岩溶洞穴是指可溶性岩石在喀斯特作用下形成的地下塌陷、洞穴现象。假若岩溶洞穴埋层较浅且溶洞跨度大、顶板薄，其地表层在重型机械或运营车辆等负荷的作用下，必将发生沉降甚至塌陷，这种地质对于铁路建设危害巨大，安全隐患堪忧，故必须对溶岩地基进行加固处理。在对岩溶路基处理方面，应针对溶岩顶板状况和洞穴埋深及发育程度进行相应处理，比如溶岩顶板厚度在3～5m之间的、溶洞岩石顶板不完整的和覆盖土层厚度在3～15m之间的，施以钻孔注浆工艺最为合理，对工程安全质量有较大保障。以某铁路工程岩溶路基为例，介绍岩溶注浆在地基加固处理中的应用。


1工程概况


某工程位于湖南中西部，线路起于云贵高原东部边缘，穿越“原始江南古陆”雪峰山区，止于湘中南丘陵区，跨越沅水、资水、湘江三大水系。该工程部分路段下伏基岩岩溶发育，下伏基岩多为泥岩夹砂岩、白垩、三系泥岩、石炭系、二叠系煤层、石岩系、泥盆系灰岩、泥灰岩等。受强烈地质构造作用，基岩节理发育，岩性破碎，岩溶现象多发，溶洞、溶蚀、地面塌陷等较为普遍，DK264+700～DK266+550段路基岩溶尤为突出，对该岩溶路基段的处理方式，设计上主要以钻孔注浆为主，结合复合地基加固、爆破揭盖、碎石回填等工艺进行处理。


2岩溶地基处理方案


该路段地下水为孔隙潜水及基岩裂隙水，较发育，受季节性降雨影响，与地表水互为补给，在真空抽吸作用下易形成土洞或岩溶，导致路基塌陷。另外在路堤填料及运营车辆等负载压力下岩溶洞顶极易塌陷，若未及时妥善处理，将对铁路路基稳定及运营后线上行车安全带来极大威胁。对此可先利用注浆工艺，借助外界压力向溶洞、地基空隙、岩溶裂缝中注入惰性材料，待浆液凝固后，封闭岩溶裂隙，形成隔水帷幕，阻隔岩溶水。填充后的溶洞能够有效约束地基变形，地基强度明显增强，路基沉降得以控制。随后，再对岩溶地基进行注浆加固，注浆方式采用压力注浆，孔位按正方形或长方形布置，孔排距6m，孔间距5～6m。处理过程中，施用探灌结合的方式，选取40%的孔位作为先导勘探孔，注浆加固厚度平均8～10m，在上部土层加固3m，岩土界面下加固深度不小于5m，溶洞底板下加固2m。质量检测方面，可利用注水试验、物探技术和钻孔取芯等对注浆质量效果进行检测。


3施工工艺


钻孔注浆工艺流程如图1所示：


4具体施工方法


4.1施工准备


⑴分析图纸：认真研读图纸内容，明确设计意图，把握岩溶注浆工点概况，针对岩溶地质状况分别制定先导孔和注浆孔施工方案，做好技术交底。⑵平整场地：路堑段为设计路肩标高，路堤段为设计基底标高以上50cm；设置必要的排水槽和集水坑，形成排水系统，防止地表渗水。⑶测量定位：按基准线、水准点和岩溶注浆孔位布置图标定孔位，并进行复测，注浆孔放样以岩溶路基段起点到终点间的中点向外扩散布孔。⑷设备就位：将钻机移位到注浆孔处安装就位，调整钻机角度，确保钻机对正孔位，就近安设配套注浆设备，固定注浆管线。⑸材料准备：准备注浆用硅酸盐水泥、水玻璃、中粗砂和粉煤灰等原材料，对进场材料检验。


