客专岩溶路基注浆加固设计及施工技术

2010-08-21李伟

山西建筑 2010年8期

李伟

近年来随着客专铁路的发展,对线路的稳定性和平顺性提出了更高的要求,如对岩溶路基处理不当将给铁路运营带来重大的安全隐患。因此,加强岩溶地基处理对客专建设有着重大的实际意义。

1 工程概况

津秦客专DK153+580～DK153+706.8段填方路基,地形略起伏,经钻探显示本段地基岩层以页岩和灰岩为主,溶洞高度在0.3 m～8 m之间,溶洞埋深厚度19.6 m～39.5 m,溶洞全充填,充填物为黏性土、砂砾及细、粗角砾,经结合物探综合判定,此段路基内岩溶埋深为浅覆盖型,岩溶发育为中等发育,属于较稳定区、易塌陷区。

2 岩溶地基注浆加固原理

岩溶地基注浆加固原理有两个方面:1)通过对岩面下灰岩的注浆,充填灰岩的溶洞及溶洞充填物间隙,防止填筑路堤增加荷载而使溶洞顶板产生坍塌,提高灰岩地基承载力;2)通过对岩面上土层的充填注浆,形成土层帷幕,降低土层渗透性,减小地下水波动对土层的潜蚀、真空抽吸作用,提高灰岩地基承载力。

3 岩溶地基注浆加固设计

3.1 注浆加固范围

岩溶弱发育～岩溶中等发育地段注浆加固地段长度控制在溶洞地段或溶隙发育带前后10 m。岩溶强发育地段注浆加固地段长度控制在溶洞地段或溶隙发育带按计算的安全距离以外10 m。

3.2 注浆加固深度

岩层岩溶弱发育地段,当覆盖层厚度小于7.0 m,加固覆盖层及岩层深度不小于10 m;当覆盖层厚度大于7.0 m时,加固岩层以上覆盖层厚度2.0 m,岩层厚度3.0 m。

岩层岩溶中等发育～强发育地段,当覆盖层厚度小于7.0 m,加固覆盖层及岩层深度不小于12 m;当覆盖层厚度大于7.0 m时,加固岩层以上覆盖层厚度3.0 m,岩层厚度 5.0 m。

地质钻孔发现可见溶洞地段,应加固至溶洞以下2 m。加固深度以下的溶洞,若稳定性或易塌陷程度评价不满足要求时,应采取加固处理。

3.3 注浆孔位布置

与CFG桩加固处理重叠地段,注浆孔布置为正方形,间距为4.5 m～5.4 m(间距为CFG桩间距的3倍),注浆孔位于CFG桩之间;其他地段注浆孔布置为三角形,孔间距5.0 m。注浆孔孔径:110 mm。注浆孔平面布置示意图见图1。

3.4 DK153+580～DK153+706.8段岩溶路基注浆设计

根据以上设计原则,结合 DK153+580～DK153+706.8段路基岩溶地质情况,本段路基注浆加固设计见图2。

4 岩溶注浆加固施工技术

先导孔技术钻探原则如下:

1)先导孔应首先进行施工,施工完成后方可进行下道施工工序。2)先导孔开孔场地平整后,应首先准确进行里程、坐标、高程的量测。3)开孔直径不小于 110 mm,终孔直径不小于 91 mm,孔深为钻至注浆底高程下2 m。4)先导孔钻探过程中,应配备经验丰富的地质工程师进行岩芯编录工作,并及时进行资料的整理工作,及时反馈给设计人员进行动态设计。5)终孔需经地质工程师确认无误方可终孔,或回填钻孔,帷幕孔完成后进行注浆,未施工帷幕的先导孔暂不注浆。

钻探技术要求如下:

