巖溶地基施工技木及注漿參數現場試驗選取

王  杰，文江泉，鄒維勇

(西南交通大學土木工程學院，四川成都610031)

    隨著高速鐵路的發展，越來越多的鐵路穿越巖溶地區。巖溶作為復雜并且可形成極大危害的不良地質，越來越受到人們的關注。巖溶引起的鐵路路基塌陷，將嚴重影響路基的穩定性，給鐵路運營帶來重大的安全影患，甚至危及人民生命財產安全。因此，加強巖溶地基處理有著重大的技術價值和經濟意義。

1.工程地質及概況

    本工程位于廣州省英德市境內，里程為DK2056+400一DK2061+200，線路總長4.8km。該段主要為丘間斜坡和北江河流階地，覆蓋層厚l0～45m，為硬塑狀粉質黏土、卵石土、碎石土，下伏基巖為灰巖，含方解石，弱風化，節理裂隙發育，巖溶發育，多為垂直方向，且發育深度在10m以下。溶洞大小不一，最大3.8m，一般0.3—1.7m，溶蝕現象嚴重.溶洞、溶溝、溶槽一般充填或半充填軟塑狀粉質黏土，少量為空洞。地下水埋深1.10m，卵石土、碎石土第四系孔隙潛水發育、基巖裂隙水及巖溶水發育。

2.施工工藝

    2.1注漿參數的選取

    漿液配合比：在注漿施工前由施工工程師和監理工程師在現場做漿液配合比試驗，確定注漿參數，最后根據鉆探的地質情況來選取最佳配合比，施工中根據注漿報檢情況再來調整，漿液遵循由稀到濃的原則，起始濃度一般為1：1。本工程現場漿液配合比如表1。

表l漿液配合比現場配制表

    注漿壓力：注漿壓力遵循由小到大的原則，充填注漿孔口注漿壓力為0.2～0.5MPa；壓密注漿口注漿壓力不小+0.5MPa。

    注漿量：l、Ⅱ序孔充填注漿在土層中按照0.6 m³／m，卵石層中按照l.0 m³／m，灰巖中按照l.8 m³／m，111序孔壓密注漿按0.2 m³／m控制注漿量。

    2.2孔位布置

    本工程鉆孔注漿按照三序進行。l序孔為充填注漿孔兼先導孔，主要起充填巖溶及先導勘探作用，按照7m間距、正方形布置；Ⅱ序孔為充填注漿孔，對巖溶發育區起充填巖溶作用，在1序孔正方形中心及溶洞位置插點加密，1、Ⅱ序孔形成菱形布置，間距5m ；Ⅲ序孔為加密孔，對巖溶密集發育區域起壓密注漿作用，在I、Ⅱ序孔菱形中心插點加密，I、Ⅱ、Ⅲ序孔形成正方形布置，間距3.5m。原則上，巖溶易塌陷區實行兩序鉆孔注漿，巖溶極易塌陷區實行三序鉆孔注漿。

    2.3鉆孔

    注漿加固工程鉆孔是一道很重要的工序，它直接關系到下一道注漿質量的好壞。在鉆孔過程中，土層和巖溶發育破碎帶采用跟管干鉆(不加水)，鉆至巖層后采用飽和水鉆進，禁止使用泥漿鉆、大水沖水鉆進。鉆孔取出的巖心由上而下(由淺至深)按回尺進尺整齊順擺放。每取一次巖心，都要進行仔細觀察和判斷，填寫巖心簽和鉆孔記錄表。尤其對于溶洞、溶溝、溶槽及土石界面等情況，更要詳細記錄。鉆孔質量的控制通過“三檢”來完成，即開鉆前檢查鉆孔里程、位置和開鉆條件，到土石界面時檢查基巖成分、鉆孔深度和鉆進方法，鉆到設計深度時檢查鉆孔總深度、鉆孔直徑(不小于91mm)及鉆孔記錄表的巖心描述是否與實際相符。

    鉆孔終孔標準：①覆蓋層厚度小于30m，鉆孔鉆至土石界面以下基巖段5m(無空洞、溶洞情況下)。②覆蓋層厚度大于30m，則鉆孔鉆至30m處就終孔。③如果在進入灰巖5m范圍內發現充填、半充填溶洞、空洞，則鉆至溶洞底板下2m。

    2.4封孔

    封孔前，先清洗注漿孔，將殘留在孔底的沉渣或沉淀物清除。洗孔有兩種方法：一是直接用鉆桿清洗；另外一種是用橡膠管清洗，即先將橡膠管插入孔底后，再注入清水，待沉淀全部清除后，停止注水。

