淺談巖溶注漿的施工工藝

周滿興 上海鐵路局工務處

1 巖溶概述

巖溶地貌是具有溶蝕力的水對可溶性巖石進行溶蝕等作用所形成的地表和地下形態(tài)的總稱，又稱喀斯特地貌，它以溶蝕作用為主，還包括流水的沖蝕、潛蝕，以及坍陷等機械侵蝕過程。按出露條件分為：裸露型、覆蓋型和埋藏型喀斯特。可溶性巖石有3類：碳酸鹽類、硫酸鹽類及鹵鹽類巖石。巖溶的主要形態(tài)有溶洞、溶溝、溶槽、裂隙、暗河、石芽、漏斗及鐘乳石等，是可溶性巖受水的化學和物理作用的結(jié)果。巖溶發(fā)育的基本條件：具有可溶性巖層、具溶蝕能力和流量足夠的水、地下水有下滲或流動的途徑。

2 工程概況以及選擇巖溶注漿工藝的緣由

杭州至長沙客運專線浙江段之DK267+993.13～DK268+519.25段巖溶路基臨近既有線，主要以路塹為主，橫亙于浙江西部的江山。該段地形地貌為剝蝕低山丘陵地貌，丘坡坡度較平緩，植被較發(fā)育。該段表層為 Q4a1+p1粉質(zhì)黏土，黃褐色，成分以粉粒、粘粒為主，含少量礫石，礫石主要成分為泥巖，流塑狀粉質(zhì)黏土主要分布在灰?guī)r土石交界面處，下伏基巖為泥質(zhì)粉砂巖、灰?guī)r。全段路基基底為覆蓋型巖溶發(fā)育地段，地下水波動易使上覆土體產(chǎn)生潛蝕破壞甚至形成土洞引起地表塌陷，對既有線運營造成安全隱患。

為確保路基穩(wěn)定和鐵路運營安全，對該段巖溶路基采用鉆孔注漿加固處理。該處理方案優(yōu)點如下：

（1）該工法的施工機械體積小，靈活輕便，適合于場地狹長地帶的施工。

（2）該工法在注漿前期可對地質(zhì)情況進行復核，并不用另外再上地質(zhì)鉆機，可在鉆孔總數(shù)的30%中完全復核出該處的地質(zhì)情況。

（3）在先導勘探孔探明地質(zhì)情況下，后續(xù)鉆機可大量跟進，有利于大面積展開施工。

（4）可根據(jù)探明的地質(zhì)情況，對于不同的地質(zhì)條件確定采用相應的注漿方法以及確定漿液配制方法。

（5）采用較大孔徑的注漿孔，在有效控制注漿壓力及漿液配比的情況下，能有效的對注漿效果進行控制。

（6）采用物探、鉆孔、注水試驗，對于注漿前后的對比可以有效確定注漿加固地基效果。

3 加固機理與原則

3.1 加固機理

通過一定的壓力，使?jié){液（水泥漿）填塞充填下伏灰?guī)r頂部的溶洞、溶槽、裂隙及上部土層中的孔隙、土洞，使其基本形成水平注漿帷幕，切斷降水或其所形成的地表水沿覆蓋土層下滲的可能，有效降低地表水補給地下水時對上部土體的潛蝕和淘蝕能力，減少巖溶水和上部覆蓋土層之間地下水的垂直聯(lián)系，使深層地下水的升降變化不至于直接侵蝕上部土層，同時使得地基土層得到加固，從而起到了加固和穩(wěn)定路基的作用。

3.2 加固原則

（1）注漿孔布置：采用矩形布置，橫向布置5孔，縱向孔間距為5 m。

（2）注漿孔深度：一般孔深鉆入基巖不小于6 m；若施工過程中遇到溶洞，應鉆至溶洞底板下1 m終孔；注漿套管嵌入基巖0.5 m，用水泥砂漿固結(jié)成一體。

（3）注漿厚度：按基巖面以上3 m至基巖面以下6 m（厚約6 m）為受漿范圍；對存在土洞和基巖面以上溶洞發(fā)育地段，適當加大注漿層厚度及注漿量，以滿足地基穩(wěn)定為前提。

4 施工范圍確定，注漿試驗及工藝參數(shù)

為使巖溶路基得到確實有效的整治加固，在正式施工前，對加固范圍進行鉆孔驗證。驗證孔選擇在加固區(qū)起止位置的注漿孔。若在驗證孔中發(fā)現(xiàn)巖溶異常，表明加固范圍尚需擴大時，向加固區(qū)外側(cè)擴大驗證范圍，距邊側(cè)3～5 m兩端各增加1～2個鉆孔驗證；若無異常，則在注漿孔向內(nèi)依次進行鉆孔驗證。并將驗證情況（包括異常深度、充填物的空隙率、裂隙發(fā)育等）作出原始記錄，據(jù)以確定施工范圍。

