李建新，何昌杰，吕基平，肖安保，赵金国

(1.中建五局第三建设有限公司，湖南 长沙 410004； 2.中国建筑第五工程局有限公司，湖南 长沙 410004)

0 引言

岩土加固领域，破碎岩体通常采用竖向注浆加固或传统的锚索、锚杆加固。破碎岩体竖向加固适用于浅层岩体裂隙，对于深层岩体裂隙则质量难保证、资源浪费大。而在锚索加固中普遍采用孔底返浆或二次劈裂注浆工艺，锚索孔周边岩体未能充分、有效加固，易出现锚索预应力松弛、握裹体松动被拔出、岩体加固后依旧出现变形过大甚至破坏等情况。特别是岩溶地质破碎岩体的加固，岩溶、裂隙发育，传统竖向注浆加固工艺加固成本高、资源浪费大、加固质量难控制；传统锚索加固因岩体各段裂隙发育程度不同、注浆路径较长等问题，导致注浆压力过程损失，岩体各段注浆压力不一，对破碎岩体加固效果有限。为了有效控制岩溶地质破碎岩壁岩体加固质量，提高岩壁岩体稳定性，控制岩壁岩体变形，提高岩体物理力学性能，需要提出一种能够有效控制及提高岩溶地质破碎岩体注浆加固质量又经济合理、资源节约的方法。

1 工程概况

长沙冰雪世界项目位于长沙市岳麓区坪塘镇山塘村至狮峰山村地段，坪塘大道东侧、清风南路南侧，原湖南省新生水泥厂采石场桐溪湖矿坑。矿坑长直径 230m、短直径180m，边坡大部分基岩裸露，坑壁顶部有土层覆盖。

冰雪世界主体结构主要通过位于坑底的柱子支撑，部分荷载落在坑壁边坡 16.000m 标高平台上。坡顶的冰雪世界地下室采用桩基础将荷载传递到下部稳定岩土层中，如图1所示。

图1 冰雪世界主体支撑结构三维示意

边坡在自然状态下整体稳定，为保证边坡开挖以及上部结构施工期间边坡安全，确保冰雪世界主体建筑在设计使用年限内边坡的稳定，需对边坡进行加固。

2 工程地质条件

2.1 地形地貌特征

工程场地原始地貌单元为湘江河流冲积堆积阶地，岩石为灰岩，厚度>210m。边坡大部分基岩裸露，坑壁顶部有较薄的红褐色人工填土和褐黄、褐灰色粉质黏土夹砾石。

边坡岩体表面见裂隙性溶蚀风化现象，沿断层、裂隙及层面等结构面溶蚀风化现象较普遍，风化裂隙较发育，结构面胶结物蚀变明显或溶蚀充泥现象普遍，溶蚀风化张开宽度一般为3～10mm；结构面间的岩石组织结构无变化，保持原始完整结构，岩石表面或裂隙面风化蚀变或褪色明显；岩体完整性受结构面溶蚀风化影响明显，岩体强度略有下降。

边坡岩体内部主要见溶蚀裂隙、溶蚀沟槽和少量溶穴。主要分为溶穴、槽状溶洞、溶蚀破碎带和溶蚀裂隙发育带。

2.2 地层岩性特征

场地勘察深度范围内，岩土层主要为土、砾-卵石、灰岩及溶蚀物，边坡岩体主要为灰岩。根据钻孔资料地层可分为：人工填土、淤泥质粉质黏土、耕土、粉质黏土、含砾粉质黏土、圆砾、卵石、残积粉质黏土、微风化灰岩、溶洞填充物、溶洞。

2.3 水文地质条件

场地深度范围内地下水主要为基岩裂隙水、孔隙潜水及上层滞水。

2.4 特殊岩土与不良地质作用

场地基岩灰岩岩层产状较为平缓，部分地段纵向节理及裂隙发育岩体完整性较差。场区范围下伏灰岩中岩溶较发育，以浅埋溶蚀裂隙为主，次为溶洞及溶蚀小孔，基岩顶部发育有溶沟。

