水泥注漿在治理溶洞塌陷止水防滲工程中的應用

王志勇

摘? 要：為防治巖溶區道路塌陷，圍護防滲堵漏止水效果，采用水泥注漿工法止水堵漏，封閉巖溶裂隙通道，在咸安區垃圾處理廠巖溶區道路防護工程中效果顯著。

關鍵詞：水泥注漿;治理;溶洞塌陷;止水防滲;應用

咸寧市垃圾處理廠巖溶區道路防護工程位于長江中下游平原的鄂南地區治理區石龍水庫內形成1個明顯巖溶塌陷坑，塌陷坑平面形態呈近“圓形”，順擋土墻方向長度約為8m、垂直擋土墻方向長度約為12m，塌陷坑深度約為2m;巖溶塌陷區內除該段擋土墻開裂損毀外，其它建筑物未見明顯變形，目前該巖溶塌陷影響范圍有限，巖溶塌陷的規模為小型。

一、采取工程治理措施及工程量

治理工程措施為：塌陷坑回填+擋土墻工程+溶洞注漿工程等。塌陷坑回填填筑300m3;擋土墻砌筑548m3;鉆土層灌漿孔800m，鉆巖層灌漿孔625m，M30砂漿灌注430m3;水泥用量338m3。

二、溶洞帷幕注漿工程施工工藝和施工方法

溶洞注漿目的是對塌陷區底部巖溶灌注水泥漿充填固結，對巖溶裂隙、溶洞充填注漿形成結石強度大于MU15MPa的固結體，確保公路路基安全穩定。

（一）施工組織

（1）土石方回填完工后進行，隔排跳成孔，跳孔注漿，待前批次水泥漿液凝固3天后方可施工臨近鉆孔和注漿。

（2）溶洞注漿工程施工由鉆孔施工隊3個班組12人、壓水試驗1個班組3人、漿液調配1個班組6人和漿液注射班組4人負責完成，計劃安排6個班組勞動力共25人;現場配XY-150鉆機3臺，注漿泵3臺，空壓機2臺，攪拌機1臺，裝載機1臺，自卸載重汽車2輛，注漿泵3臺，其它設備工具若干，計劃工期60天。

（二）施工準備

1、按照設計圖紙要求，對場地平整碾壓，布置場地，布設電力、供排水、道路設施，搭設施工防護，開挖泥漿循環池、循環槽等。

2、施工測量放線，施放注漿孔位，現場由專職測量工程師根據圖紙采用經緯儀進行測量放線和孔口定位，孔位允許偏差±50cm。

3、施工設備調試，鉆機安放就位，泥漿泵、注漿泵安放檢查、調試、維修，使其保持良好的狀態，并報送監理驗收后掛牌進行施工。

4、根據設計要求標出注漿孔位置，并進行復測。注漿孔采用矩形放個網狀布置，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、水平尺等工具調整鉆機角度，安裝牢固，定位穩妥。各類設備就近安裝，注漿管線固定，不宜過長，一般為30～50m，以防壓力損失。

5、計量設施調試，為了有效控制注漿量，防止浪費成本，我司采用現代化計量設施對成本進行監控。水泥漿計量：水泥漿計量采用拌和站標準電子計量設備，對每一盤水泥漿材料用量進行準確計量，并記錄出場水泥漿量。注漿量計量：注漿設備上配備電磁流量計及臺式定值控制儀，通過雙儀表進行注漿計量。

（三）施工方法

3.1測量放線

由專職測量工程師根據圖紙采用全站儀進行測量放線和孔口定位，孔位允許偏差±50cm。

3.2? 鉆機就位：

鉆機安裝必須水平、周正、穩固;立軸、天車、鉆具中心在同一鉛垂線上;用水平尺和角度尺校正鉆孔傾角、垂直度，保證天車中心與鉆孔的偏差不大于2cm;鉆機平臺底座必須座落在較堅實的位置，否則用地板墊平，防止施工中傾斜;對各連接部位進行檢查，確保機臺穩實牢固。

3.3覆蓋層成孔，套管埋設：采用108mm的鋼套管進行孔口保護，直徑比設計孔徑大10mm;套管埋設中心偏差不大于2cm，傾斜度不大于1%，套管孔口比地面略低于20cm為宜，與循環槽溝底齊平。校正后用將護筒周圍埋實，確保護筒在鉆進中不發生位移。