鉆孔驗證后，各段選擇1～2個注漿孔作現(xiàn)場壓水試驗和注漿試驗，以便合理選擇壓漿參數(shù)，包括注漿壓力、壓漿深度、液擴散半徑、最佳注漿量、漿液配合比、凝結(jié)時間等以及確定施工工藝。

（1）漿液配制：以純水泥砂漿為主，水灰比1：1，為了控制凝結(jié)時間，可摻約2%的外加劑。

（2）注漿壓力：對連通性較好的灰?guī)r溶洞、土洞，采用自流注漿和低壓注漿，壓力0.1～0.3 MPa；對充填較好的溶洞、土洞、裂隙以及土層采用壓力注漿，壓力0.5～1.0 MPa，并針對注漿過程中出現(xiàn)的情況隨時調(diào)整注漿壓力。

5 巖溶注漿施工工藝

5.1 工藝流程

注漿加固工工藝流程如圖1所示。

圖1 注漿加固工工藝流程

5.2 施工工藝

（1）注漿孔定位放樣

前期準備工作完成后，即可進行現(xiàn)場注漿孔定位放樣。放樣前，根據(jù)路基橫斷面圖，注漿孔平面布置圖，以及現(xiàn)場鉆孔驗證所確定的加固范圍，用全站儀進行放樣，并在現(xiàn)場用樁橛標定、編號，保證注漿孔位誤差一般不應大于5 cm，孔位實際誤差不應超過0.1 m.

（2）鉆機與注漿設(shè)備就位

注漿孔位標定后，移動鉆機至鉆孔位置，完成鉆機就位。鉆機就位后，用傾斜尺、水平尺等工具調(diào)整鉆機角度，安裝牢固，定位穩(wěn)妥。各類設(shè)備就近安裝，注漿管線固定，不宜過長，一般為30～50 m，以防壓力損失。

（3）注漿孔鉆孔

鉆機進場后按操作規(guī)程進行組裝和調(diào)試，保證運行正常、安全。鉆孔前，根據(jù)圖紙進行現(xiàn)場核對。為了更好地利用漿液，不使?jié){液流散太遠，一般應先兩側(cè)后中間。鉆孔采用干鉆法。地表有覆土時，為防止孔口坍塌或縮孔，必要時下較大直徑的孔口管或采用跟管鉆進。鉆孔深度與現(xiàn)場情況不符時，保證深度在基巖面下不小于6 m。鉆進過程中，現(xiàn)場技術(shù)人員及時填寫施工記錄，并準確測量土石界線及土洞、溶洞、裂隙深度，溶洞、裂隙的充填及水文地質(zhì)的變化，特別是鉆進中漏水情況的描述和繪制柱狀圖等，以便根據(jù)實際情況，采取相應措施。同時，必須注意，注漿孔應跳孔施鉆，不得在鉆孔全部成孔后再注漿，以免孔位串漿，增加難度和清孔的工作量。

（4）清孔與檢查

鉆孔結(jié)束后，在提拔鉆管時邊拔管邊清孔，將孔內(nèi)殘渣清除。當鉆管難以拔出時，可將鉆管保留在孔內(nèi)清孔。清孔后底部殘渣不得厚于5 cm。清孔結(jié)束后再放注漿管。

另外，為保證成孔質(zhì)量和加固的有效性，注漿前必須對注漿孔的孔位、孔深、孔徑、孔口管、鉆孔記錄等進行檢查，做到設(shè)計與現(xiàn)場相符，實際與記錄相符。

（5）注漿

①注漿順序：先外排，后內(nèi)排；同一排中先兩頭后中間。

②注漿方式：根據(jù)設(shè)計圖，結(jié)合鉆孔深度及基巖面的埋深、裂隙發(fā)育等情況，采用自下而上分段注漿、自上而下分段孔口注漿或混合式注漿。對于淺層，宜全孔一次注漿。

注漿流程如圖2所示。

圖2 注漿流程圖

（6）注漿工藝

①注漿之前要進行孔深測量和壓水試驗，一方面是為確保注漿加固深度，檢查管路的暢通和密封性，另一方面是掌握孔內(nèi)吸水量，以及地面有無溢水現(xiàn)象，以保證注漿質(zhì)量和注漿的順利進行；

②采用試驗的參數(shù)，確定漿液的配合比以及注漿壓力；

③注漿時，按壓力由小到大、濃度由稀到稠、速度由慢到快的原則進行，開始先采用自流式注漿，當漿液面達到孔口時采用有壓注漿，壓力由小到大，最大壓力不超過終注壓力的2倍；