场地岩溶规模较大且大部分均有充填物。岩溶形态以溶洞或溶隙为主，发育深度一般在地表下30m以内，并随深度而减弱。溶洞、溶沟、溶槽等在标高-5.000～35.000m范围内均有发育，且连通性较好。场地范围内无区域性断裂穿过矿坑区，矿坑发育大小断层4条。

场地岩石节理裂隙发育，一般节理面均有充填物，为方解石和石英充填，节理面见褐红色铁锰质氧化物，矿坑坡顶部局部由于水作用沿裂隙岩溶发育形成溶蚀沟和溶蚀槽。

3 施工工艺流程

岩溶地区通过锚索孔压密注浆加固岩体工艺需要经过锚索钻孔记录复核地质、制作及安装注浆装置、试验配置水泥浆、利用锚索孔多次注浆加固岩体、注浆岩体试验检测等工序，其具体工艺流程如图2所示。

图2 施工工艺流程

4 实施步骤

岩溶地区通过锚索孔压密注浆加固岩体工艺具体分为以下9个步骤实施。

1)锚索钻孔记录复核地质

锚索孔采用地质钻机成孔，成孔过程中作业人员做好地质记录，重点记录特殊地质段的地质情况、长度及所在位置等，以便施工过程中根据地质情况清理裂隙和调控注浆速度。同时做好地质复核，并及时将现场发现的特殊地质情况反馈给设计院，修正调整设计。

2)制作注浆装置

岩溶地区矿坑岩壁加固采用通过锚索孔压密注浆加固岩体工艺，需要制作特殊的注浆装置。

3)制作内管注浆枪头

出浆枪管采用DN25镀锌钢管制作，长度53cm。管壁上打孔径5mm的出浆孔。出浆孔每圈4个、每圈间距5cm均匀对称布置。球形止浆套与单向止浆套均紧密贴附在短节镀锌钢管上，密封处理。球形止浆套与单向止浆套上均预留1个小圆孔，安装时2个小圆孔在1条直线上，用于安装小铜管，通过铜管平衡注浆外管内、密封体外的压力差，减少拔管阻力，铜管安装做好密封处理。枪头组装时，各个管箍内放置密封圈，钢管丝头上包裹密封胶带，再套入管箍，如图3所示。

图3 注浆枪头示意

4)制作注浆外管

注浆外管管节采用DN50(壁厚4.7mm)的PE管制作，管壁上打孔径5mm的出浆孔。外管出浆孔从管材端头起25cm位置打首段首圈出浆孔，每段50cm，间隔跳打。每段出浆孔位置按出浆孔每圈6个、每圈间距5cm均匀对称布置。出浆孔采用宽1cm、厚0.5mm的橡皮圈套箍单向封闭，保证出浆孔只出浆、不进浆(见图4)。

图4 注浆外管示意

5)安装注浆装置

注浆外管同锚索束一起安装，位于锚索束中间，采用隔离支架固定，同锚索一起送入锚索孔内。注浆外管套筒连接，管节间紧密贴合，螺栓固定。套管与主管间的接缝采用密封胶带进行密封，注浆外管底部采用楔形止浆塞进行封堵。锚索束安放时弯曲半径大于30倍注浆外管直径，防止注浆外管在送入锚索孔过程中弯曲破坏。内管接管送入枪头直到外管底部。安装完成后，检查枪头两端止浆套与注浆外管形成空腔的密封性，如图5,6所示。

图5 注浆外管安装示意

图6 锚索与注浆管布置剖面

6)试验配置水泥浆

岩体注浆加固配置两种不同的水泥浆液。一种为42.5普通硅酸盐水泥浆液，水灰比控制在0.3±0.01以内，用于岩体第1次注浆和第3次收缩补浆，第1次注浆的水泥浆液应根据施工时长，加入适量的缓凝剂，延长浆液初凝时间；另一种为超细水泥浆液，水灰比控制在0.42±0.01以内，用于岩体第2次注浆，可以加入适量的减水剂，增强水泥浆的流动性和渗透性，扩大浆液渗透范围，提高岩体注浆质量。具体的浆液配合比通过试验确定。

