石拱桥桥拱压力注浆加固方法
【专利摘要】为解决现有技术石拱桥桥拱加固方式存在的需要断道施工，只能治标，不能治本等问题，本发明提出一种石拱桥桥拱压力注浆加固方法。本发明石拱桥桥拱压力注浆加固方法，根据石拱桥现状及拱上填料的病害情况进行建模分析；计算土体最大容许注浆压力、压力注浆液扩散半径和浆液注入量；确定压力注浆孔洞的横向、纵向之间间距和数量，钻孔并清洗孔洞；根据计算求得的注浆压力和浆液注入量按顺序进行注浆并养护。本发明石拱桥桥拱压力注浆加固方法的有益技术效果是不需要断道施工，从根本上加固石拱桥拱上填料，实现了拱上填料的长期稳定。并且，能够减少了后期拱上填料病害发生，具有使用范围广，施工安全、高效的特点。
【专利说明】石拱桥桥拱压力注浆加固方法 发明领域
[0001]本发明涉及到石拱桥桥拱加固技术，特别涉及到一种石拱桥桥拱压力注浆加固方 法。
【背景技术】
[0002] 我国交通建设经过最近几十年的迅猛发展，已经得到了大的改观，公路等级、桥梁 结构形式与功能都趋于完善；经过高速的发展后，我国交通事业的核心将由大力修建，向加 固维修养护方面发展；特别是以前依照旧规范或没有规范下修建的石拱桥，这类桥梁由于 设计荷载等级偏低，已经不能满足现阶段交通通行的要求。石拱桥是非常古老的桥型，同时 也是现阶段省县乡道上最主要的桥型之一，由于现在省县乡道上面的车流量增加，超载车、 大车增多等因素，加剧了石拱桥病害的产生；同时随着服役年限的增长，石拱桥的病害也越 来越突出，需要处理的石拱桥也越来越多；以重庆为例，重庆现有石拱桥3800多座，其中存 在病害的占70%以上，而石拱桥的破坏带有很大的突发性，给桥梁的安全带来很大的威胁； 如果对这些桥进行拆除重建，不仅要耗费巨大的人力、物力、财力，还需要中断交通，这对经 济的影响则不可估量。那么为了保证石拱桥安全运营，避免桥梁安全事故发生，对石拱桥进 行加固维修技术的研究已经刻不容缓。
[0003] 现阶段对石拱桥的加固方法有很多，主要是分为拱桥上部结构加固与下部结构加 固；上部结构加固方法主要有：①增大主拱圈截面加固法；②粘贴加固法；③调整主拱圈内 力加固法；④改变结构体系加固法；⑤外部预应力加固法；⑥减轻拱上建筑重量加固法等 方法；下部结构加固法主要有：①扩大基础加固法；②旋喷加固法；③补桩加固法；④钢筋 混凝土套箍或护套加固法；⑤支撑加固法；⑥增建辅助挡土墙加固法；⑦桥台拉杆技术加 固法等方法；这些方法都能够很好的对石拱桥进行加固处理，使石拱桥的寿命和服务性得 以延续。现在由于重车和超载车辆增多，私家车辆也日益增加，使道路的压力越来越大，这 些因素容易造成石拱桥桥面铺装破坏；铺装层的破损使水很容易进入到拱上填料内部，使 填料发生湿陷现象，加剧了填料的变形和铺装层的破坏。要对这些病害进行根本处治，就必 须从病害的内部着手，更换拱上填料，使桥梁承载力达到新规范要求。然而，更换填料就需 要断道施工，给施工增加了难度。因此，大都采用表层处理的方式进行加固，比如更换桥面 铺装层，加厚桥面铺装层等；而这些处理方式只能做到"治标"，但不能"治本"，过不了多久 桥面铺装又破损，影响车辆的通行和桥梁安全。显然，现有技术石拱桥桥拱加固方式存在着 需要断道施工，只能治标，不能治本等问题。
【发明内容】
[0004] 为解决现有技术石拱桥桥拱加固方式存在的需要断道施工，只能治标，不能治本 等问题，本发明提出一种石拱桥桥拱压力注浆加固方法。本发明石拱桥桥拱压力注浆加固 方法，根据石拱桥现状及拱上填料的病害情况进行建模分析；计算土体最大容许注浆压力、 压力注浆液扩散半径和浆液注入量；确定压力注浆孔洞的横向、纵向之间间距和数量，钻孔 并清洗孔洞；根据计算求得的注浆压力和浆液注入量按顺序进行注浆并养护。
