的坐标、平面布置图，在施工段落进行布桩，桩位用小木桩红色头醒目标注，桩间距误差不大于50mm，布桩完成自检合格后报监理工程师验收，验收合格后进行下一步工序。
3.4、钻机就位：搅拌机具运至现场后进行安装调试，待转速、压力及计量设备正常后就位。钻机就位时先使钻头对准桩位标志中心，然后进行钻杆的双向调平，之后，再次调整对中，最后再精确调平。垂直度误差不超过1%，对中误差小于5cm。
3.5、钻孔：每台钻机在开钻前，技术人员对钻杆总长度进行尺量，根据桩长、设计桩顶标高、原地面标高计算下钻节数，并在最后一节钻杆上标定出下钻结束位置。钻孔的目的是为了把注浆管置入到预定深度，钻孔方法采用单管法旋转钻机。在钻杆下钻时采用小于10Mpa的水泥浆压力，一方面防止堵喷嘴，另一方面对土体进行第一次喷射，使土体成为混合液，减小喷浆时土体的阻力，以利于浆液充分搅拌，钻到设计的深度。成孔后，应校检孔位、孔深及垂直度，是否符合设计要求。
3.6、灰浆的制作：选用优质42.5#普硅水泥，根据搅拌桶的大小、水灰比、泥浆比重来标定最大水位线，按水灰比1：1添加水泥，并经充分搅拌，测定泥浆比重是否达到试配时比重1.47，如达不到继续添加水泥直至达到试配水泥浆比重为止。搅拌时间少于4分钟的不得使用，超过初凝时间的浆液也不得使用；灰浆经过两道过滤网的过滤，以防喷嘴发生堵塞；抽入储浆桶内的灰浆要不停地搅拌。
3.7、旋喷和复搅：将注浆管下到预定深度后，调整回流阀门，使旋喷罐内的压强达到规定值，水泥浆到达喷嘴后，检验喷射方向、摆动角度，一切合格后，调整工作台和油泵阀门，使旋转速度控制在20—25 r /min和提升速度达到20-25cm /min的范围时开始提杆、旋喷，由下往上成桩，在桩头以下1米范围复喷提钻时采用最慢的1档提钻上升，并复喷一次，增加桩体的密实度，因为桩顶以下1米范围将承受较大的荷载，加强此处桩体的质量对发挥桩体的承载力起关键作用。当喷浆结束后，要对注浆孔进行二次回灌，防止旋喷桩体因水泥浆固结出现顶部凹陷而达不到设计桩顶标高。在施工过程中，旋转速度、提升速度、旋喷压力、水泥用量参数的变化将直接影响桩的均匀程度和桩径，水灰比参数的变化将会影响桩身的强度，因此必须时刻注意检查浆液初凝时间、水泥浆流量及压力、提升速度、旋摆角度、喷射方法等参数是否符合设计要求，并随时作好记录，如遇故障应及时排除。
3.8、提管冲洗：喷射作业完成后，将注浆泵的吸浆管移到水箱内，在地面上喷射，以便把泥浆泵、注浆管内的浆液全部排除，防止残存水泥浆将管路堵塞。
3.9移动设备:移动钻机至下一孔位，为确保桩与桩之间能很好咬合，宜采用打一跳一法，且间隔时间应大于36小时。
4、质量检验 高压旋喷桩完成28d后方能进行质量检验。
4.1、触探及抽芯检验
成桩7d内采用轻型触探进行N10检测，检测频率为工程桩数的2%。抽芯检验的总桩数不得少于工程桩数的3‰，单位工程桩数小于1000根时，至少做3根。桩芯无侧限抗压强度（28d）应满足如下要求：桩顶～2/3桩长范围：≥1.6MPa；2/3桩长～桩尖范围：≥1.4MPa。
4.2、高压旋喷桩单桩承载力要求
高压旋喷桩单桩承载力表
桩长（m） 单桩承载力（KN）
10 307
11 337
12 367
13 397
14 427
15 442
质量检验标准
序号 控制参数 控制标准值 备 注
1 桩机安装垂直度偏差 ＜1% 查施工记录
2 桩位偏差 ±50 mm 查施工记录
3 注浆压力 ≥20Mpa 查施工记录
4 水灰比 1：1 查施工记录
5 水泥用量 ≥180kg/m 查施工记录
6 桩径 ≥600mm 开挖抽查2％
7 桩长 不小于设计值 查施工记录
8 旋转速度 20~25r/min
9 喷提升速度 10~25 cm/min
10 桩身强度 不小于设计值 抽芯检查
5、注意事项
5.1、施工时应先施工内排桩，后施工外排桩
5.2、水泥浆液应连续供应。如发生断浆现象，须复打，复打重叠长度必须大于1.0m。
5.3、浆液拌和应均匀，不得有结块；浆液不得离析或停滞时间过长，超过2小时应停止使用。
5.4、构造物基底水泥搅拌桩桩顶高程应根据构造物底高程进行计算确定，同时应考虑凿除50㎝桩头的影响。
5.5、旋喷废浆应予以充分利用，施工过长中可在相邻桩之间开挖一定深度的浆液存贮沟（沟宽0.6～0.8米，深0.8～1.0米），待浆液凝固后形成具有一定强度的桩间横系梁，以增强各桩间共同作用，提高地基承载力。施工中控制冒浆量小于注浆量的20％，超过20％或完全不冒浆应查明原因，采取措施。
5.6、成桩28d后，可开始基槽开挖，凿除50㎝软桩头，桩头凿除后桩长不得小于设计桩长。
5.7、提钻喷浆的速度控制，控制好旋喷速度，保证不大于25cm/min且稳定，灌浆管分段搭接的长度不得小于10cm。底部时应适当加大压力保证底部桩头大于设计，顶部时应重复提钻喷浆一次保证桩头的完整。
5.8、提升旋喷过程中确保压力达到设计要求，不小于20Mpa，使足够的水泥浆压入土体，钻杆旋转速度再规定范围内，20~25r/min，确保桩体的均匀性和整体性及强度。
6、结语
实践表明，采用高压旋喷桩技术进行软土地基加固的效果是显著的，它具有加固体强度高、加固质量均匀、施工操作简便、占地高度小等特点，可用于处理加固淤泥质土、粉土、粘土等软土地基，适用于场地狭窄、不宜进驻大型机械设备等场合，可有效地减少地基总沉降量和不均匀沉降，地基处理效果明显。
参考文献:
[1] 叶书麟. 地基处理工程实例应用手册[M].北京：中国建筑工业出版社，1983，3
[2] 程云朋. 高压旋喷桩在地基加固中的应用探讨[J]. 山西建筑，2007
[3] 李 兵. 高压旋喷桩施工技术[J]. 甘肃科技，2005