7)锚索一次自留注浆

注浆外管与锚索孔壁间自留式注入42.5普通硅酸盐水泥浆液，依靠其自身重力，从下往上逐步填充外管与孔壁间的空隙。注浆过程中根据现场岩体裂隙情况控制注浆速度，以利于延长水泥浆渗透时间，扩大水泥浆渗透范围。水泥浆从孔口返出新鲜浆液5～10min后停止注浆，采用止浆塞封堵锚索孔，预留注浆外管注浆孔。为防止止浆塞在二次分段分级稳压注浆时被高压冲出，在止浆塞外填充速凝水泥砂浆，其长度>1m，提高止浆塞抗压能力。

8)锚索二次分段分级压密注浆

外管与孔壁间空隙浆液初凝前，进行分段分级加压注入超细水泥浆液，最终注浆压力可根据岩体情况在0.5～1MPa范围内调整。岩体注浆段到孔口距离>3m范围进行4级加压注浆，每段注浆按设计压力的10%，30%，60%，100%逐步分级加压完成。岩体注浆段到孔口距离<3m范围进行5级加压注浆，每段注浆按设计压力的10%，30%，50%，75%，100%逐步分级加压完成。依次循环，逐步完成锚索孔周边岩体及锚索孔的注浆。分段分级加压注浆时，以注浆压力和注浆流速作为岩体各段停止注浆的判别条件。每一级注浆压力达到指定要求，注浆流速<0.1L/min，则进行下一级压力注浆。每段最终注浆压力达到设计值时，注浆流速<0.1L/min，且保持5min不变时，进行下一段加压注浆。每一段注浆完成进行下一段注浆。注浆压力达到设计要求时停止注浆。岩体裂隙注浆时须严格控制注浆压力和流速，在锚索孔口段岩体注浆更为重要，以保证每段注入的水泥浆能够充分渗透到岩体裂隙，同时避免因单次注浆压力过大扩张岩体裂隙，影响岩体稳定性。若孔口岩体破碎，出现岩壁胀突现象，即使未能达到注浆压力，也需停止注浆。

注浆枪头须按照固定长度逐步从外管底部向上拔出，保证锚索孔每段岩体能够得到加压注浆密实，孔壁岩体裂隙得到充分填充，扩大注浆体，保证注浆质量。

9)锚索三次收缩补浆

外管与孔壁间浆液二次分段分级加压密实后，锚索孔内浆液进入初凝状态，浆液体积收缩时，更换注浆枪头，进行补浆密实。同时完成注浆外管内腔注浆。锚索孔三次收缩补浆采用42.5普通硅酸盐水泥浆，注浆标准采用注浆压力与注浆流速双重指标进行控制。

10)锚索孔注浆封堵

外管内腔注浆采用42.5普通硅酸盐水泥浆注浆完成，拔出注浆内管及枪头，将剩余部分的岩体多次反复注浆填充，待浆体终凝无收缩后封堵锚索孔。

11)注浆岩体试验检测

待注浆完成28d后，现场钻芯取样，检测岩体注浆质量，并按照抗压试验要求制定标准试件，进行抗压试验，重点检测岩体破碎带注浆后的强度。注浆岩体抗压强度检测须100%满足设计要求，以保障岩体承载力，保障边坡稳定性。

5 结语

岩溶地区通过锚索孔压密注浆加固岩体工艺克服了岩溶地质破碎岩体岩溶、裂隙发育，传统竖向注浆加固工艺加固成本高、经济效益差、资源浪费大、加固质量难控制等问题以及传统锚索加固因岩体各段裂隙发育程度不同、注浆路径较长、注浆压力过程损失、岩体各段注浆压力不一，对破碎岩体加固效果有限等问题。分段分级稳压注浆能够保证每段岩体注浆压力均衡，水泥浆能够充分渗透到岩体裂隙中，又可以避免因单次注浆压力过大扩张岩体裂隙，影响岩体稳定性。分段分级稳压注浆能够在设计注浆压力下最大限度填充岩体裂隙，提升破碎岩体裂隙浆液填充率，扩大注浆体，提高破碎岩体稳定性，控制破碎岩体变形，提高破碎岩体物理力学性能，提高岩溶地质破碎岩体的整体加固质量。