淺談巖溶注漿路基施工技術

陳臨安

(湖南省鳳大高速公路建設開發有限公司,湖南鳳凰 416200)

隨著經濟的發展,我國公路里程的增加,路網密度也越來越大,高速公路建設過程中經過巖溶等不良地質區域無法回避。由于巖溶區工程地質情況錯綜復雜,因為不同的巖溶地質,其處治方法各異,一旦處理不好,將直接影響到工程的質量、安全及高速公路的使用品質,輕則造成經濟損失,延誤工期,重則在施工及運營過程中造成重大的人員傷亡。因此,迫切需要一套行之有效方案來指導巖溶區路基的施工。筆者結合鳳大高速公路巖溶區路基施工處理的部分經驗,總結了一套比較合理的巖溶區路基施工技術,為巖溶地區的溶洞處理積累工程經驗。

1 工程概況

鳳大高速公路建設項目地處云貴高原邊緣,地勢西高東低,海拔500～1 000m。區內地貌形態以巖溶山地地貌為主。按成因、形態劃分,全線大部分路線穿越的地貌類型為溶蝕構造石丘洼地谷地地貌,起點一帶,地貌類型為砂頁巖低山丘陵。溶蝕構造石丘洼地谷地主要由中上寒武統灰巖白云巖組成,標高600～800 m。相對高差一般50～100m。有漏斗、溶蝕洼地、干谷、塌陷及正在消失的小河和流量很大的巖溶泉分布;地下形態常發育成暗河、大型的溶洞、落水洞等隱伏性的,對工程形成極大威脅的不良地質體,其處理工程量極大。巖溶對路基工程造成的危害性是多方面的,主要有:巖溶水浸泡路基;巖溶頂板坍塌造成路基沉陷;因溶蝕作用降低地基強度等,其中以路基沉陷最為常見,危害性也最大。本段巖溶路基分布情況見表1。

表1 本段巖溶路基分布情況

k3+370:該溶洞走向為k3+370左5 m～右5m(埋深約4～9.3m),指向左線k3+375～k3+390處(埋深約24～34m),有部分粘性土混碎石充填物。設計處理方案:開挖溶洞后邊坡外露部分采用片石填塞、漿砌片石封閉;路基下隱伏部分采用注漿固結處理。

k4+140:該處存在1處充填型巖溶漏斗,深約18m,充填物為可塑狀粉質黏土,填方路基段,設計方案:采用注漿固結加固處理。

k7+040:k7+035～k7+045有一巖溶體斜穿路基,埋深約6～20m,粘土填充,開挖后頂板厚度局部小于2 m,設計方案:開挖至路床后,采用注漿固結加固處理。

k7+470:該處右側路基占壓一處巖溶漏斗,巖溶體延伸至地面以下12～16 m,管道內有粘土填充,填方路基段,設計方案:采用注漿固結加固處理。

設計采用低壓注漿(注漿壓力0.3～0.4 MPa)處理,即用M 7.5砂漿灌注充填洞穴。注漿孔孔徑為110mm,注漿管選用φ89mm無縫鋼管,灌注漿液采用水泥砂漿(水∶水泥∶砂=0.6∶1.0∶1.0),注漿采用低壓(注漿壓力0.3～0.4MPa)間歇定量或循環式灌注,間歇時間可控制在7～8 h。

2 灌漿加固機理

灌漿就是要讓水泥或其他漿液在周圍土體中通過滲透、充填、壓密擴展形成漿脈。由于地層中土體的不均勻性,通過鉆孔向土層中加壓灌入一定水灰比的漿液,一方面灌漿孔向外擴張形成圓柱狀漿體,鉆孔周圍土體被擠壓充填,緊靠漿體的土體遭受破壞和剪切,形成塑性變形區,離漿體較遠的土體則發生彈性變形,鉆孔周圍土體的整個密度得到提高。

另一方面隨著灌漿的進行,土體裂縫的發展和漿液的滲透,漿液在地層中形成方向各異、厚薄不一的片狀、條狀、團塊狀漿體,縱橫交錯的漿脈隨著其凝結硬化,造成結石體與土體之間緊密而粗糙的接觸,沿灌漿管形成不規則的、直徑粗細相間的樁柱體。這種樁柱體與壓密的地基土形成復合地基,相互共同作用起到控制沉降、提高承載力的作用。

3 施工準備

1)測量準備。對已探明的溶洞位置進行放樣,確定處理范圍及孔位等情況。

2)試驗準備。漿材采用設計要求的水泥砂漿,水∶水泥∶砂=0.6∶1.0∶1.0。

3)材料準備:

①水泥。注漿用水泥采用普通硅酸鹽水泥,水泥強度等級為32.5級,水泥不超過出廠日期3個月,受潮、結塊者不得使用,水泥的各項指標符合國家標準,并附有出廠報告。

②砂。采用質地堅硬的機制砂或天然砂,粒徑不宜大于2.5 mm,細度模數不大于2.0。

本項工程所需主要材料數量為:水泥2 175 t,砂8 000 m3。

4)施工現場準備。施工便道已拉通,施工場地已平整以利人員設備安置,施工用電采用自備發電機組自行解決用電問題。

施工用水采用就近利用水源。

5)人員及設備安排。

①施工人員安排見表2。

②機械設備安排見表3。

③主要測量儀器匯總表見表4。

表2 施工人員安排

表3 機械設備安排

表4 主要測量儀器匯總

4 施工方案

4.1 巖溶處理方案

根據地質鉆探資料本段巖溶處理方案如下:

