石拱橋橋拱壓力注漿加固方法
【專利摘要】為解決現有技術石拱橋橋拱加固方式存在的需要斷道施工，只能治標，不能治本等問題，本發明提出一種石拱橋橋拱壓力注漿加固方法。本發明石拱橋橋拱壓力注漿加固方法，根據石拱橋現狀及拱上填料的病害情況進行建模分析；計算土體最大容許注漿壓力、壓力注漿液擴散半徑和漿液注入量；確定壓力注漿孔洞的橫向、縱向之間間距和數量，鉆孔并清洗孔洞；根據計算求得的注漿壓力和漿液注入量按順序進行注漿并養護。本發明石拱橋橋拱壓力注漿加固方法的有益技術效果是不需要斷道施工，從根本上加固石拱橋拱上填料，實現了拱上填料的長期穩定。并且，能夠減少了后期拱上填料病害發生，具有使用范圍廣，施工安全、高效的特點。
【專利說明】石拱橋橋拱壓力注漿加固方法 發明領域
[0001]本發明涉及到石拱橋橋拱加固技術，特別涉及到一種石拱橋橋拱壓力注漿加固方 法。
【背景技術】
[0002] 我國交通建設經過最近幾十年的迅猛發展，已經得到了大的改觀，公路等級、橋梁 結構形式與功能都趨于完善；經過高速的發展后，我國交通事業的核心將由大力修建，向加 固維修養護方面發展；特別是以前依照舊規范或沒有規范下修建的石拱橋，這類橋梁由于 設計荷載等級偏低，已經不能滿足現階段交通通行的要求。石拱橋是非常古老的橋型，同時 也是現階段省縣鄉道上最主要的橋型之一，由于現在省縣鄉道上面的車流量增加，超載車、 大車增多等因素，加劇了石拱橋病害的產生；同時隨著服役年限的增長，石拱橋的病害也越 來越突出，需要處理的石拱橋也越來越多；以重慶為例，重慶現有石拱橋3800多座，其中存 在病害的占70%以上，而石拱橋的破壞帶有很大的突發性，給橋梁的安全帶來很大的威脅； 如果對這些橋進行拆除重建，不僅要耗費巨大的人力、物力、財力，還需要中斷交通，這對經 濟的影響則不可估量。那么為了保證石拱橋安全運營，避免橋梁安全事故發生，對石拱橋進 行加固維修技術的研究已經刻不容緩。
[0003] 現階段對石拱橋的加固方法有很多，主要是分為拱橋上部結構加固與下部結構加 固；上部結構加固方法主要有：①增大主拱圈截面加固法；②粘貼加固法；③調整主拱圈內 力加固法；④改變結構體系加固法；⑤外部預應力加固法；⑥減輕拱上建筑重量加固法等 方法；下部結構加固法主要有：①擴大基礎加固法；②旋噴加固法；③補樁加固法；④鋼筋 混凝土套箍或護套加固法；⑤支撐加固法；⑥增建輔助擋土墻加固法；⑦橋臺拉桿技術加 固法等方法；這些方法都能夠很好的對石拱橋進行加固處理，使石拱橋的壽命和服務性得 以延續。現在由于重車和超載車輛增多，私家車輛也日益增加，使道路的壓力越來越大，這 些因素容易造成石拱橋橋面鋪裝破壞；鋪裝層的破損使水很容易進入到拱上填料內部，使 填料發生濕陷現象，加劇了填料的變形和鋪裝層的破壞。要對這些病害進行根本處治，就必 須從病害的內部著手，更換拱上填料，使橋梁承載力達到新規范要求。然而，更換填料就需 要斷道施工，給施工增加了難度。因此，大都采用表層處理的方式進行加固，比如更換橋面 鋪裝層，加厚橋面鋪裝層等；而這些處理方式只能做到"治標"，但不能"治本"，過不了多久 橋面鋪裝又破損，影響車輛的通行和橋梁安全。顯然，現有技術石拱橋橋拱加固方式存在著 需要斷道施工，只能治標，不能治本等問題。
【發明內容】
[0004] 為解決現有技術石拱橋橋拱加固方式存在的需要斷道施工，只能治標，不能治本 等問題，本發明提出一種石拱橋橋拱壓力注漿加固方法。本發明石拱橋橋拱壓力注漿加固 方法，根據石拱橋現狀及拱上填料的病害情況進行建模分析；計算土體最大容許注漿壓力、 壓力注漿液擴散半徑和漿液注入量；確定壓力注漿孔洞的橫向、縱向之間間距和數量，鉆孔 并清洗孔洞；根據計算求得的注漿壓力和漿液注入量按順序進行注漿并養護。