3.4鉆進成孔：

根據地層和設計要求及前述確定的施工工藝，選用XY-150型地質鉆機。鉆孔中心間距3000mm，為保證鉆進中部影響注漿的鉆孔，采用隔2-3排孔跳孔成孔，為防止坍孔，采用優質低固相泥漿護壁;對卵礫石層采用下套管隔離。

鉆孔過程中，隨時保證孔內排渣暢通，及時排出孔內巖渣。為防止鉆進中排渣道堵塞及卡鉆，適當控制進尺速度。如遇排渣不暢時，停止給進，采用來回活動的辦法疏通排渣通道，確保鉆進的順利進行，鉆井成孔及時作好成孔記錄（口徑、鉆進時間、地層變化情況、鉆進參數等），每回次進尺進行鉆孔記錄和地質素描編錄。

3.5? 安裝注漿泵

在現場指定位置固定注漿機、攪拌機等設備，電源由指定配電箱接入，采用三相五線制電纜，按照一機一閘一漏的要求與機械設備連接。

3.6漿液配制

水泥砂漿制備：宜采用P.O 42.5普通水泥，水泥漿采用專業機械進行拌制，且水泥漿應加入10%的膨脹濟，水灰比控制在0.6，水泥砂漿分二級攪拌，一級攪拌完成后放入二級攪拌池繼續攪拌，在二級攪拌池內邊攪拌邊灌注，保證水泥砂漿攪拌均勻。水泥漿的強度根據《建筑砂漿基本性能試驗方法》JGJ 70-2009進行試塊的制作、試壓，必須滿足設計要求的強度標準。注漿孔內灌注0.6：1的純水泥漿，采用P.O.32.5普通硅酸鹽水泥，注漿壓力為0.2MPa-0.5MPa，根據以上配合比拌制的水泥漿通過現場先導孔施工，從水泥漿的凝結時間、結石率、流動性、漿液擴展性及經濟性等方面確定出合理摻砂量、粉煤灰摻量及水玻璃摻量，滿足設計及規范的要求，確定出合理的配合比，指導以后的全面施工。

3.7? 水泥漿液灌注

1、注漿管路系統的試運轉，接好水、電，施工前1.5～2倍于注漿終壓對系統進行吸水試驗檢驗，檢查管路系統能否耐壓，有無漏水;檢查管路連接是否正常;檢查設備機況是否正常;使設備充分熱身。試運轉時間為20min。

2、注漿順序

按自路基坡腳到向線路中心的順序進行，先兩側后中間，以保證注漿質量。注漿過程中發現冒漿暫停注漿，孔口封堵后繼續進行注漿，但應減少壓力或加濃漿液。注漿壓力：巖溶地表注漿一般在溶洞或土層中進行，一般工作壓力為0.1～0.5Mpa。終孔注漿壓力下的流量要求：注漿段的進漿量小于35L/min。實施大孔徑注漿，注漿壓力一般基巖中不小于0.1～0.3MPa，巖土界面逐步加大到0.3～0.5MPa，最大1.5 MPa。施工過程中根據注漿情況調整注漿壓力，注漿泵流量采用35～90L/min。

3、本工程采用二次注漿方式。注漿管用φ30PVC塑料管。二次注漿管距孔口3m以下開泄漿孔（10mm間距50cm）用透明膠封泄漿孔。

（1）一次灌漿：注漿泵需安裝壓力表，一次注漿壓力為0.5MPa，水泥砂漿水灰比控制在0.5，在拔管時管底控制在泥漿面一米以下保持壓力注漿以保證泥漿從下往上灌注，從而確保整條微型樁的水泥漿的飽滿性。

（2）二次加壓灌漿：因一次常壓注漿難以達到充盈系數要求，另外水泥漿收縮等因素需進行二次注漿來確保微型樁的成樁質量。二次灌漿在水泥漿初凝以后進行，二次注漿間隔時間不小于2.5-4小時之間，二次劈裂灌漿壓力為2-3MPa，保證填滿樁孔內空隙及收縮部分即孔口有濃水泥漿反出為止。當全部注漿孔施工完畢，將孔口用M10砂漿封閉，鋪設砂漿地坪澆注成一個整體。

