膜袋袖閥管注漿技術(shù)在巖溶路基處治中的應(yīng)用

周韶華

（山西省交通科學(xué)研究院，山西 太原 030006）

巖溶這一地質(zhì)現(xiàn)象，在我國南方以及西南地區(qū)很是常見，這一常見現(xiàn)象嚴重影響了高速公路路基施工，給路基施工造成了極大的障礙。巖溶區(qū)中溶洞、土洞的處治方法一直是讓各位學(xué)者、專家頭痛的問題，針對這一現(xiàn)象，各位學(xué)者、專家充分發(fā)揮各自的經(jīng)驗、知識，對溶洞問題采取了各自合理的解決方案，并得到了較好的處理結(jié)果。公路路基施工技術(shù)規(guī)范中對溶洞處理方法有[1]：對于干溶洞，處理方法為使用干砌片石和漿砌片石對溶洞進行堵塞；對于處于路基基底處的溶洞，大型溶洞宜采用架設(shè)橋涵跨過溶洞，小型溶洞且無水時則采用砂礫石、碎石進行回填等方式。當(dāng)溶洞處于路基下方且充填率較低[2]，視溶洞大小決定處治方法，當(dāng)溶洞高度小于5 m，宜采用壓力灌注M5水泥砂漿的處治措施，或使用鉆孔灌注素混凝土樁進行治理；對于溶洞高度大于5 m的，則使用C10小石子混凝土進行壓力注漿，也可采用素混凝土的壓力灌注樁。母進偉等[3]學(xué)者指出，在公路建設(shè)中，常用的溶洞治理方式有混凝土蓋板處理，而使用土工格柵進行溶洞塌陷的防治或者對溶洞塌陷進行防治，比使用混凝土蓋板更為合理，而最有效的方式是使用重型土工格柵。而陳忠平[4]針對路基及路基影響范圍內(nèi)的溶洞，即淺層溶洞提出了自己的處治方法。他采用的是經(jīng)濟有效的綜合灌漿法進行整治。

本文以汕湛高速公路云浮至湛江段工程（K30+580—K41+661.104）為依托，在本合同段所處的地區(qū)，穿越巖溶區(qū)，地層節(jié)理裂隙較發(fā)育，多處可見有方解石脈存在，而且溶洞、溶蝕溝槽等象征巖溶發(fā)育的現(xiàn)象極為常見，本地區(qū)巖溶發(fā)育等級的綜合評定等級定為極發(fā)育?；谶@一特殊的工程環(huán)境，對本工程中，由于部分路段巖層為強風(fēng)化泥巖以及中風(fēng)化石灰?guī)r，灰?guī)r的埋深較大且溶洞高度變化大，洞內(nèi)多以流塑狀粉質(zhì)黏土半充填，故采用了膜袋袖閥管注漿法這一較為先進的方法進行溶洞處治。

1 工程背景

汕湛高速公路云浮至湛江段工程（K30+580—K41+661.104），多處位于巖溶現(xiàn)象多發(fā)地段，整體穿越巖溶區(qū)，地貌單元屬于巖溶溶蝕準平原區(qū)，地層表面覆蓋層為第四系，稻田密集，并且植被茂盛。地層巖性為第四系沖洪積層和殘坡積層，下伏基巖為石灰?guī)r，該地層節(jié)理裂隙較發(fā)育，多見方解石脈，溶洞、溶蝕溝槽等巖溶現(xiàn)象極發(fā)育，巖溶發(fā)育等級綜合評定為極發(fā)育。段落內(nèi)溶洞內(nèi)多為隱伏型溶洞，溶洞埋深大，且溶洞呈現(xiàn)出多層的串珠式溶洞形態(tài)。路基以填方路基為主，填土高度3～11 m，局部存在挖方路基。

本文所針對的膜袋袖閥管注漿技術(shù)所對應(yīng)的路段為K34+506—K34+640段，該段鉆孔所揭示的地層最上部為粉質(zhì)黏土，下部基巖為中風(fēng)化石灰?guī)r，發(fā)現(xiàn)溶洞位于基巖當(dāng)中?；鶐r面起伏很大，溶洞高度變化也很大，在局部路段中（K34+563—K34+575段落）溶腔較大，洞內(nèi)多以流塑狀粉質(zhì)黏土半充填，部分溶洞未充填，使用普通處理辦法不能達到工程施工要求。因此在這種溶洞穩(wěn)定性差的半充填溶洞路段采用膜袋袖閥管注漿法進行路基處治，而未充填的大空腔采用灌砂注漿或高壓泵送細石混凝土填充。本文就這一地質(zhì)條件對膜袋袖閥管注漿方法進行介紹。