[0005] 进一步的，本发明石拱桥桥拱压力注浆加固方法，根据石拱桥现状及拱上填料的 病害情况建模分析，包括，获取石拱桥的构造形式和具体尺寸，以及拱上填料的病害情况； 通过建立模型分析石拱桥现有状态情况下的受力状态，求得石拱桥富裕承载力；在拱上填 料进行钻孔取样并通过试验确定石拱桥拱上填料的渗透系数K、孔隙率η和土体重度Y。
[0006] 进一步的，本发明石拱桥桥拱压力注浆加固方法，计算土体最大容许注浆压力、压 力注浆液扩散半径和浆液注入量，包括，
[0007] 根据公式P=PQ+CXmXλXH求得土体最大容许注浆压力P，式中，C为与注浆孔 序有关的系数，由注浆次序确定，单位为无量纲常数;m与注浆方式有关的系数，由注浆方 式确定，单位为无量纲常数；λ为土体渗透性确定系数，单位为无量纲常数；H为注浆孔深 度，单位为m 为初始土体注浆压力容许值，单位为Pa;
[0008] 根据公式i? = 1.54确定压力注浆液扩散半径R;式中，K为拱上填料的渗透 \?αβη 系数，单位为cm/s;t为注楽时间,单位为s;h为注楽压力水头高度,单位为cm;r为注楽管 道半径，单位为cm;β为楽液粘度与水粘度之比；α为有效空隙充填系数，取值为0.9? 1. 0 ；
[0009] 根据公式Q=fXAXHXnXα求得每孔浆液的注入量Q，单位为m3 ;式中，f为浆 液的损耗系数;A为楽液有效扩散面积，单位为m2 ;H为注楽孔深度,单位为m;n为拱上填 料孔隙率；α为有效空隙充填系数，取值为0. 9?I. 0 ;结合注浆孔数量和深度计算得到石 拱桥拱上填料注浆总数量。
[0010] 进一步的，本发明石拱桥桥拱压力注浆加固方法，包括以下步骤：
[0011] S1、获取石拱桥的构造形式和具体尺寸，以及拱上填料的病害情况；
[0012] S2、通过建立模型分析石拱桥现有状态情况下的受力状态，求得石拱桥富裕承载 力；
[0013] S3、在拱上填料进行钻孔取样并通过试验确定石拱桥拱上填料的渗透系数Κ、孔隙 率η和土体重度γ;
[0014] S4、根据公式P=PQ+CXmXλXH求得土体最大容许注浆压力Ρ，式中，C为与注 浆孔序有关的系数，由注浆次序确定，单位为无量纲常数;m与注浆方式有关的系数，由注 浆方式确定，单位为无量纲常数；λ为土体渗透性确定系数，单位为无量纲常数；H为注浆 孔深度，单位为mA为初始土体注浆压力容许值，单位为Pa;
[0015] S5、根据公式i? = 1.54丨1^确定压力注浆液扩散半径R;式中，K为拱上填料的渗 )αβη 透系数，单位为cm/s;t为注楽时间,单位为s;h为注楽压力水头高度,单位为cm;r为注楽 管道半径,单位为cm;β为楽液粘度与水粘度之比；α为有效空隙充填系数，取值为〇. 9? 1. 0 ；
[0016] S6、根据公式Q=fXAXHXnXα求得每孔浆液的注入量Q，单位为m3 ;式中，f为 楽液的损耗系数；A为楽液有效扩散面积，单位为m2 ;H为注楽孔深度,单位为m;n为拱上 填料孔隙率；α为有效空隙充填系数，取值为0. 9?I. 0 ;结合注浆孔数量和深度计算得到 石拱桥拱上填料注浆总数量；
[0017] S7、根据S5确定压力注浆液扩散半径，通过压力注浆液扩散半径R确定压力注浆 孔洞的横向、纵向之间间距和数量；注浆孔横向间距取I.OR?I. 5R，纵向间距取I. 5R? 2.OR;注浆孔洞数量根据Sl调查得到的桥梁尺寸确定；