1)钻进过程采用合金干钻、合金清水钻或泥浆钻。2)钻进岩芯采取率,第四系土层不小于90%,岩层不小于80%,溶洞充填物不小于50%。3)一般回次进尺土层1 m～2 m,岩层不大于3 m,溶洞地段回次进尺应不大于1 m。各种分界线深度误差控制在5 cm左右。4)现场采取的岩芯应按照顺序整齐排列在岩芯箱(长度为1 m整,每箱5 m并有隔断)内,岩层分层界线、空洞、充填物等处需有标签,并注明孔号、工程名称、里程、起始深度,由地质工程师拍数码图像,每5 m拍照一次(另外拍摄整孔岩芯照片1张),应俯拍,照片要清晰、明亮,不得有重影、阴影,照片反映岩芯应与日志描述相对应,每孔照片按孔号及里程编制文件夹。5)地质工程师应在现场根据钻进情况填写钻探日志,及时记录钻进情况、地层岩性界线、空洞界线、充填物界线以及特征等。记录内容应全面、描述应完整、文字应清晰。钻探过程中出现的异常情况应有详细记录,并及时上报勘察设计人员。6)钻进结束后应进行地下水位的观测(观测水位孔不少于总孔数的1/4,分散布置),采用清水钻可将孔内水抽干,24 h后进行观测,若采用泥浆钻进,应用清水洗孔后将水抽干,24 h后观测,选2孔～3孔采取地下水样进行环境水侵蚀性分析。

5 岩溶注浆加固施工工艺

5.1 施工工序流程

施工工序流程见图3。

5.2 施工准备

施工场地预先平整,并沿钻孔位置开挖沟槽和集水坑。根据设计准确测量放出注浆孔位置及高程。移动钻机至钻孔位置,用倾斜尺、水平尺等工具调整钻机角度,使得钻机呈水平,安装牢固,定位稳妥。

5.3 钻孔注浆过程

注浆孔采用跳孔施钻,跟孔注浆。钻孔施工自路基坡脚向线路中心顺序进行,先两侧后中间,保证注浆质量。首先成孔,采用φ 108 mm钻头下钻至设计加固深度,加固深度不小于设计深度,若施工过程中遇溶洞,应钻至溶洞底板下2.0 m。开孔时要轻加压、慢速、大水量,防止将孔开斜。钻进过程中注意观察地层变化,详细作好钻孔记录,如有塌孔应采用套管跟进。然后下注浆管注浆,注浆孔有空洞时灌注中粗砂或水泥浆液(可含碎石)直至溶洞充填后才进行注浆。最后封孔,注浆结束后,立即拔起套管,采用M5水泥砂浆封孔。

5.4 注浆参数的选取

注浆水泥采用P.O42.5水泥,水泥浆液初始水灰比为1∶1,掺入水玻璃(水玻璃浓度为40 Be,模数2.4～3.4,体积比为 1∶0.1～1∶0.05),当进浆量较大时,应逐步提高浆液的浓度,当遇到空的岩溶通道,较大岩洞和裂隙处,注浆压力持续较小时,可先灌注中粗砂或稀的水泥砂浆对溶蚀腔体进行充填,再行注浆。

5.5 注浆压力

注浆压力应通过现场试验确定,一般岩层中为不小于0.1 MPa～0.3 MPa,注浆压力土层中为不小于 0.2 MPa～0.5 M Pa,最大不超过1.5 MPa。

5.6 质量检查

1)注浆检查应在注浆结束28 d之后进行,采用钻孔取芯、压水试验和瞬间面波法检测。2)检查孔数为5%,且不少于5个,检查合格率不应小于85%。

6 施工特殊情况处理

6.1 冒浆、漏浆处理施工方法

在注浆过程中,出现冒浆、漏浆等情况,采用以下处理措施:1)提高浆液浓度,并减小注浆流量,降低注浆压力,以近乎零压力状态缓慢注浆。2)加入氯化钙(CaCl2)等速凝剂,缩短浆液凝结时间,量在3%～5%,根据实际情况调节。3)如遇冒浆、漏浆很严重的情况,可采用间歇注浆法,即注浆—停止—再注浆,但间歇前注浆管必须清洗处理。4)封堵法:对于孔口冒浆,可采用麻绳或废弃的水泥编织带塞填套管间隙或套管与孔壁的间隙。对于地层冒浆,可挖开冒浆位置约0.5 m深,用一定比例的水泥—水玻璃浆液填之,能在数秒钟内凝固而阻止冒浆。

6.2 吸浆量较大处理方法

当遇到溶洞或空洞,注浆量超过正常值1倍以上时,可采用以下几种措施:1)较大的溶洞或空洞,应增大钻孔的孔径,并在封孔前用碎石将溶洞或空洞填满,注浆时采用较浓的混合浆液,并提高注浆压力,注浆后应在四周增加注浆孔,以探测溶洞大小和检查注浆是否注满,若未注满,应继续补浆。2)在纯水泥浆中加入适量粉煤灰、细砂等掺合料,以增大孔隙率。3)采用间歇注浆法。