浅谈岩溶注浆路基施工技术

陈临安

(湖南省凤大高速公路建设开发有限公司,湖南凤凰 416200)

随着经济的发展,我国公路里程的增加,路网密度也越来越大,高速公路建设过程中经过岩溶等不良地质区域无法回避。由于岩溶区工程地质情况错综复杂,因为不同的岩溶地质,其处治方法各异,一旦处理不好,将直接影响到工程的质量、安全及高速公路的使用品质,轻则造成经济损失,延误工期,重则在施工及运营过程中造成重大的人员伤亡。因此,迫切需要一套行之有效方案来指导岩溶区路基的施工。笔者结合凤大高速公路岩溶区路基施工处理的部分经验,总结了一套比较合理的岩溶区路基施工技术,为岩溶地区的溶洞处理积累工程经验。

1 工程概况

凤大高速公路建设项目地处云贵高原边缘,地势西高东低,海拔500～1 000m。区内地貌形态以岩溶山地地貌为主。按成因、形态划分,全线大部分路线穿越的地貌类型为溶蚀构造石丘洼地谷地地貌,起点一带,地貌类型为砂页岩低山丘陵。溶蚀构造石丘洼地谷地主要由中上寒武统灰岩白云岩组成,标高600～800 m。相对高差一般50～100m。有漏斗、溶蚀洼地、干谷、塌陷及正在消失的小河和流量很大的岩溶泉分布;地下形态常发育成暗河、大型的溶洞、落水洞等隐伏性的,对工程形成极大威胁的不良地质体,其处理工程量极大。岩溶对路基工程造成的危害性是多方面的,主要有:岩溶水浸泡路基;岩溶顶板坍塌造成路基沉陷;因溶蚀作用降低地基强度等,其中以路基沉陷最为常见,危害性也最大。本段岩溶路基分布情况见表1。

表1 本段岩溶路基分布情况

k3+370:该溶洞走向为k3+370左5 m～右5m(埋深约4～9.3m),指向左线k3+375～k3+390处(埋深约24～34m),有部分粘性土混碎石充填物。设计处理方案:开挖溶洞后边坡外露部分采用片石填塞、浆砌片石封闭;路基下隐伏部分采用注浆固结处理。

k4+140:该处存在1处充填型岩溶漏斗,深约18m,充填物为可塑状粉质黏土,填方路基段,设计方案:采用注浆固结加固处理。

k7+040:k7+035～k7+045有一岩溶体斜穿路基,埋深约6～20m,粘土填充,开挖后顶板厚度局部小于2 m,设计方案:开挖至路床后,采用注浆固结加固处理。

k7+470:该处右侧路基占压一处岩溶漏斗,岩溶体延伸至地面以下12～16 m,管道内有粘土填充,填方路基段,设计方案:采用注浆固结加固处理。

设计采用低压注浆(注浆压力0.3～0.4 MPa)处理,即用M 7.5砂浆灌注充填洞穴。注浆孔孔径为110mm,注浆管选用φ89mm无缝钢管,灌注浆液采用水泥砂浆(水∶水泥∶砂=0.6∶1.0∶1.0),注浆采用低压(注浆压力0.3～0.4MPa)间歇定量或循环式灌注,间歇时间可控制在7～8 h。

2 灌浆加固机理

灌浆就是要让水泥或其他浆液在周围土体中通过渗透、充填、压密扩展形成浆脉。由于地层中土体的不均匀性,通过钻孔向土层中加压灌入一定水灰比的浆液,一方面灌浆孔向外扩张形成圆柱状浆体,钻孔周围土体被挤压充填,紧靠浆体的土体遭受破坏和剪切,形成塑性变形区,离浆体较远的土体则发生弹性变形,钻孔周围土体的整个密度得到提高。

另一方面随着灌浆的进行,土体裂缝的发展和浆液的渗透,浆液在地层中形成方向各异、厚薄不一的片状、条状、团块状浆体,纵横交错的浆脉随着其凝结硬化,造成结石体与土体之间紧密而粗糙的接触,沿灌浆管形成不规则的、直径粗细相间的桩柱体。这种桩柱体与压密的地基土形成复合地基,相互共同作用起到控制沉降、提高承载力的作用。

3 施工准备

1)测量准备。对已探明的溶洞位置进行放样,确定处理范围及孔位等情况。

2)试验准备。浆材采用设计要求的水泥砂浆,水∶水泥∶砂=0.6∶1.0∶1.0。

3)材料准备:

①水泥。注浆用水泥采用普通硅酸盐水泥,水泥强度等级为32.5级,水泥不超过出厂日期3个月,受潮、结块者不得使用,水泥的各项指标符合国家标准,并附有出厂报告。

②砂。采用质地坚硬的机制砂或天然砂,粒径不宜大于2.5 mm,细度模数不大于2.0。

本项工程所需主要材料数量为:水泥2 175 t,砂8 000 m3。

4)施工现场准备。施工便道已拉通,施工场地已平整以利人员设备安置,施工用电采用自备发电机组自行解决用电问题。

施工用水采用就近利用水源。

5)人员及设备安排。

①施工人员安排见表2。

②机械设备安排见表3。

③主要测量仪器汇总表见表4。

表2 施工人员安排

表3 机械设备安排

表4 主要测量仪器汇总

4 施工方案

4.1 岩溶处理方案

根据地质钻探资料本段岩溶处理方案如下:

