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摘要：介紹武廣客運(yùn)專(zhuān)線厚覆蓋型巖溶路基注漿加固工程施工情況，主要內(nèi)容有注漿工藝的選擇、注漿參數(shù)的選定和注漿效果檢測(cè)的方法，并針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)出現(xiàn)的各種問(wèn)題列舉了部分特殊施工工藝和方法。...

巖溶地基施工技木及注漿參數(shù)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)選取

王  杰，文江泉，鄒維勇

(西南交通大學(xué)土木工程學(xué)院，四川成都610031)

    隨著高速鐵路的發(fā)展，越來(lái)越多的鐵路穿越巖溶地區(qū)。巖溶作為復(fù)雜并且可形成極大危害的不良地質(zhì)，越來(lái)越受到人們的關(guān)注。巖溶引起的鐵路路基塌陷，將嚴(yán)重影響路基的穩(wěn)定性，給鐵路運(yùn)營(yíng)帶來(lái)重大的安全影患，甚至危及人民生命財(cái)產(chǎn)安全。因此，加強(qiáng)巖溶地基處理有著重大的技術(shù)價(jià)值和經(jīng)濟(jì)意義。

1.工程地質(zhì)及概況

    本工程位于廣州省英德市境內(nèi)，里程為DK2056+400一DK2061+200，線路總長(zhǎng)4.8km。該段主要為丘間斜坡和北江河流階地，覆蓋層厚l0～45m，為硬塑狀粉質(zhì)黏土、卵石土、碎石土，下伏基巖為灰?guī)r，含方解石，弱風(fēng)化，節(jié)理裂隙發(fā)育，巖溶發(fā)育，多為垂直方向，且發(fā)育深度在10m以下。溶洞大小不一，最大3.8m，一般0.3—1.7m，溶蝕現(xiàn)象嚴(yán)重.溶洞、溶溝、溶槽一般充填或半充填軟塑狀粉質(zhì)黏土，少量為空洞。地下水埋深1.10m，卵石土、碎石土第四系孔隙潛水發(fā)育、基巖裂隙水及巖溶水發(fā)育。

2.施工工藝

    2.1注漿參數(shù)的選取

    漿液配合比：在注漿施工前由施工工程師和監(jiān)理工程師在現(xiàn)場(chǎng)做漿液配合比試驗(yàn)，確定注漿參數(shù)，最后根據(jù)鉆探的地質(zhì)情況來(lái)選取最佳配合比，施工中根據(jù)注漿報(bào)檢情況再來(lái)調(diào)整，漿液遵循由稀到濃的原則，起始濃度一般為1：1。本工程現(xiàn)場(chǎng)漿液配合比如表1。

表l漿液配合比現(xiàn)場(chǎng)配制表

    注漿壓力：注漿壓力遵循由小到大的原則，充填注漿孔口注漿壓力為0.2～0.5MPa；壓密注漿口注漿壓力不小+0.5MPa。

    注漿量：l、Ⅱ序孔充填注漿在土層中按照0.6 m³／m，卵石層中按照l.0 m³／m，灰?guī)r中按照l.8 m³／m，111序孔壓密注漿按0.2 m³／m控制注漿量。

    2.2孔位布置

    本工程鉆孔注漿按照三序進(jìn)行。l序孔為充填注漿孔兼先導(dǎo)孔，主要起充填巖溶及先導(dǎo)勘探作用，按照7m間距、正方形布置；Ⅱ序孔為充填注漿孔，對(duì)巖溶發(fā)育區(qū)起充填巖溶作用，在1序孔正方形中心及溶洞位置插點(diǎn)加密，1、Ⅱ序孔形成菱形布置，間距5m ；Ⅲ序孔為加密孔，對(duì)巖溶密集發(fā)育區(qū)域起壓密注漿作用，在I、Ⅱ序孔菱形中心插點(diǎn)加密，I、Ⅱ、Ⅲ序孔形成正方形布置，間距3.5m。原則上，巖溶易塌陷區(qū)實(shí)行兩序鉆孔注漿，巖溶極易塌陷區(qū)實(shí)行三序鉆孔注漿。