[0005] 進一步的，本發明石拱橋橋拱壓力注漿加固方法，根據石拱橋現狀及拱上填料的 病害情況建模分析，包括，獲取石拱橋的構造形式和具體尺寸，以及拱上填料的病害情況； 通過建立模型分析石拱橋現有狀態情況下的受力狀態，求得石拱橋富裕承載力；在拱上填 料進行鉆孔取樣并通過試驗確定石拱橋拱上填料的滲透系數K、孔隙率η和土體重度Y。
[0006] 進一步的，本發明石拱橋橋拱壓力注漿加固方法，計算土體最大容許注漿壓力、壓 力注漿液擴散半徑和漿液注入量，包括，
[0007] 根據公式P=PQ+CXmXλXH求得土體最大容許注漿壓力P，式中，C為與注漿孔 序有關的系數，由注漿次序確定，單位為無量綱常數;m與注漿方式有關的系數，由注漿方 式確定，單位為無量綱常數；λ為土體滲透性確定系數，單位為無量綱常數；H為注漿孔深 度，單位為m 為初始土體注漿壓力容許值，單位為Pa;
[0008] 根據公式i? = 1.54確定壓力注漿液擴散半徑R;式中，K為拱上填料的滲透 \?αβη 系數，單位為cm/s;t為注楽時間,單位為s;h為注楽壓力水頭高度,單位為cm;r為注楽管 道半徑，單位為cm;β為楽液粘度與水粘度之比；α為有效空隙充填系數，取值為0.9? 1. 0 ；
[0009] 根據公式Q=fXAXHXnXα求得每孔漿液的注入量Q，單位為m3 ;式中，f為漿 液的損耗系數;A為楽液有效擴散面積，單位為m2 ;H為注楽孔深度,單位為m;n為拱上填 料孔隙率；α為有效空隙充填系數，取值為0. 9?I. 0 ;結合注漿孔數量和深度計算得到石 拱橋拱上填料注漿總數量。
[0010] 進一步的，本發明石拱橋橋拱壓力注漿加固方法，包括以下步驟：
[0011] S1、獲取石拱橋的構造形式和具體尺寸，以及拱上填料的病害情況；
[0012] S2、通過建立模型分析石拱橋現有狀態情況下的受力狀態，求得石拱橋富裕承載 力；
[0013] S3、在拱上填料進行鉆孔取樣并通過試驗確定石拱橋拱上填料的滲透系數Κ、孔隙 率η和土體重度γ;
[0014] S4、根據公式P=PQ+CXmXλXH求得土體最大容許注漿壓力Ρ，式中，C為與注 漿孔序有關的系數，由注漿次序確定，單位為無量綱常數;m與注漿方式有關的系數，由注 漿方式確定，單位為無量綱常數；λ為土體滲透性確定系數，單位為無量綱常數；H為注漿 孔深度，單位為mA為初始土體注漿壓力容許值，單位為Pa;
[0015] S5、根據公式i? = 1.54丨1^確定壓力注漿液擴散半徑R;式中，K為拱上填料的滲 )αβη 透系數，單位為cm/s;t為注楽時間,單位為s;h為注楽壓力水頭高度,單位為cm;r為注楽 管道半徑,單位為cm;β為楽液粘度與水粘度之比；α為有效空隙充填系數，取值為〇. 9? 1. 0 ；
[0016] S6、根據公式Q=fXAXHXnXα求得每孔漿液的注入量Q，單位為m3 ;式中，f為 楽液的損耗系數；A為楽液有效擴散面積，單位為m2 ;H為注楽孔深度,單位為m;n為拱上 填料孔隙率；α為有效空隙充填系數，取值為0. 9?I. 0 ;結合注漿孔數量和深度計算得到 石拱橋拱上填料注漿總數量；
[0017] S7、根據S5確定壓力注漿液擴散半徑，通過壓力注漿液擴散半徑R確定壓力注漿 孔洞的橫向、縱向之間間距和數量；注漿孔橫向間距取I.OR?I. 5R，縱向間距取I. 5R? 2.OR;注漿孔洞數量根據Sl調查得到的橋梁尺寸確定；