④漿液以純水泥漿為主，對有較大的溶洞、裂隙，且無充填物，須先投入粗粒充填料（如砂、碎石）后再注入濃度較大的水泥漿；

⑤當遇到地下水流速較大、裂隙暢通的孔段漏漿、跑漿嚴重時須停止注漿，視具體情況，通過調(diào)整漿液濃度、注漿時間、速率、添加速凝劑、雙漿液注漿或改變注漿方法等措施來解決；

⑥注漿過程中，對壓力、壓漿速率、進漿量、材料、漿液配合比等施工參數(shù)要記錄齊全，描述詳盡；同時，要采取有力措施減少對工程周邊環(huán)境的污染。

6 質(zhì)量控制

6.1 鉆孔

開鉆前，現(xiàn)場技術(shù)人員應按圖紙與現(xiàn)場標定孔位進行核對、檢查無誤后方可開鉆。當鉆到設(shè)計深度且符合終孔條件時方能停鉆。

6.2 注漿

（1）原材料

制備漿液所需的原材料要嚴把進料關(guān)，如水泥、水玻璃等，須有出廠試驗報告或出廠合格證，否則不能進場。進場后的材料按有關(guān)規(guī)定抽樣送有資質(zhì)的檢測單位，進行二次檢驗，合格后方可投入使用。冬、春多雨季節(jié)，要特別注意水泥的防潮、防雨，避免結(jié)塊失效。

（2）漿液制備

配制漿液應稱量準確，嚴格按配合比下料，加料順序一定要在加完水后，在攪拌的情況下方能加入水泥，待攪拌均勻后再加入外加劑，攪拌時間應不少于3 min。漿液在特制的貯漿槽內(nèi)放置時間不宜過長，一般不應超過2 h，應隨拌隨用。

（3）注漿過程

注漿時，先注稀漿，以防裂隙被堵塞。當注漿壓力保持不變，吸水量均勻減少或吸漿量沒有變化，壓力均勻升高時，應持續(xù)注漿，并不得改變漿液的水灰比；當連續(xù)注漿而不見壓力升高，吸漿量不下降時，應提高漿液濃度；當壓力驟然上升或漿液流量突然增大時，應立即停止，適量投入砂或碎石，在漿液中摻入適量速凝劑，并采用間歇式注漿。注漿工作應連續(xù)進行，因故中斷，應及早采取措施排除故障，恢復注漿；采用間歇式注漿時，間歇時間不超過2 h。當止?jié){段為巖層時，孔口漿液壓力應在0.5 MPa以上，吸漿率＜5 l/min，持續(xù)時間>10 min；當止?jié){段為土層時，孔口漿液壓力穩(wěn)定在0.3 MPa以上，吸漿率＜5 l/min，持續(xù)時間>10 min時，方可結(jié)束注漿。

（4）注漿結(jié)束標準

①注漿孔口壓力維持在0.2～0.3 MPa左右，吸漿量不大于 40 l/min，維持 30 min；

②注漿鉆孔基巖完整，或多次注漿，孔口壓力超過1.5 MPa；

③冒漿點已經(jīng)出注漿范圍外3～5 m；

④單孔注漿量達到平均注漿量1.5～2.0倍，且進漿量明顯減少時。

當達到以上標準之一，均可結(jié)束該孔注漿。反之，當達不到上述結(jié)束標準時，應清孔再次注漿。

（5）注漿效果檢查

①注漿前后，物探成果資料對比，檢查注漿效果；

②注漿前后，鉆孔注水實驗的單位長度吸水量對比，檢查注漿效果。注漿后單位長度吸水量應小于注漿前吸水量的3～5%，且不存在明顯漏水現(xiàn)象；

③鉆孔檢查，檢查孔數(shù)的5%，根據(jù)取芯漿液充填情況直觀判斷注漿效果；

④注漿觀察，冒漿點在路基范圍之外3～5 m，可視路基范圍巖溶通道堵塞完畢。

7 結(jié)束語

在今天看來，巖溶注漿并不是新工藝，但對于加固路基卻是一種有效的施工工藝。近年來，巖溶注漿大量運用于樓房、高速公路、鐵路等工程建設(shè)之中，并且通過對這些工程質(zhì)量檢測和實際運營來看，巖溶注漿的效果斐然。在杭長客專DK267+993.13～DK268+519.25段巖溶路基施工過程中，應用該工法對路塹、路堤基底黏土層、巖溶地段地基進行注漿加固，并對注漿效果進行了檢測，證明該工法對于相應地質(zhì)條件下的地基加固處理、控制沉降、保持路基穩(wěn)定起到了一定的加固效果。