    2.3鉆孔

    注漿加固工程鉆孔是一道很重要的工序，它直接關(guān)系到下一道注漿質(zhì)量的好壞。在鉆孔過(guò)程中，土層和巖溶發(fā)育破碎帶采用跟管干鉆(不加水)，鉆至巖層后采用飽和水鉆進(jìn)，禁止使用泥漿鉆、大水沖水鉆進(jìn)。鉆孔取出的巖心由上而下(由淺至深)按回尺進(jìn)尺整齊順擺放。每取一次巖心，都要進(jìn)行仔細(xì)觀察和判斷，填寫(xiě)巖心簽和鉆孔記錄表。尤其對(duì)于溶洞、溶溝、溶槽及土石界面等情況，更要詳細(xì)記錄。鉆孔質(zhì)量的控制通過(guò)“三檢”來(lái)完成，即開(kāi)鉆前檢查鉆孔里程、位置和開(kāi)鉆條件，到土石界面時(shí)檢查基巖成分、鉆孔深度和鉆進(jìn)方法，鉆到設(shè)計(jì)深度時(shí)檢查鉆孔總深度、鉆孔直徑(不小于91mm)及鉆孔記錄表的巖心描述是否與實(shí)際相符。

    鉆孔終孔標(biāo)準(zhǔn)：①覆蓋層厚度小于30m，鉆孔鉆至土石界面以下基巖段5m(無(wú)空洞、溶洞情況下)。②覆蓋層厚度大于30m，則鉆孔鉆至30m處就終孔。③如果在進(jìn)入灰?guī)r5m范圍內(nèi)發(fā)現(xiàn)充填、半充填溶洞、空洞，則鉆至溶洞底板下2m。

    2.4封孔

    封孔前，先清洗注漿孔，將殘留在孔底的沉渣或沉淀物清除。洗孔有兩種方法：一是直接用鉆桿清洗；另外一種是用橡膠管清洗，即先將橡膠管插入孔底后，再注入清水，待沉淀全部清除后，停止注水。

    清孔完畢，預(yù)埋4,32 mmPVC管至孔底。當(dāng)孔深大于10m時(shí)，然后填注, Φ20-30mm的碎石至土石界面上2～3m，邊填邊探。填注完碎石后，依次繼續(xù)填注1m河沙和1m黏土，最后用稠水泥漿封至孔口。當(dāng)孔深小于l0m時(shí)，碎石填至土石界面上1m，用止?jié){塞封住。最后根據(jù)地下水位的高低確定封孔方式：若地下水位較低或無(wú)地下水，則用稠水泥漿封至孔口；若地下水位較高，則直接用干水泥粉進(jìn)行封孔，邊倒入水泥邊輕輕搖動(dòng)注漿管，直到將鉆孔全部灌滿。

    2.5壓水試驗(yàn)

    每一個(gè)工點(diǎn)和地質(zhì)變化較大的地段，在正式注漿施工前，都要做壓水試驗(yàn)，其目的是了解巖層滲透性，確定滲透系數(shù)K或滲透率Lu，從而判定該段巖溶發(fā)育程度，以指導(dǎo)注漿施工。另外根據(jù)注漿前后巖層滲透率Lu值的變化判定注漿效果。

    (1)試驗(yàn)設(shè)備：壓力表、水表、三通接頭和供水設(shè)備(注漿機(jī))。

    (2)試驗(yàn)方法：本次試驗(yàn)采用單點(diǎn)壓水法。試驗(yàn)前，依次連接供水設(shè)備、三通接頭、水表、壓力表、注漿管。正式壓水試驗(yàn)應(yīng)保持一定的壓力，當(dāng)壓力保持一定時(shí)，每個(gè)單位時(shí)間內(nèi)計(jì)入一次水流量。每段每次壓水試驗(yàn)應(yīng)做一個(gè)或三個(gè)壓力段，壓力值應(yīng)盡可能使各孔各段取得一致，每個(gè)壓力階段中，不得中斷或改變壓力，否則重作，穩(wěn)定耗水量之誤差值，應(yīng)保持在±5％內(nèi)。

    (3)壓力控制方法：通過(guò)三通接頭，利用水流量的增減，控制一定的水柱壓力。

    (4)試驗(yàn)成果計(jì)算采用公式：Lu=Q／PL)