[0018]S8、根据确定距离按照梅花形式排列钻孔并进行钻孔施工，所述梅花形式是指两 两列之间行交错排列的排列形式；
[0019]S9、压力注浆，注浆顺序从拱脚向拱顶方向两边同时进行；采用相互交错方式几排 孔洞同时注浆；当注浆压力达到最大容许注浆压力P，或吸浆量< 0. 5L/min时，通过孔口回 流稳压lOmin，即可停止注浆；所述相互交错方式是指第一组注浆时左右、前后方向均间隔 一个孔进行注浆，第二组注浆时以第一组注浆的中心孔为起始，左右、前后方向均间隔一个 孔进行注浆，第三组注浆时以第一组注浆间隔的孔进行注浆，第四组注浆时以第二组注浆 间隔的孔进行注浆；
[0020]S10、对浆液进行养护，并采用钻孔取芯的检测方式对注浆效果进行检测。
[0021] 本发明石拱桥桥拱压力注浆加固方法的有益技术效果是不需要断道施工，从根本 上加固石拱桥拱上填料，实现了拱上填料的长期稳定。并且，能够减少了后期拱上填料病害 发生，具有使用范围广，施工安全、高效的特点。
【专利附图】
【附图说明】
[0022] 附图1是本发明石拱桥桥拱压力注浆加固方法的步骤示意图；
[0023] 附图2是本发明石拱桥注浆孔洞的正视示意图；
[0024] 附图3是本发明石拱桥注浆孔洞的俯视示意图；
[0025] 附图4是本发明相互交错方式注浆的示意图。
[0026] 下面结合附图及具体实施例对本发明石拱桥桥拱压力注浆加固方法作进一步的 说明。
【具体实施方式】
[0027] 本发明石拱桥桥拱压力注浆加固方法，根据石拱桥现状及拱上填料的病害情况进 行建模分析；计算土体最大容许注浆压力、压力注浆液扩散半径和浆液注入量；确定压力 注浆孔洞的横向、纵向之间间距和数量，钻孔并清洗孔洞；根据计算求得的注浆压力和浆液 注入量按顺序进行注浆并养护。
[0028] 作为具体实施例，根据石拱桥现状及拱上填料的病害情况建模分析，包括，获取石 拱桥的构造形式和具体尺寸，以及拱上填料的病害情况；通过建立模型分析石拱桥现有状 态情况下的受力状态，求得石拱桥富裕承载力；在拱上填料进行钻孔取样并通过试验确定 石拱桥拱上填料的渗透系数K、孔隙率η和土体重度Y。并且，
[0029]根据公式P=PdCXmXλXH求得土体最大容许注浆压力P，式中，C为与注浆孔 序有关的系数，由注浆次序确定，单位为无量纲常数;m与注浆方式有关的系数，由注浆方 式确定，单位为无量纲常数；λ为土体渗透性确定系数，单位为无量纲常数；H为注浆孔深 度，单位为m为初始土体注浆压力容许值，单位为Pa;
[0030] 根据公式i? = 确定压力注浆液扩散半径R;式中，K为拱上填料的渗透 系数，单位为cm/s;t为注楽时间,单位为s;h为注楽压力水头高度,单位为cm;r为注楽管 道半径，单位为cm;β为楽液粘度与水粘度之比；α为有效空隙充填系数，取值为〇. 9? 1. 0 ；
[0031] 根据公式Q=fXAXHXnXα求得每孔浆液的注入量Q，单位为m3 ;式中，f为浆 液的损耗系数;A为楽液有效扩散面积，单位为m2 ;H为注楽孔深度,单位为m;n为拱上填 料孔隙率；α为有效空隙充填系数，取值为0. 9?I. 0 ;结合注浆孔数量和深度计算得到石 拱桥拱上填料注浆总数量。
[0032] 附图1是本发明石拱桥桥拱压力注浆加固方法的步骤示意图，由图可知，本发明 石拱桥桥拱压力注浆加固方法，包括以下步骤：
[0033] S1、获取石拱桥的构造形式和具体尺寸，以及拱上填料的病害情况；
[0034] S2、通过建立模型分析石拱桥现有状态情况下的受力状态，求得石拱桥富裕承载 力；