1)路基底或路基附近规模较小的岩溶泉,将泉水口处铺砌采用渗沟、涵洞等方法将水导出。

2)深而小的溶洞采用盖板跨越,对洞径小、顶板薄或岩层破碎的溶洞采用爆破顶板后用片石回填后,可注浆进行加固。

3)路基范围内的地表塌陷(土洞),在不影响地下水排泄通道时,采用回填夯实,并在地表整平后铺设土工格栅。

4)溶洞埋置较深,洞顶板较薄时,采用钻孔注浆加固。

4.2 钻孔注浆施工方法及注意事项

4.2.1 注浆孔布置

按设计要求及施工规范要求进行逐个注浆孔的定位,当地表、地下有障碍物时,根据实际情况适当移动孔位,移动后的孔间距不得超过0.5m。

4.2.2 成孔注浆工艺

溶洞压浆工艺流程见图1。

1)注浆钻孔开孔直径为φ110 mm,钻至完整基岩土层下0.5～1 m后,下入φ89 mm套管护壁。每个注浆钻孔至少测斜一次,终孔孔斜要求不超过2%。

2)注水试验:观察和记录土层、基岩钻进时的孔口返水和排渣情况视为注水试验,可综合判定该孔的可注情况;同时按孔数的10%均匀选定注水孔,验证地层并严格按要求进行注水试验,以确定注浆段的单位长度吸水量和浆液配方、配合比和泵压等参数。

3)采用跳孔施钻,施工时首先在两侧进行注浆,然后再在中线进行;在两侧进行注浆时,也必须采用间隔注浆的方法,以提高注浆效果。禁止全部钻完后再注浆。当溶洞多层时,采用自上而下的注浆顺序,即先灌上部第一层的的溶洞,然后灌下一层的溶洞,尽量避免浆液串冒。止浆采用似法兰盘简易止浆法或止浆塞、套管等方法止浆。

4)为增加浆液的和易性和水泥砂浆的早期强度,可在浆液中掺入适量的减水剂和早强剂,若遇空的岩溶通道、较大溶洞和裂隙处,吃浆量较大时,视具体情况可加入粗骨料并采用间歇注浆。当溶洞内充填物为亚粘土时,注浆方式为劈裂注浆;当充填物为砂砾、碎石时,注浆方式为压密注浆。当溶洞为半充填或无充填时,先填碎石,然后再注浆。

5)注浆时采用浆液浓度先稀后稠的方法,注浆开始时要定时观测泵的吸浆量和泵压,记录注浆过程发生的各种现象,收集原始数据,并根据实际情况调整注浆量和浆液浓度,注浆过程中若出现地表裂隙大量跑浆时,应采用间歇式注浆,或减少泵量及采取统一充填裂隙的措施,阻止浆液从地面大量流失。

6)结束注浆后及时清理设备、管道,拔出注浆管,用水泥纯浆将注浆孔全部堵塞好。

7)统计好注浆施工中的各项数据,做好施工记录,出现与设计有出入情况及时上报,一个区域的注浆作业完成后,清理好现场,搞好环境卫生。安全转移设备到下一个施工区域,进行下一步的施工作业。

单孔注浆结束标准:①控制孔口压力,孔口终压为0.3～0.4MPa,并根据孔口附近出现冒浆、串浆时可以结束灌浆;②达到设计灌浆压力,吸浆量小于5 L/min,并稳定20min视为结束。对因发生孔口管内/外冒浆而非正常结束的注浆孔,应视其原因,在附近重做或结合检查孔补注浆。

图1 溶洞压浆工艺流程图

5 处理效果

在处理过程中,监理工程师对施工过程的每一道工序都进行了全程监理,涵盖材料的进场、消耗、钻探、注浆以及混凝土的搅拌等各个流程。同时,还对施工的质量进行了严格的抽查:对于岩溶注浆,每个施工阶段完工之后,都布置了检查孔对钻孔取芯的质量进行检查。结果显示,溶蚀裂隙和溶洞全部被块状或短柱状的水泥结石所充填,从而有效地堵塞了土体运移的通道;从注浆前后的钻探循环水量对比中也发现,注浆前的孔钻漏水和孔口返水现象也得以解决。通过注水试验,可以发现,岩层单位长度吸水率大幅下降,满足设计要求,效果良好。

6 结语

总之,对于路基岩溶病害的治理,文章中提出的分析及治理方法还需要在实际的运用中不断地总结,以提高其适用性。这其中的关键是掌握岩溶发育特征的前提下,怎样结合路基的基础形式把己经成熟的各种分析方法及地基处理技术合理的运用。