2 膜袋注漿管設(shè)計

2.1 適用條件及工藝特點

由于膜袋袖閥管適用條件較為特殊，因此需說明膜袋袖閥管的使用應(yīng)在相應(yīng)地質(zhì)條件下應(yīng)用，來最好地應(yīng)對相應(yīng)地質(zhì)條件。在本工程中，針對下伏基巖為中風(fēng)化石灰?guī)r的巖層中含有溶洞，且?guī)r層埋深變化較大，溶洞高度變化也很大，溶洞內(nèi)部充填狀況為流塑狀粉質(zhì)黏土半充填的情況采取膜袋袖閥管注漿工藝進行路基加固處理。

膜袋袖閥管注漿技術(shù)相比普通袖閥管注漿技術(shù)而言，其不同點是在袖閥管外側(cè)設(shè)置了一種特殊的結(jié)構(gòu)——膜袋，膜袋的作用是限制了注漿液的擴散范圍，從根本上防止了跑漿、漏漿、串漿等現(xiàn)象，漿液凝固后所形成的樁體強度很高。

為了使地基中的超靜孔隙水壓力迅速消散，降低施工過程中擠土效應(yīng)對工程的影響，特意設(shè)置一排水結(jié)構(gòu)，此結(jié)構(gòu)為塑料排水板，設(shè)置在膜袋外側(cè)。

而且相對于常規(guī)的袖閥管注漿，這種方法不需要添加套殼料，大大提高了施工效率。

2.2 工藝原理

2.2.1 常規(guī)袖閥管注漿技術(shù)改進

相較于常規(guī)袖閥管注漿技術(shù)，膜袋袖閥管注漿技術(shù)改進之處在于袖閥管用一條高強度的土工膜袋套住，并在膜袋外側(cè)每間隔2～3 m用18號細鐵絲設(shè)置一道壓力閥門；在膜袋外側(cè)將1～2條塑料排水板用塑料扎扣進行捆扎；注漿工藝與常規(guī)袖閥管注漿工藝相同，注漿時，通過注漿而產(chǎn)生的壓力，將膜袋自上而下逐段撐開，形成如圖1所示的樁體。

圖1 膜袋袖閥管注漿結(jié)構(gòu)示意圖

2.2.2 工藝原理

膜袋袖閥管注漿技術(shù)的原理簡述之，可分為樁頂受荷、樁側(cè)摩擦力、擠密作用、排水作用4個方面。

首先是樁體部分，膜袋經(jīng)過注漿之后，形成一個強度較高的樁體，起到支撐整個路基的作用，整個樁體連同膜袋撐開周圍土體，類似于復(fù)合地基，由此加固地基。

由于土體與成樁后的樁體沉降速率不統(tǒng)一，土體沉降會大于樁體沉降，因此樁體與土體形成的摩擦力會起到支撐路基的作用，為路基分擔(dān)荷載，同時樁體不斷對土體有擠壓作用，加速土中水的排出，摩擦力也因此增大，樁體所承擔(dān)的荷載也相應(yīng)增大，從而提高了路基的承載力，加固了路基。

樁體因注漿而逐漸膨脹，這個過程中，土體不斷被壓縮、擠密，排水板的設(shè)置也加速了水的排出，使得土體更加密實，強度也大大提高。

排水板的設(shè)置不僅可排出超孔隙水，也使土中多余自由水排出，降低了土體含水率，一定程度上加固了地基。

3 施工工藝流程與操作

3.1 工藝流程

膜袋袖閥管（鋼管）的注漿技術(shù)工藝流程詳見圖2。

圖2 膜袋袖閥管（鋼管）注漿技術(shù)工藝流程圖

3.2 工序操作

膜袋注漿法的基本工序操作，在實際施工中是這樣的。

首先需要進行注漿現(xiàn)場試驗。具體操作是在大規(guī)模的注漿前，先取3～5根試驗樁，試驗樁數(shù)據(jù)應(yīng)用自動注漿記錄儀全程記錄，并在試驗后驗證水灰比，并分析注漿量與注漿壓力是否適宜施工。