[0035] S3、在拱上填料进行钻孔取样并通过试验确定石拱桥拱上填料的渗透系数Κ、孔隙 率η和土体重度γ;
[0036] S4、根据公式P=PQ+CXmXλXH求得土体最大容许注浆压力Ρ，式中，C为与注 浆孔序有关的系数，由注浆次序确定，单位为无量纲常数;m与注浆方式有关的系数，由注 浆方式确定，单位为无量纲常数；λ为土体渗透性确定系数，单位为无量纲常数；H为注浆 孔深度，单位为mA为初始土体注浆压力容许值，单位为Pa;
[0037] S5、根据公式i? = 确定压力注浆液扩散半径R;式中，K为拱上填料的渗 透系数，单位为cm/s;t为注楽时间,单位为s;h为注楽压力水头高度,单位为cm;r为注楽 管道半径,单位为cm;β为楽液粘度与水粘度之比；α为有效空隙充填系数，取值为〇. 9? 1. 0 ；
[0038] S6、根据公式Q=fXAXHXnXα求得每孔浆液的注入量Q，单位为m3 ;式中，f为 楽液的损耗系数；A为楽液有效扩散面积，单位为m2 ;H为注楽孔深度,单位为m;n为拱上 填料孔隙率；α为有效空隙充填系数，取值为0. 9?I. 0 ;结合注浆孔数量和深度计算得到 石拱桥拱上填料注浆总数量；
[0039] S7、根据S5确定压力注浆液扩散半径，通过压力注浆液扩散半径R确定压力注浆 孔洞的横向、纵向之间间距和数量；注浆孔横向间距取I.OR?I. 5R，纵向间距取I. 5R? 2.OR;注浆孔洞数量根据Sl调查得到的桥梁尺寸确定；
[0040] S8、根据确定距离按照梅花形式排列钻孔并进行钻孔施工，所述梅花形式是指两 两列之间行交错排列的排列形式；如附图2、3所示，图中，1为桥墩，2为主桥拱，3为拱上填 料，4为注楽孔；
[0041] S9、压力注浆，注浆顺序从拱脚向拱顶方向两边同时进行；采用相互交错方式几排 孔洞同时注浆（如附图4所示）；当注浆压力达到最大容许注浆压力Ρ，或吸浆量<0· 5L/ min时，通过孔口回流稳压lOmin，即可停止注浆；所述相互交错方式是指第一组注浆时左 右、前后方向均间隔一个孔进行注浆，第二组注浆时以第一组注浆的中心孔为起始，左右、 前后方向均间隔一个孔进行注浆，第三组注浆时以第一组注浆间隔的孔进行注浆，第四组 注浆时以第二组注浆间隔的孔进行注浆；
[0042] S10、对浆液进行养护，并采用钻孔取芯的检测方式对注浆效果进行检测。
[0043] 显然，本发明石拱桥桥拱压力注浆加固方法的有益技术效果是不需要断道施工， 从根本上加固石拱桥拱上填料，实现了拱上填料的长期稳定。并且，能够减少了后期拱上填 料病害发生，具有使用范围广，施工安全、高效的特点。
【权利要求】
1. 一种石拱桥桥拱压力注浆加固方法，其特征在于，根据石拱桥现状及拱上填料的病 害情况进行建模分析；计算土体最大容许注浆压力、压力注浆液扩散半径和浆液注入量； 确定压力注浆孔洞的横向、纵向之间间距和数量，钻孔并清洗孔洞；根据计算求得的注浆压 力和浆液注入量按顺序进行注浆并养护。
2. 根据权利要求1所述石拱桥桥拱压力注浆加固方法，其特征在于，根据石拱桥现状 及拱上填料的病害情况建模分析，包括，获取石拱桥的构造形式和具体尺寸，以及拱上填料 的病害情况；通过建立模型分析石拱桥现有状态情况下的受力状态，求得石拱桥富裕承载 力；在拱上填料进行钻孔取样并通过试验确定石拱桥拱上填料的渗透系数K、孔隙率n和土 体重度Y。
3. 根据权利要求1所述石拱桥桥拱压力注浆加固方法，其特征在于，计算土体最大容 许注浆压力、压力注浆液扩散半径和浆液注入量，包括， 根据公式P=PfCXmX入XH求得土体最大容许注浆压力P，式中，C为与注浆孔序有 关的系数，由注浆次序确定，单位为无量纲常数；m与注浆方式有关的系数，由注浆方式确 定，单位为无量纲常数；A为土体渗透性确定系数，单位为无量纲常数；H为注浆孔深度，单 位为m为初始土体注浆压力容许值，单位为Pa; 根据公式