4、填充較少的溶洞注漿

注漿開始時，根據地質鉆孔揭示的溶洞大小，先向溶洞中快速壓一定數量的純水泥漿，然后用砂漿泵直接將稀水泥砂漿通過壓漿管輸送至孔底，當砂漿無壓下落已經困難時，加壓灌注水泥漿。灌漿壓力采用0.3～0.5MPa，最大壓力達到3.0 MPa左右即可停止注漿。

5、填充量較多的巖溶注漿

向溶洞中注純水泥漿，注漿壓力0.3～0.5MPa，最大壓力達到2.0 MPa。

6、當遇有較大溶洞或注漿出現異常情況時，采取適量摻入細砂、粉煤灰、碎石等充填物，或采用加入適量水玻璃、細砂、粉煤灰等混合漿液，加快凝結速率，不斷總結施工工藝，減少水泥用量，控制注漿范圍，提高工效和保證注漿效果。

3.8注漿結束標準

當注漿達到下列標準之一時，可結束該孔注漿：

1、注漿孔口由小到大，逐漸上升到2.0MPa左右，吸漿量不大于35L/min，維持30min。

2、壓力控制標準：當壓力超過1.5～2.0Mpa，漿液難以注入時。注漿鉆孔基巖完整，或多次注漿，孔口壓力超過2.0MPa。

3、注漿范圍控制：冒漿點已出有效范圍或整治范圍外3～5m時。

4、單孔注漿量達到平均注漿量的2.5～3.0倍，且吸漿量明顯減少時，當達不到上述標準時，應清孔再次注漿。

5、地質條件控制：漿液已至溶洞下限，注漿受阻進漿困難時。

6、特殊條件控制：當單液注漿壓力不大（0.2～0.5Mpa）或降低注漿量，地表仍出現異常上鼓，影響建筑物穩定或公路運行安全時，應立即終止注漿，同時采用附近注漿孔“補償”的措施。

3.9拔管、回填、封孔

注漿完成后應拔管，若拔管不及時，漿液會把注漿管凝固造成拔管困難。拔出管后，及時刷洗注漿管，以便保持清潔、通暢。拔出管后留下的孔洞，及時用水泥砂漿封孔。

3.10 注漿質量保證措施

1、工程定位測量實行測量員測量、技術負責人審核、監理工程師批準程序，并以書面形式記載，不履行上述程序，不準開工。測量儀器選用高精確度全站儀和水準儀，每次測量后應作固定標記。

2、工程開工前，對工程量施工用的壓力表、計量秤、測量儀器等進行計量檢定。使用前檢查驗定證件或報告，無證件或檢定不合格的不許使用。

3、開孔前要對鉆機安裝質量進行驗收，確保鉆孔位置、角度、孔徑符合設計要求，而且確認鉆機已經安裝牢固后方可開鉆。為穩定鉆孔孔壁，采用泥漿護壁鉆進成孔，在鉆進過程中有必要時采用CXD對心護孔套管跟進措施，實行一邊鉆進同步跟進套管，保護好開孔段孔壁。鉆孔、注漿必須嚴格執行相關施工方案，未經允許，不得更改。

4、使用的所有成品、半成品、配件材料等必須要有出廠合格證和檢驗報告。施工前必須按規范和設計要求對所使用的成品、半成品、配件、材料等抽樣送檢，對檢驗不合格或規格、型號不符合設計要求者禁止使用。進場注漿材料的種類、規格及質量必須檢查產品質量證明文件，并現場抽樣檢驗。水泥按同一產地、品種、規格且連續進場的不大于200t為一批，每批抽樣檢驗1組強度、安定性、凝結時間等。嚴禁使用受潮、結塊、變質的加固料。

5、鉆孔達到設計深度后要清洗孔底和孔壁的鉆屑，鉆孔偏差控制如下表：

6、嚴格按照配合比報告配制漿液，所用材料必須計量稱重摻入。

按配合比充分攪拌后，用注漿泵通過注漿管均勻送入孔內，必須時刻注意注漿泵流量、注漿壓力的變化情況。注漿用的漿液應經過攪拌機充分攪拌均勻后才能開始注漿，并應在注漿過程中不停地緩慢攪拌，攪拌時間應小于漿液初凝時間。漿液在泵送前應經過篩網過濾。注漿施工時，采用自動流量和壓力記錄表，并及時對資料進行整理分析。開啟或關閉注漿泵時必須先開啟或關閉化學注漿泵，以免堵塞管路。