現(xiàn)場試驗過后，通過測量放樣確定注漿孔位。確定儀器采用全站儀，先確定邊坡和路基四角的孔位，然后根據(jù)設(shè)計確定其余孔位?？孜黄矫嫫钤瓌t要求應(yīng)小于±10 cm，所有孔位應(yīng)做好相應(yīng)標識。

確定好孔位將鉆機安裝在所在位置，并進行鉆孔。鉆孔完畢后則是施工當(dāng)中的重點，膜袋的制作和鋼管的制作。

膜袋的制作選用的是特殊工藝的高強度土工布，土工布尺寸應(yīng)大于設(shè)計樁長1 m，直徑與樁長相同，均為45 cm。膜袋的上下兩端使用14號鐵絲扎牢，避免漿液撐開膜袋，然后將第一節(jié)袖閥管插入自收攏的膜袋口內(nèi)，袖閥管與膜袋底端的距離應(yīng)在10～20 cm之間，每隔2～3 m，便在袖閥管上使用18號鐵絲纏繞6～8圈將膜袋扎緊，作為每一段分段的注漿閥門。

膜袋袖閥管人工組裝完畢后，將其下放至鉆孔的指定深度，各節(jié)袖閥管用速凝膠連接牢固，同時將制備好的注漿漿液注入袖閥管。

注漿處理深度為穿透路基下方的溶洞或者土洞，進入溶洞底板0.3 m且不大于設(shè)計樁長1 m，如果超過這一界限，則需要向設(shè)計方確認樁長是否合理，每延米水泥用量為160 kg。

下放膜袋袖閥管注漿時注漿槍應(yīng)抵達袖閥管鋼管的底部，采用注漿泵將漿液注入袖閥管內(nèi)，并且值得注意的是，每一段注漿量都應(yīng)記錄下來，達到該段袖閥管的設(shè)計用量或者達到相應(yīng)注漿壓力時，則應(yīng)提升注漿槍高度，進行下一分段的注漿。注漿過程中時刻注意注漿壓力表，壓力表數(shù)值不要大于1.5 MPa。注漿方式采用隔排跳孔的順序注漿，先邊坡坡腳、邊坡上部再路基中部；在結(jié)構(gòu)物附近注漿宜按由近而遠的順序注漿，橋頭路段注漿孔距離樁基的距離不小于2.5 m。

最后進行引孔回填。路堤土引孔部分處所在的袖閥管注漿，應(yīng)按照25 kg/m的水泥量進行注漿，并回填密實，注意注漿壓力不能超過0.5 MPa。

3.3 注意事項

a）膜袋袖閥管處治設(shè)計應(yīng)遵循動態(tài)設(shè)計的原則，應(yīng)結(jié)合現(xiàn)場情況，具體進行分析后，對相應(yīng)施工參數(shù)進行調(diào)整。

b）注漿應(yīng)采用間隔式注漿，并分序次進行。在第一序次注漿時，漿液擴散范圍較大，而后的第二、三序次將會填充第一序次未能完全填充的部分。

c）雖然注漿壓力具有參考值，但還是應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場條件確定具體注漿壓力值。

d）在注漿完成后，200 m區(qū)域內(nèi)不得開采地下水。

e）注漿孔應(yīng)封孔，封孔所用材料可以與注漿所用材料一致。

4 主要設(shè)計參數(shù)與技術(shù)指標

成樁直徑45 cm，每米水泥用量為160 kg，注漿壓力不大于1.5 MPa，注漿樁間距1.5 m，均為等邊三角形布置。

采用φ130普通袖閥管，采用P.042.5R水泥，水灰比0.8；引孔部分采用常規(guī)袖閥管注漿工藝處理，每米水泥用量為25 kg，注漿壓力不大于0.5 MPa。

采用長絲機織土工布，具體參數(shù)要求見表1。

表1 長絲機織土工布參數(shù)要求

5 總結(jié)

經(jīng)過廣東汕湛高速公路云浮至湛江段工程的實際施工應(yīng)用，在路基加固上起到了非常好的效果，在巖溶區(qū)相應(yīng)地質(zhì)條件下，經(jīng)過多個路段的使用，能夠印證本工法具有普遍的適應(yīng)性，并且相較于普通的袖閥管注漿，膜袋袖閥管注漿工藝具有質(zhì)量易于控制、施工工作面小以及路基加固效果更為突出的優(yōu)勢。