    清孔完畢，預埋4,32 mmPVC管至孔底。當孔深大于10m時，然后填注, Φ20-30mm的碎石至土石界面上2～3m，邊填邊探。填注完碎石后，依次繼續填注1m河沙和1m黏土，最后用稠水泥漿封至孔口。當孔深小于l0m時，碎石填至土石界面上1m，用止漿塞封住。最后根據地下水位的高低確定封孔方式：若地下水位較低或無地下水，則用稠水泥漿封至孔口；若地下水位較高，則直接用干水泥粉進行封孔，邊倒入水泥邊輕輕搖動注漿管，直到將鉆孔全部灌滿。

    2.5壓水試驗

    每一個工點和地質變化較大的地段，在正式注漿施工前，都要做壓水試驗，其目的是了解巖層滲透性，確定滲透系數K或滲透率Lu，從而判定該段巖溶發育程度，以指導注漿施工。另外根據注漿前后巖層滲透率Lu值的變化判定注漿效果。

    (1)試驗設備：壓力表、水表、三通接頭和供水設備(注漿機)。

    (2)試驗方法：本次試驗采用單點壓水法。試驗前，依次連接供水設備、三通接頭、水表、壓力表、注漿管。正式壓水試驗應保持一定的壓力，當壓力保持一定時，每個單位時間內計入一次水流量。每段每次壓水試驗應做一個或三個壓力段，壓力值應盡可能使各孔各段取得一致，每個壓力階段中，不得中斷或改變壓力，否則重作，穩定耗水量之誤差值，應保持在±5％內。

    (3)壓力控制方法：通過三通接頭，利用水流量的增減，控制一定的水柱壓力。

    (4)試驗成果計算采用公式：Lu=Q／PL)

    式中：Q為單位時間流量(L／min)；P為壓力值(MPa)；L為過濾段長度(m)。

    2.6注漿

    2.6.1注漿機理

    武廣客運專線巖溶處理注漿主要采用充填注漿法。充填注漿法，是指利用純水泥漿或摻有填充料的水泥漿直接向被注漿載體內的大孔隙、溶洞、空洞、巖溶裂隙等空間  注漿的一種以不改變巖土體的原有結構但充填其原有空間的施工方法。

    充填注漿法的關鍵是“填”，即填滿被注漿載體內的空間。在充填過程中采用的注漿壓力上限不改變巖土的原有結構，下限不低于埋藏深度自重應力。本工程根據設計要求，注漿孔口壓力采用0.2—0.5MPa。

    2.6.2注漿試驗

    在正式注漿施工前，要進行一系列的注漿試驗，其目的是：(1)檢驗封孔是否滿足壓力要求；(2)確定漿液的配合比；(3)測定不同水灰比的漿液容重、結石率；(4)測定同一配合比漿液在不同壓力下的流量；(5)確定漿液  的擴散半徑：在施工過程中觀察注漿孔周圍地表和地下水露頭的變化及在后續孔的鉆探中揭示鄰孔的注漿充填情況，

    判斷得出漿液的大致擴散半徑；(6)選定最佳注漿施工工藝；(7)論證注漿方法在技術上的可行性，效果上的可靠性和經濟上的合理性。

    2.6.3注漿方法

    由于本工程巖溶覆蓋層厚，為了確保注漿質量及提高注漿效率，采用“整體注漿”法，即把注漿段(基巖上下各5m)進行一次性注漿完成。注漿采用壓力由小到大，濃度由稀到濃，速度由慢到快的原則進行。

    2.6.4終孔標準

    孔口壓力滿足壓力控制要求，且l0min持續注漿量小于1L／min。由于現場設備條件有限，無法準確測定灌漿流量，我們采用兩種方法來判定注漿是否達到終孔標準。一種是當壓力達到規定要求時，此時關閉注漿機閥門，穩壓10min，如果在這10min內壓力不回落，或回落后壓力滿足控制要求后而達到穩定狀態，則可終孔。另一種是當壓力達到規定要求時(如0.5MPa)，此時調節卸漿閥門來控制壓漿流量的大小，從而保持壓力在0.5MPa，并繼續注漿，當感覺流量明顯減少，或幾乎不吃漿時，此時再持續10min，壓力仍穩定在0.5MPa或升高，即可終孔。