[0018]S8、根據確定距離按照梅花形式排列鉆孔并進行鉆孔施工，所述梅花形式是指兩 兩列之間行交錯排列的排列形式；
[0019]S9、壓力注漿，注漿順序從拱腳向拱頂方向兩邊同時進行；采用相互交錯方式幾排 孔洞同時注漿；當注漿壓力達到最大容許注漿壓力P，或吸漿量< 0. 5L/min時，通過孔口回 流穩壓lOmin，即可停止注漿；所述相互交錯方式是指第一組注漿時左右、前后方向均間隔 一個孔進行注漿，第二組注漿時以第一組注漿的中心孔為起始，左右、前后方向均間隔一個 孔進行注漿，第三組注漿時以第一組注漿間隔的孔進行注漿，第四組注漿時以第二組注漿 間隔的孔進行注漿；
[0020]S10、對漿液進行養護，并采用鉆孔取芯的檢測方式對注漿效果進行檢測。
[0021] 本發明石拱橋橋拱壓力注漿加固方法的有益技術效果是不需要斷道施工，從根本 上加固石拱橋拱上填料，實現了拱上填料的長期穩定。并且，能夠減少了后期拱上填料病害 發生，具有使用范圍廣，施工安全、高效的特點。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0022] 附圖1是本發明石拱橋橋拱壓力注漿加固方法的步驟示意圖；
[0023] 附圖2是本發明石拱橋注漿孔洞的正視示意圖；
[0024] 附圖3是本發明石拱橋注漿孔洞的俯視示意圖；
[0025] 附圖4是本發明相互交錯方式注漿的示意圖。
[0026] 下面結合附圖及具體實施例對本發明石拱橋橋拱壓力注漿加固方法作進一步的 說明。
【具體實施方式】
[0027] 本發明石拱橋橋拱壓力注漿加固方法，根據石拱橋現狀及拱上填料的病害情況進 行建模分析；計算土體最大容許注漿壓力、壓力注漿液擴散半徑和漿液注入量；確定壓力 注漿孔洞的橫向、縱向之間間距和數量，鉆孔并清洗孔洞；根據計算求得的注漿壓力和漿液 注入量按順序進行注漿并養護。
[0028] 作為具體實施例，根據石拱橋現狀及拱上填料的病害情況建模分析，包括，獲取石 拱橋的構造形式和具體尺寸，以及拱上填料的病害情況；通過建立模型分析石拱橋現有狀 態情況下的受力狀態，求得石拱橋富裕承載力；在拱上填料進行鉆孔取樣并通過試驗確定 石拱橋拱上填料的滲透系數K、孔隙率η和土體重度Y。并且，
[0029]根據公式P=PdCXmXλXH求得土體最大容許注漿壓力P，式中，C為與注漿孔 序有關的系數，由注漿次序確定，單位為無量綱常數;m與注漿方式有關的系數，由注漿方 式確定，單位為無量綱常數；λ為土體滲透性確定系數，單位為無量綱常數；H為注漿孔深 度，單位為m為初始土體注漿壓力容許值，單位為Pa;
[0030] 根據公式i? = 確定壓力注漿液擴散半徑R;式中，K為拱上填料的滲透 系數，單位為cm/s;t為注楽時間,單位為s;h為注楽壓力水頭高度,單位為cm;r為注楽管 道半徑，單位為cm;β為楽液粘度與水粘度之比；α為有效空隙充填系數，取值為〇. 9? 1. 0 ；
[0031] 根據公式Q=fXAXHXnXα求得每孔漿液的注入量Q，單位為m3 ;式中，f為漿 液的損耗系數;A為楽液有效擴散面積，單位為m2 ;H為注楽孔深度,單位為m;n為拱上填 料孔隙率；α為有效空隙充填系數，取值為0. 9?I. 0 ;結合注漿孔數量和深度計算得到石 拱橋拱上填料注漿總數量。
[0032] 附圖1是本發明石拱橋橋拱壓力注漿加固方法的步驟示意圖，由圖可知，本發明 石拱橋橋拱壓力注漿加固方法，包括以下步驟：
[0033] S1、獲取石拱橋的構造形式和具體尺寸，以及拱上填料的病害情況；
[0034] S2、通過建立模型分析石拱橋現有狀態情況下的受力狀態，求得石拱橋富裕承載 力；