    式中：Q為單位時(shí)間流量(L／min)；P為壓力值(MPa)；L為過(guò)濾段長(zhǎng)度(m)。

    2.6注漿

    2.6.1注漿機(jī)理

    武廣客運(yùn)專(zhuān)線巖溶處理注漿主要采用充填注漿法。充填注漿法，是指利用純水泥漿或摻有填充料的水泥漿直接向被注漿載體內(nèi)的大孔隙、溶洞、空洞、巖溶裂隙等空間  注漿的一種以不改變巖土體的原有結(jié)構(gòu)但充填其原有空間的施工方法。

    充填注漿法的關(guān)鍵是“填”，即填滿被注漿載體內(nèi)的空間。在充填過(guò)程中采用的注漿壓力上限不改變巖土的原有結(jié)構(gòu)，下限不低于埋藏深度自重應(yīng)力。本工程根據(jù)設(shè)計(jì)要求，注漿孔口壓力采用0.2—0.5MPa。

    2.6.2注漿試驗(yàn)

    在正式注漿施工前，要進(jìn)行一系列的注漿試驗(yàn)，其目的是：(1)檢驗(yàn)封孔是否滿足壓力要求；(2)確定漿液的配合比；(3)測(cè)定不同水灰比的漿液容重、結(jié)石率；(4)測(cè)定同一配合比漿液在不同壓力下的流量；(5)確定漿液  的擴(kuò)散半徑：在施工過(guò)程中觀察注漿孔周?chē)�地表和地下水露頭的變化及在后續(xù)孔的鉆探中揭示鄰孔的注漿充填情況，

    判斷得出漿液的大致擴(kuò)散半徑；(6)選定最佳注漿施工工藝；(7)論證注漿方法在技術(shù)上的可行性，效果上的可靠性和經(jīng)濟(jì)上的合理性。

    2.6.3注漿方法

    由于本工程巖溶覆蓋層厚，為了確保注漿質(zhì)量及提高注漿效率，采用“整體注漿”法，即把注漿段(基巖上下各5m)進(jìn)行一次性注漿完成。注漿采用壓力由小到大，濃度由稀到濃，速度由慢到快的原則進(jìn)行。

    2.6.4終孔標(biāo)準(zhǔn)

    孔口壓力滿足壓力控制要求，且l0min持續(xù)注漿量小于1L／min。由于現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備條件有限，無(wú)法準(zhǔn)確測(cè)定灌漿流量，我們采用兩種方法來(lái)判定注漿是否達(dá)到終孔標(biāo)準(zhǔn)。一種是當(dāng)壓力達(dá)到規(guī)定要求時(shí)，此時(shí)關(guān)閉注漿機(jī)閥門(mén)，穩(wěn)壓10min，如果在這10min內(nèi)壓力不回落，或回落后壓力滿足控制要求后而達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，則可終孔。另一種是當(dāng)壓力達(dá)到規(guī)定要求時(shí)(如0.5MPa)，此時(shí)調(diào)節(jié)卸漿閥門(mén)來(lái)控制壓漿流量的大小，從而保持壓力在0.5MPa，并繼續(xù)注漿，當(dāng)感覺(jué)流量明顯減少，或幾乎不吃漿時(shí)，此時(shí)再持續(xù)10min，壓力仍穩(wěn)定在0.5MPa或升高，即可終孔。

    2.6.5質(zhì)量檢查

    每一個(gè)工點(diǎn)注漿施工結(jié)束后，為了解施工質(zhì)量，進(jìn)行注漿效果檢查。檢查孔布置于兩注漿孔中間，數(shù)量為該工點(diǎn)注漿孔的5％一l0％，且每個(gè)注漿工點(diǎn)不得少于2孔。當(dāng)滿足下列條件之一時(shí)，可以判斷注漿施工質(zhì)量符合要求：(1)檢查孔巖芯可見(jiàn)多處水泥塊，基本填滿可見(jiàn)縫隙及溶洞全部填滿。(2)壓水試驗(yàn)測(cè)定的滲透系數(shù)小于注漿施工前的l／10。(3)檢查孔的單位吃漿量不超過(guò)周?chē)?/span>4孔單位吃漿量的l5％。

3.特殊施工工藝

    3.1水泥一水玻璃雙液注漿工藝

    在水泥漿液中加入水玻璃，有兩種作用：一種是將水玻璃作為速凝劑加入漿液中，促使?jié){液很快凝結(jié)；另一種是作為漿液中的組成成分，將水泥漿液和水玻璃液按照一定比例，使用雙液灌漿施工方法進(jìn)行灌漿。本工程根據(jù)設(shè)計(jì)，在大溶洞、注漿量特別大的孔段和嚴(yán)重漏漿、冒漿孔段采用水泥一水玻璃雙液注漿。