    2.6.5質量檢查

    每一個工點注漿施工結束后，為了解施工質量，進行注漿效果檢查。檢查孔布置于兩注漿孔中間，數量為該工點注漿孔的5％一l0％，且每個注漿工點不得少于2孔。當滿足下列條件之一時，可以判斷注漿施工質量符合要求：(1)檢查孔巖芯可見多處水泥塊，基本填滿可見縫隙及溶洞全部填滿。(2)壓水試驗測定的滲透系數小于注漿施工前的l／10。(3)檢查孔的單位吃漿量不超過周圍4孔單位吃漿量的l5％。

3.特殊施工工藝

    3.1水泥一水玻璃雙液注漿工藝

    在水泥漿液中加入水玻璃，有兩種作用：一種是將水玻璃作為速凝劑加入漿液中，促使漿液很快凝結；另一種是作為漿液中的組成成分，將水泥漿液和水玻璃液按照一定比例，使用雙液灌漿施工方法進行灌漿。本工程根據設計，在大溶洞、注漿量特別大的孔段和嚴重漏漿、冒漿孔段采用水泥一水玻璃雙液注漿。

    根據鉆孔揭示的各灌漿段的溶洞大小和孔隙連通條件，通過現場試驗灌注，進一步分析雙液的有效灌入量和有效半徑，以及雙液混合時漿液被稀釋的濃度，確定最佳配合比。一般水泥漿的水灰比為l：1，水泥漿與水玻璃體積比為  1：O.4～1：1，膠凝時間控制在50S～2min。

    雙液混合可采用孔l：3 混合直接灌入法和攪拌桶混合單管或雙管灌注法。前種方法適用于吸漿量大的淺孔和開口型溶洞，工藝簡單、見效快；后一種方法適用于厚覆蓋層的溶洞、空洞和漏、冒漿孔段，此方法適用廣，但易堵塞管道，造成停灌和高壓管報廢。因此，本工程采用雙管灌注法，即埋設兩根注漿管，水玻璃和水泥漿液采用兩臺注漿機同時進行灌入，從而避免堵管停灌而使注漿孔報廢。本工段在大溶洞和連通性溶洞中合理地使用了水泥一水玻璃雙液注漿法，取得了很好的效果。

    3.2冒漿、漏漿處理施工方法

    在注漿過程中，若出現冒漿、漏漿等情況，可采用以下處理措施：(1)提高漿液濃度，著減小注漿流量，降低注漿壓力以近乎零壓力狀態緩慢注漿。(2)加入氯化鈣(CaCl2)等速凝劑，縮短漿液凝結時間，用量在3％~5％．根據實際情況調節。(3)如遇冒漿、漏漿很嚴重的情況，可采用間歇注漿法，即注漿一停止一再注漿，但間歇前注漿管必須清洗處理。(4)封堵法：對于孔口冒漿，可采用麻繩或廢棄的水泥編織帶塞填套管間隙或套管與孔壁的間隙。對于地層冒漿，可挖開冒漿位置約0.5m深，用一定比例的水泥一水玻璃漿液填之，能在數秒鐘內凝固而阻止冒漿。(5)采用水泥一水玻璃雙液注漿法。

    3.3吸漿量較大處理方法

    當遇到溶洞或空洞，注漿量超過正常值一倍以上時。可采用以下幾種措施：(1)較大的溶洞或空洞，應增大鉆孔的孔徑，并在封孔前用碎石將溶洞或空洞填滿，注漿時采用較濃的混合漿液，并提高注漿壓力，注漿后應在四周增加注漿孔，以探測溶洞大小和檢查注漿是否注滿，若未注滿，應繼續補漿。(2)在純水泥漿中加入適量粉煤灰、細砂等摻合料，以增大孔隙率。(3)采用水泥一水玻璃雙液注漿法。(4)采用間歇注漿法。

4.結束語

    本文介紹的對厚覆蓋型巖溶地基注漿處理，主要采用探、灌相結合的原則，即鉆探和充填及壓密注漿相結合，一方面是切斷土石界面的巖溶水通道，阻止上部土層顆粒在水的流動下移動，形成新的土洞而產生塌陷；另一方面是充填基巖中已有的縫隙、溶洞、空洞，從根本上進行整治。

參考文獻

[1]SL 62—94水工建筑物水泥灌漿施工技術規范[s]．[2]  JGJ*123—2000既有建筑地基基礎加固技術規范[S]．

(本文來源：陜西省土木建筑學會  文徑網絡：尚雯瀟 溫紅娟 尹維維 編輯  文徑 審核)