4.2钻孔


注浆孔分先导勘探孔和分序注浆孔两种，首先施钻先导孔，先导孔施作完毕，将先导孔相关信息资料整理上报至设计监理单位并明确岩溶注浆深度与范围后再施作注浆孔。钻孔采用XY150型工程地质钻机成孔，跳孔施钻，钻杆要对准孔位，硬塑土层用Φ110钻头钻进，开孔直径不小于110mm，过程中为避免偏孔，尽量轻压、慢速、大水量，并用套管护壁，套管入基岩0.5m、露地表0.2m，并借助水泥砂浆固结；岩层用Φ91钻头钻进，深度大于5m，钻孔中如若发现岩溶，应确保钻孔深度大于6m，钻至底板以下深度大于1m。对于深洞或大体积溶腔，应先对其灌入水泥砂浆或粗砂后再进行注浆。钻进过程中应注意地层变化，如孔深6m内未出现溶洞，可结束钻深，注浆加固溶岩裂隙即可。


4.3注浆


⑴试泵：注浆开泵前先调整三通转芯阀至回浆位置，等到泵正常吸水，渐渐调小三通回浆口，以提升泵压，待泵压达到预期注浆压力且持续三分钟无故障时，可结束试泵。⑵安装注浆管和止浆塞：钻孔后应清孔、检孔，保证孔内无杂物和塌孔，否则需进行钻孔冲洗。在确定注浆管畅通后即可装管。应尽可能将注浆管插入孔底，使栓塞与孔壁紧密接触，并在封孔段填充水泥砂浆或塑胶泥，以固定注浆管和止浆塞。最后，在孔口安装孔口盖，防止掉入杂物。岩溶注浆过程如图2所示：⑶注水试验：注浆前，压水压力在15s内持续提升至预定注浆压力。均匀选定10%的孔位进行注水试验，得到注浆段泵压与单位长度吸水率等参数。⑷浆液配置：浆液主要为水泥浆，水泥采用42.5级普通硅酸盐水泥，水灰比1∶0.8～1∶1。浓水玻璃用水稀释，边加水边搅拌边测试浓度。若遇岩溶通道、较大溶腔和裂隙处，则应先灌入水泥砂浆（配合比为水∶水泥∶砂=0.6∶1∶1）或粗砂进行填充，再采用水泥浆或双液注浆。若灌注15t水泥后，未曾见岩层压力上涨或地面浆液向远处扩散，水玻璃掺量应控制在水泥量的3%～5%。该工程中使用水玻璃玻美度为38～43°Be，模数2.4～3.0。最后将配置浆液送至储浆桶。⑸注浆施工：注浆顺序以岩溶路基段路基坡脚为起点，逐步向线路中心靠拢，先对路基坡脚两侧注浆，防止注浆时漏浆跑浆，而后向中间注浆，充分确保注浆质量。一般而言，对于黏土层、卵土层和灰岩层而言，注浆压力应分别控制在0.1～0.3MPa、0.1～0.2MPa和0.2～0.5MPa。注浆过程中，应紧密注视注浆深度的变化并观察地下水位，基于此随即调整注浆压力。注浆结束：①注浆压力0.1～0.5MPa，进浆量小于40L/min维持30min；②钻孔基岩完整或经多次注浆，孔口压力超出1.5MPa；③单孔注浆量为平均注浆量的1.5～2倍；④冒浆点已出注浆范围外3～5m。未达到上述标准，须重新清孔注浆。⑹封孔回填：注浆结束后应立即拔管，防止注浆管因浆液固结而拔管困难。拔管后，存留空洞应及时使用C15混凝土或水泥砂浆封孔并立刻洗管。


5注浆效果检测


5.1注水试验试验前，对孔内稳定水位测量后，进行定量注水，观测其吸水量变化，本工程中注浆后试验表明，单位长度吸水量小于注浆前吸水量的5%，据此判定注浆效果良好。5.2综合物探检测对比注浆前后物探成果资料，结果表明注浆效果显著。5.3钻孔检查注浆28d后，通过对5%孔数检查取芯浆液充填情况可直观判断注浆效果。


6结语


现该铁路工程岩溶路基已填筑完成，经后期观测，被岩溶注浆加固处理后的路基沉降量稳定，沉降值小，注浆效果显著，满足设计要求。


更多关于建筑行业独家信息，敬请实时关注鲁班乐标微信号。





关注手机鲁班乐标（m./），实时了解建筑行业最新动态。