[0035] S3、在拱上填料進行鉆孔取樣并通過試驗確定石拱橋拱上填料的滲透系數Κ、孔隙 率η和土體重度γ;
[0036] S4、根據公式P=PQ+CXmXλXH求得土體最大容許注漿壓力Ρ，式中，C為與注 漿孔序有關的系數，由注漿次序確定，單位為無量綱常數;m與注漿方式有關的系數，由注 漿方式確定，單位為無量綱常數；λ為土體滲透性確定系數，單位為無量綱常數；H為注漿 孔深度，單位為mA為初始土體注漿壓力容許值，單位為Pa;
[0037] S5、根據公式i? = 確定壓力注漿液擴散半徑R;式中，K為拱上填料的滲 透系數，單位為cm/s;t為注楽時間,單位為s;h為注楽壓力水頭高度,單位為cm;r為注楽 管道半徑,單位為cm;β為楽液粘度與水粘度之比；α為有效空隙充填系數，取值為〇. 9? 1. 0 ；
[0038] S6、根據公式Q=fXAXHXnXα求得每孔漿液的注入量Q，單位為m3 ;式中，f為 楽液的損耗系數；A為楽液有效擴散面積，單位為m2 ;H為注楽孔深度,單位為m;n為拱上 填料孔隙率；α為有效空隙充填系數，取值為0. 9?I. 0 ;結合注漿孔數量和深度計算得到 石拱橋拱上填料注漿總數量；
[0039] S7、根據S5確定壓力注漿液擴散半徑，通過壓力注漿液擴散半徑R確定壓力注漿 孔洞的橫向、縱向之間間距和數量；注漿孔橫向間距取I.OR?I. 5R，縱向間距取I. 5R? 2.OR;注漿孔洞數量根據Sl調查得到的橋梁尺寸確定；
[0040] S8、根據確定距離按照梅花形式排列鉆孔并進行鉆孔施工，所述梅花形式是指兩 兩列之間行交錯排列的排列形式；如附圖2、3所示，圖中，1為橋墩，2為主橋拱，3為拱上填 料，4為注楽孔；
[0041] S9、壓力注漿，注漿順序從拱腳向拱頂方向兩邊同時進行；采用相互交錯方式幾排 孔洞同時注漿（如附圖4所示）；當注漿壓力達到最大容許注漿壓力Ρ，或吸漿量<0· 5L/ min時，通過孔口回流穩壓lOmin，即可停止注漿；所述相互交錯方式是指第一組注漿時左 右、前后方向均間隔一個孔進行注漿，第二組注漿時以第一組注漿的中心孔為起始，左右、 前后方向均間隔一個孔進行注漿，第三組注漿時以第一組注漿間隔的孔進行注漿，第四組 注漿時以第二組注漿間隔的孔進行注漿；
[0042] S10、對漿液進行養護，并采用鉆孔取芯的檢測方式對注漿效果進行檢測。
[0043] 顯然，本發明石拱橋橋拱壓力注漿加固方法的有益技術效果是不需要斷道施工， 從根本上加固石拱橋拱上填料，實現了拱上填料的長期穩定。并且，能夠減少了后期拱上填 料病害發生，具有使用范圍廣，施工安全、高效的特點。
【權利要求】
1. 一種石拱橋橋拱壓力注漿加固方法，其特征在于，根據石拱橋現狀及拱上填料的病 害情況進行建模分析；計算土體最大容許注漿壓力、壓力注漿液擴散半徑和漿液注入量； 確定壓力注漿孔洞的橫向、縱向之間間距和數量，鉆孔并清洗孔洞；根據計算求得的注漿壓 力和漿液注入量按順序進行注漿并養護。
2. 根據權利要求1所述石拱橋橋拱壓力注漿加固方法，其特征在于，根據石拱橋現狀 及拱上填料的病害情況建模分析，包括，獲取石拱橋的構造形式和具體尺寸，以及拱上填料 的病害情況；通過建立模型分析石拱橋現有狀態情況下的受力狀態，求得石拱橋富裕承載 力；在拱上填料進行鉆孔取樣并通過試驗確定石拱橋拱上填料的滲透系數K、孔隙率n和土 體重度Y。
3. 根據權利要求1所述石拱橋橋拱壓力注漿加固方法，其特征在于，計算土體最大容 許注漿壓力、壓力注漿液擴散半徑和漿液注入量，包括， 根據公式P=PfCXmX入XH求得土體最大容許注漿壓力P，式中，C為與注漿孔序有 關的系數，由注漿次序確定，單位為無量綱常數；m與注漿方式有關的系數，由注漿方式確 定，單位為無量綱常數；A為土體滲透性確定系數，單位為無量綱常數；H為注漿孔深度，單 位為m為初始土體注漿壓力容許值，單位為Pa; 根據公式