7、施工過程中經常檢查并記錄注漿壓力、漿液流量、注漿量，記錄每孔注漿時間、漿液配合比及外加劑用量等施工參數。檢查并記錄每個注漿孔垂直偏斜率、孔位偏差、鉆孔傾角。

8、注漿孔數5%鉆孔取芯檢查漿液充填情況，直觀判斷注漿效果。裂隙巖溶、洞穴等必須干鉆取芯，巖心采取率大于90%。布孔的重點是地質條件不好的地段以及注漿質量較差或有疑問的部位。檢查孔同時作為補漿孔。每工點注漿后進行物探檢驗，通過對注漿前后的物探成果資料進行對比，結合鉆孔取芯情況，判斷注漿效果。

三、施工過程控制

1、每個先導孔鉆探取芯施工單位必須按要求擺放整齊、標明孔號，提鉆及取芯樣品監理單位必須留存。鉆孔記錄必須詳細描述地質情況，尤其是發現溶洞地段更應描述清楚。

2、注漿出現異常情況必須及時通知設計及建設單位，以便制定下步施工措施。

3、施工過程必須嚴格執行監理現場旁站制度以及設計、建設單位人員常駐現場場制度，建設四方做到每日一小結，每周一分板，每月一總結，確保注漿質量和效果，保證工程投資愛控。

4、對于注漿量的確認，執行建設四方每日簽認制度，當天注漿量必須經建設四方簽認后，同時每孔注漿記錄必須經建設四方簽認。

5、各類設備應就近安裝固定管線，不宜過長，以防壓力和流量消耗。鉆機成孔插入注漿管后及時封堵孔口及附近的地面裂縫以防冒漿。

6、注漿過程加強地面觀測記錄。

在注漿區域埋設觀測樁，在注漿前后觀測其地表沉降。一般應在線路中心、路基兩側路堤以及坡腳外（或塹頂外）10m各設一排觀測樁，縱向間距一般不大于50m，過渡段范圍及非均質地區應加密觀測剖面。施工期間必須每天進行地表變形監測，實測地表變形量，測量精度不大于1mm，并做好詳細記錄，根據觀測數據控制注漿壓力，以免塹坡的穩定性或附近構筑物受影響，同時監測數據應提交相關部門，以備路基沉降分析用。

四、施工安全技術措施

1、鉆機應由熟練技工操作，鉆進過程中要經常檢查防止鉆機松動。

2、注漿時施工人員應戴上手套、戴上防護眼鏡、穿保護衣。

3、鉆進機臺施工必須做好地表排水和泥漿循環工作，保護環境，避免污染。

4、機械鉆進作業，非施工人員不得進入鉆機回轉作業半徑內，注意安全，閑人不得圍觀;漿液灌注中防治爆管和管路堵塞。

5、工區用電設二級漏點保護，所有電氣設備均采用TN-S接零保護系統。

6、加強機械保養維護，安全檢驗不合格的機械設備不得進場施工作業生產，嚴格遵守機械操作規程，遵章守紀，穿戴好防護用品。

7、施工時應與邊坡的監測同步進行。當出現險情、并危及施工人員安全時，應及時通知人員撤離。

8、科學合理地安排各分部、分項工程的作業順序。安全管理工作尤顯重要，除施工必須按操作規程執行外，應盡可能利用施工場區分區段、分層次進行施工，原則上采取分區段、分塊的施工順序，嚴格控制和禁止在漿液未到凝固期就緊臨施工鉆孔作業。

五、結論

1、鉆孔施工中分批次，分部位施工;先周邊，后局部;后序次鉆孔檢查前序次鉆孔注漿效果和充盈度;

2、水泥注漿施工中分批次，分部位施工;先周邊形成帷幕，后中間突出補強，互相檢查驗證，后續施工檢查確認前序次施工質量評價良好;

3、水泥注漿漿液配比由稀漸濃，水灰比0.8：1——0.6：1;滲流路徑由遠及近，注漿壓力逐漸升高，到達設計值穩定15min時即可，注漿量和注漿壓力雙指標控制注漿飽滿度;

4、水泥注漿在巖溶區塌陷防護、帷幕止水堵漏防滲工程中運用廣泛，效果明顯，工程實施后，防護區道路穩固，未見明顯下沉開裂跡象，道路監測記錄顯示良好，石龍水庫蓄水良好，止水防滲效果顯著。