确定压力注浆液扩散半径R;式中，K为拱上填料的渗透系数， 单位为cm/s;t为注楽时间,单位为s;h为注楽压力水头高度,单位为cm;r为注楽管道半 径，单位为cm;P为楽液粘度与水粘度之比；a为有效空隙充填系数，取值为〇. 9?1. 0 ; 根据公式Q=fXAXHXnXa求得每孔浆液的注入量Q，单位为m3;式中，f?为浆液的 损耗系数;A为浆液有效扩散面积，单位为m2 ;H为注浆孔深度，单位为m;n为拱上填料孔 隙率；a为有效空隙充填系数，取值为0. 9?1. 0 ;结合注浆孔数量和深度计算得到石拱桥 拱上填料注浆总数量。
4. 根据权利要求1所述石拱桥桥拱压力注浆加固方法，其特征在于，该方法包括以下 步骤： 51、 获取石拱桥的构造形式和具体尺寸，以及拱上填料的病害情况； 52、 通过建立模型分析石拱桥现有状态情况下的受力状态，求得石拱桥富裕承载力； 53、 在拱上填料进行钻孔取样并通过试验确定石拱桥拱上填料的渗透系数K、孔隙率n 和土体重度Y; 54、 根据公式PiPfCXmX入XH求得土体最大容许注浆压力P，式中，C为与注浆孔序 有关的系数，由注浆次序确定，单位为无量纲常数;m与注浆方式有关的系数，由注浆方式 确定，单位为无量纲常数；A为土体渗透性确定系数，单位为无量纲常数；H为注浆孔深度， 单位为m为初始土体注浆压力容许值，单位为Pa; 55、 根据公式
确定压力注浆液扩散半径R;式中，K为拱上填料的渗透系 数，单位为cm/s;t为注楽时间，单位为s;h为注楽压力水头高度,单位为cm;r为注楽管 道半径，单位为cm;P为楽液粘度与水粘度之比；a为有效空隙充填系数，取值为〇. 9? 1. 0 ； 56、 根据公式Q=fXAXHXnXa求得每孔浆液的注入量Q，单位为m3 ;式中，f为浆 液的损耗系数;A为楽液有效扩散面积，单位为m2 ;H为注楽孔深度,单位为m;n为拱上填 料孔隙率；a为有效空隙充填系数，取值为0. 9?1. 0 ;结合注浆孔数量和深度计算得到石 拱桥拱上填料注浆总数量； 57、 根据S5确定压力注浆液扩散半径，通过压力注浆液扩散半径R确定压力注浆孔洞 的横向、纵向之间间距和数量；注浆孔横向间距取1. 0R?1. 5R，纵向间距取1. 5R?2. 0R; 注浆孔洞数量根据S1调查得到的桥梁尺寸确定； 58、 根据确定距离按照梅花形式排列钻孔并进行钻孔施工，所述梅花形式是指两两列 之间行交错排列的排列形式； 59、 压力注浆，注浆顺序从拱脚向拱顶方向两边同时进行；采用相互交错方式几排孔洞 同时注浆；当注浆压力达到最大容许注浆压力P，或吸浆量< 0. 5L/min时，通过孔口回流稳 压lOmin，即可停止注浆；所述相互交错方式是指第一组注浆时左右、前后方向均间隔一个 孔进行注浆，第二组注浆时以第一组注浆的中心孔为起始，左右、前后方向均间隔一个孔进 行注浆，第三组注浆时以第一组注浆间隔的孔进行注浆，第四组注浆时以第二组注浆间隔 的孔进行注浆； S10、对浆液进行养护，并采用钻孔取芯的检测方式对注浆效果进行检测。
【文档编号】E01D4/00GK104404891SQ201410775987
【公开日】2015年3月11日 申请日期:2014年12月15日 优先权日:2014年12月15日
【发明者】杨建喜, 高凯, 刘路, 钱理章, 李夏辉, 龚垚 申请人:重庆交通大学