    根據(jù)鉆孔揭示的各灌漿段的溶洞大小和孔隙連通條件，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)灌注，進(jìn)一步分析雙液的有效灌入量和有效半徑，以及雙液混合時(shí)漿液被稀釋的濃度，確定最佳配合比。一般水泥漿的水灰比為l：1，水泥漿與水玻璃體積比為  1：O.4～1：1，膠凝時(shí)間控制在50S～2min。

    雙液混合可采用孔l：3 混合直接灌入法和攪拌桶混合單管或雙管灌注法。前種方法適用于吸漿量大的淺孔和開(kāi)口型溶洞，工藝簡(jiǎn)單、見(jiàn)效快；后一種方法適用于厚覆蓋層的溶洞、空洞和漏、冒漿孔段，此方法適用廣，但易堵塞管道，造成停灌和高壓管報(bào)廢。因此，本工程采用雙管灌注法，即埋設(shè)兩根注漿管，水玻璃和水泥漿液采用兩臺(tái)注漿機(jī)同時(shí)進(jìn)行灌入，從而避免堵管停灌而使注漿孔報(bào)廢。本工段在大溶洞和連通性溶洞中合理地使用了水泥一水玻璃雙液注漿法，取得了很好的效果。

    3.2冒漿、漏漿處理施工方法

    在注漿過(guò)程中，若出現(xiàn)冒漿、漏漿等情況，可采用以下處理措施：(1)提高漿液濃度，著減小注漿流量，降低注漿壓力以近乎零壓力狀態(tài)緩慢注漿。(2)加入氯化鈣(CaCl2)等速凝劑，縮短漿液凝結(jié)時(shí)間，用量在3％~5％．根據(jù)實(shí)際情況調(diào)節(jié)。(3)如遇冒漿、漏漿很?chē)?yán)重的情況，可采用間歇注漿法，即注漿一停止一再注漿，但間歇前注漿管必須清洗處理。(4)封堵法：對(duì)于孔口冒漿，可采用麻繩或廢棄的水泥編織帶塞填套管間隙或套管與孔壁的間隙。對(duì)于地層冒漿，可挖開(kāi)冒漿位置約0.5m深，用一定比例的水泥一水玻璃漿液填之，能在數(shù)秒鐘內(nèi)凝固而阻止冒漿。(5)采用水泥一水玻璃雙液注漿法。

    3.3吸漿量較大處理方法

    當(dāng)遇到溶洞或空洞，注漿量超過(guò)正常值一倍以上時(shí)。可采用以下幾種措施：(1)較大的溶洞或空洞，應(yīng)增大鉆孔的孔徑，并在封孔前用碎石將溶洞或空洞填滿，注漿時(shí)采用較濃的混合漿液，并提高注漿壓力，注漿后應(yīng)在四周增加注漿孔，以探測(cè)溶洞大小和檢查注漿是否注滿，若未注滿，應(yīng)繼續(xù)補(bǔ)漿。(2)在純水泥漿中加入適量粉煤灰、細(xì)砂等摻合料，以增大孔隙率。(3)采用水泥一水玻璃雙液注漿法。(4)采用間歇注漿法。

4.結(jié)束語(yǔ)

    本文介紹的對(duì)厚覆蓋型巖溶地基注漿處理，主要采用探、灌相結(jié)合的原則，即鉆探和充填及壓密注漿相結(jié)合，一方面是切斷土石界面的巖溶水通道，阻止上部土層顆粒在水的流動(dòng)下移動(dòng)，形成新的土洞而產(chǎn)生塌陷；另一方面是充填基巖中已有的縫隙、溶洞、空洞，從根本上進(jìn)行整治。

參考文獻(xiàn)

[1]SL 62—94水工建筑物水泥灌漿施工技術(shù)規(guī)范[s]．[2]  JGJ*123—2000既有建筑地基基礎(chǔ)加固技術(shù)規(guī)范[S]．

(本文來(lái)源：陜西省土木建筑學(xué)會(huì)  文徑網(wǎng)絡(luò)：尚雯瀟 溫紅娟 尹維維 編輯  文徑 審核)

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