確定壓力注漿液擴散半徑R;式中，K為拱上填料的滲透系數， 單位為cm/s;t為注楽時間,單位為s;h為注楽壓力水頭高度,單位為cm;r為注楽管道半 徑，單位為cm;P為楽液粘度與水粘度之比；a為有效空隙充填系數，取值為〇. 9?1. 0 ; 根據公式Q=fXAXHXnXa求得每孔漿液的注入量Q，單位為m3;式中，f?為漿液的 損耗系數;A為漿液有效擴散面積，單位為m2 ;H為注漿孔深度，單位為m;n為拱上填料孔 隙率；a為有效空隙充填系數，取值為0. 9?1. 0 ;結合注漿孔數量和深度計算得到石拱橋 拱上填料注漿總數量。
4. 根據權利要求1所述石拱橋橋拱壓力注漿加固方法，其特征在于，該方法包括以下 步驟： 51、 獲取石拱橋的構造形式和具體尺寸，以及拱上填料的病害情況； 52、 通過建立模型分析石拱橋現有狀態情況下的受力狀態，求得石拱橋富裕承載力； 53、 在拱上填料進行鉆孔取樣并通過試驗確定石拱橋拱上填料的滲透系數K、孔隙率n 和土體重度Y; 54、 根據公式PiPfCXmX入XH求得土體最大容許注漿壓力P，式中，C為與注漿孔序 有關的系數，由注漿次序確定，單位為無量綱常數;m與注漿方式有關的系數，由注漿方式 確定，單位為無量綱常數；A為土體滲透性確定系數，單位為無量綱常數；H為注漿孔深度， 單位為m為初始土體注漿壓力容許值，單位為Pa; 55、 根據公式
確定壓力注漿液擴散半徑R;式中，K為拱上填料的滲透系 數，單位為cm/s;t為注楽時間，單位為s;h為注楽壓力水頭高度,單位為cm;r為注楽管 道半徑，單位為cm;P為楽液粘度與水粘度之比；a為有效空隙充填系數，取值為〇. 9? 1. 0 ； 56、 根據公式Q=fXAXHXnXa求得每孔漿液的注入量Q，單位為m3 ;式中，f為漿 液的損耗系數;A為楽液有效擴散面積，單位為m2 ;H為注楽孔深度,單位為m;n為拱上填 料孔隙率；a為有效空隙充填系數，取值為0. 9?1. 0 ;結合注漿孔數量和深度計算得到石 拱橋拱上填料注漿總數量； 57、 根據S5確定壓力注漿液擴散半徑，通過壓力注漿液擴散半徑R確定壓力注漿孔洞 的橫向、縱向之間間距和數量；注漿孔橫向間距取1. 0R?1. 5R，縱向間距取1. 5R?2. 0R; 注漿孔洞數量根據S1調查得到的橋梁尺寸確定； 58、 根據確定距離按照梅花形式排列鉆孔并進行鉆孔施工，所述梅花形式是指兩兩列 之間行交錯排列的排列形式； 59、 壓力注漿，注漿順序從拱腳向拱頂方向兩邊同時進行；采用相互交錯方式幾排孔洞 同時注漿；當注漿壓力達到最大容許注漿壓力P，或吸漿量< 0. 5L/min時，通過孔口回流穩 壓lOmin，即可停止注漿；所述相互交錯方式是指第一組注漿時左右、前后方向均間隔一個 孔進行注漿，第二組注漿時以第一組注漿的中心孔為起始，左右、前后方向均間隔一個孔進 行注漿，第三組注漿時以第一組注漿間隔的孔進行注漿，第四組注漿時以第二組注漿間隔 的孔進行注漿； S10、對漿液進行養護，并采用鉆孔取芯的檢測方式對注漿效果進行檢測。
【文檔編號】E01D4/00GK104404891SQ201410775987
【公開日】2015年3月11日 申請日期:2014年12月15日 優先權日:2014年12月15日
【發明者】楊建喜, 高凱, 劉路, 錢理章, 李夏輝, 龔垚 申請人:重慶交通大學