1)路基底或路基附近規模較小的巖溶泉,將泉水口處鋪砌采用滲溝、涵洞等方法將水導出。

2)深而小的溶洞采用蓋板跨越,對洞徑小、頂板薄或巖層破碎的溶洞采用爆破頂板后用片石回填后,可注漿進行加固。

3)路基范圍內的地表塌陷(土洞),在不影響地下水排泄通道時,采用回填夯實,并在地表整平后鋪設土工格柵。

4)溶洞埋置較深,洞頂板較薄時,采用鉆孔注漿加固。

4.2 鉆孔注漿施工方法及注意事項

4.2.1 注漿孔布置

按設計要求及施工規范要求進行逐個注漿孔的定位,當地表、地下有障礙物時,根據實際情況適當移動孔位,移動后的孔間距不得超過0.5m。

4.2.2 成孔注漿工藝

溶洞壓漿工藝流程見圖1。

1)注漿鉆孔開孔直徑為φ110 mm,鉆至完整基巖土層下0.5～1 m后,下入φ89 mm套管護壁。每個注漿鉆孔至少測斜一次,終孔孔斜要求不超過2%。

2)注水試驗:觀察和記錄土層、基巖鉆進時的孔口返水和排渣情況視為注水試驗,可綜合判定該孔的可注情況;同時按孔數的10%均勻選定注水孔,驗證地層并嚴格按要求進行注水試驗,以確定注漿段的單位長度吸水量和漿液配方、配合比和泵壓等參數。

3)采用跳孔施鉆,施工時首先在兩側進行注漿,然后再在中線進行;在兩側進行注漿時,也必須采用間隔注漿的方法,以提高注漿效果。禁止全部鉆完后再注漿。當溶洞多層時,采用自上而下的注漿順序,即先灌上部第一層的的溶洞,然后灌下一層的溶洞,盡量避免漿液串冒。止漿采用似法蘭盤簡易止漿法或止漿塞、套管等方法止漿。

4)為增加漿液的和易性和水泥砂漿的早期強度,可在漿液中摻入適量的減水劑和早強劑,若遇空的巖溶通道、較大溶洞和裂隙處,吃漿量較大時,視具體情況可加入粗骨料并采用間歇注漿。當溶洞內充填物為亞粘土時,注漿方式為劈裂注漿;當充填物為砂礫、碎石時,注漿方式為壓密注漿。當溶洞為半充填或無充填時,先填碎石,然后再注漿。

5)注漿時采用漿液濃度先稀后稠的方法,注漿開始時要定時觀測泵的吸漿量和泵壓,記錄注漿過程發生的各種現象,收集原始數據,并根據實際情況調整注漿量和漿液濃度,注漿過程中若出現地表裂隙大量跑漿時,應采用間歇式注漿,或減少泵量及采取統一充填裂隙的措施,阻止漿液從地面大量流失。

6)結束注漿后及時清理設備、管道,拔出注漿管,用水泥純漿將注漿孔全部堵塞好。

7)統計好注漿施工中的各項數據,做好施工記錄,出現與設計有出入情況及時上報,一個區域的注漿作業完成后,清理好現場,搞好環境衛生。安全轉移設備到下一個施工區域,進行下一步的施工作業。

單孔注漿結束標準:①控制孔口壓力,孔口終壓為0.3～0.4MPa,并根據孔口附近出現冒漿、串漿時可以結束灌漿;②達到設計灌漿壓力,吸漿量小于5 L/min,并穩定20min視為結束。對因發生孔口管內/外冒漿而非正常結束的注漿孔,應視其原因,在附近重做或結合檢查孔補注漿。

圖1 溶洞壓漿工藝流程圖

5 處理效果

在處理過程中,監理工程師對施工過程的每一道工序都進行了全程監理,涵蓋材料的進場、消耗、鉆探、注漿以及混凝土的攪拌等各個流程。同時,還對施工的質量進行了嚴格的抽查:對于巖溶注漿,每個施工階段完工之后,都布置了檢查孔對鉆孔取芯的質量進行檢查。結果顯示,溶蝕裂隙和溶洞全部被塊狀或短柱狀的水泥結石所充填,從而有效地堵塞了土體運移的通道;從注漿前后的鉆探循環水量對比中也發現,注漿前的孔鉆漏水和孔口返水現象也得以解決。通過注水試驗,可以發現,巖層單位長度吸水率大幅下降,滿足設計要求,效果良好。

6 結語

總之,對于路基巖溶病害的治理,文章中提出的分析及治理方法還需要在實際的運用中不斷地總結,以提高其適用性。這其中的關鍵是掌握巖溶發育特征的前提下,怎樣結合路基的基礎形式把己經成熟的各種分析方法及地基處理技術合理的運用。