客專巖溶路基注漿加固設(shè)計及施工技術(shù)

李 偉

近年來隨著客專鐵路的發(fā)展,對線路的穩(wěn)定性和平順性提出了更高的要求,如對巖溶路基處理不當(dāng)將給鐵路運營帶來重大的安全隱患。因此,加強(qiáng)巖溶地基處理對客專建設(shè)有著重大的實際意義。

1 工程概況

津秦客專DK153+580～DK153+706.8段填方路基,地形略起伏,經(jīng)鉆探顯示本段地基巖層以頁巖和灰?guī)r為主,溶洞高度在0.3 m～8 m之間,溶洞埋深厚度19.6 m～39.5 m,溶洞全充填,充填物為黏性土、砂礫及細(xì)、粗角礫,經(jīng)結(jié)合物探綜合判定,此段路基內(nèi)巖溶埋深為淺覆蓋型,巖溶發(fā)育為中等發(fā)育,屬于較穩(wěn)定區(qū)、易塌陷區(qū)。

2 巖溶地基注漿加固原理

巖溶地基注漿加固原理有兩個方面:1)通過對巖面下灰?guī)r的注漿,充填灰?guī)r的溶洞及溶洞充填物間隙,防止填筑路堤增加荷載而使溶洞頂板產(chǎn)生坍塌,提高灰?guī)r地基承載力;2)通過對巖面上土層的充填注漿,形成土層帷幕,降低土層滲透性,減小地下水波動對土層的潛蝕、真空抽吸作用,提高灰?guī)r地基承載力。

3 巖溶地基注漿加固設(shè)計

3.1 注漿加固范圍

巖溶弱發(fā)育～巖溶中等發(fā)育地段注漿加固地段長度控制在溶洞地段或溶隙發(fā)育帶前后10 m。巖溶強(qiáng)發(fā)育地段注漿加固地段長度控制在溶洞地段或溶隙發(fā)育帶按計算的安全距離以外10 m。

3.2 注漿加固深度

巖層巖溶弱發(fā)育地段,當(dāng)覆蓋層厚度小于7.0 m,加固覆蓋層及巖層深度不小于10 m;當(dāng)覆蓋層厚度大于7.0 m時,加固巖層以上覆蓋層厚度2.0 m,巖層厚度3.0 m。

巖層巖溶中等發(fā)育～強(qiáng)發(fā)育地段,當(dāng)覆蓋層厚度小于7.0 m,加固覆蓋層及巖層深度不小于12 m;當(dāng)覆蓋層厚度大于7.0 m時,加固巖層以上覆蓋層厚度3.0 m,巖層厚度 5.0 m。

地質(zhì)鉆孔發(fā)現(xiàn)可見溶洞地段,應(yīng)加固至溶洞以下2 m。加固深度以下的溶洞,若穩(wěn)定性或易塌陷程度評價不滿足要求時,應(yīng)采取加固處理。

3.3 注漿孔位布置

與CFG樁加固處理重疊地段,注漿孔布置為正方形,間距為4.5 m～5.4 m(間距為CFG樁間距的3倍),注漿孔位于CFG樁之間;其他地段注漿孔布置為三角形,孔間距5.0 m。注漿孔孔徑:110 mm。注漿孔平面布置示意圖見圖1。

3.4 DK153+580～DK153+706.8段巖溶路基注漿設(shè)計

根據(jù)以上設(shè)計原則,結(jié)合 DK153+580～DK153+706.8段路基巖溶地質(zhì)情況,本段路基注漿加固設(shè)計見圖2。

4 巖溶注漿加固施工技術(shù)

先導(dǎo)孔技術(shù)鉆探原則如下:

1)先導(dǎo)孔應(yīng)首先進(jìn)行施工,施工完成后方可進(jìn)行下道施工工序。2)先導(dǎo)孔開孔場地平整后,應(yīng)首先準(zhǔn)確進(jìn)行里程、坐標(biāo)、高程的量測。3)開孔直徑不小于 110 mm,終孔直徑不小于 91 mm,孔深為鉆至注漿底高程下2 m。4)先導(dǎo)孔鉆探過程中,應(yīng)配備經(jīng)驗豐富的地質(zhì)工程師進(jìn)行巖芯編錄工作,并及時進(jìn)行資料的整理工作,及時反饋給設(shè)計人員進(jìn)行動態(tài)設(shè)計。5)終孔需經(jīng)地質(zhì)工程師確認(rèn)無誤方可終孔,或回填鉆孔,帷幕孔完成后進(jìn)行注漿,未施工帷幕的先導(dǎo)孔暫不注漿。

鉆探技術(shù)要求如下:

1)鉆進(jìn)過程采用合金干鉆、合金清水鉆或泥漿鉆。2)鉆進(jìn)巖芯采取率,第四系土層不小于90%,巖層不小于80%,溶洞充填物不小于50%。3)一般回次進(jìn)尺土層1 m～2 m,巖層不大于3 m,溶洞地段回次進(jìn)尺應(yīng)不大于1 m。各種分界線深度誤差控制在5 cm左右。4)現(xiàn)場采取的巖芯應(yīng)按照順序整齊排列在巖芯箱(長度為1 m整,每箱5 m并有隔斷)內(nèi),巖層分層界線、空洞、充填物等處需有標(biāo)簽,并注明孔號、工程名稱、里程、起始深度,由地質(zhì)工程師拍數(shù)碼圖像,每5 m拍照一次(另外拍攝整孔巖芯照片1張),應(yīng)俯拍,照片要清晰、明亮,不得有重影、陰影,照片反映巖芯應(yīng)與日志描述相對應(yīng),每孔照片按孔號及里程編制文件夾。5)地質(zhì)工程師應(yīng)在現(xiàn)場根據(jù)鉆進(jìn)情況填寫鉆探日志,及時記錄鉆進(jìn)情況、地層巖性界線、空洞界線、充填物界線以及特征等。記錄內(nèi)容應(yīng)全面、描述應(yīng)完整、文字應(yīng)清晰。鉆探過程中出現(xiàn)的異常情況應(yīng)有詳細(xì)記錄,并及時上報勘察設(shè)計人員。6)鉆進(jìn)結(jié)束后應(yīng)進(jìn)行地下水位的觀測(觀測水位孔不少于總孔數(shù)的1/4,分散布置),采用清水鉆可將孔內(nèi)水抽干,24 h后進(jìn)行觀測,若采用泥漿鉆進(jìn),應(yīng)用清水洗孔后將水抽干,24 h后觀測,選2孔～3孔采取地下水樣進(jìn)行環(huán)境水侵蝕性分析。

5 巖溶注漿加固施工工藝

5.1 施工工序流程

施工工序流程見圖3。

5.2 施工準(zhǔn)備

施工場地預(yù)先平整,并沿鉆孔位置開挖溝槽和集水坑。根據(jù)設(shè)計準(zhǔn)確測量放出注漿孔位置及高程。移動鉆機(jī)至鉆孔位置,用傾斜尺、水平尺等工具調(diào)整鉆機(jī)角度,使得鉆機(jī)呈水平,安裝牢固,定位穩(wěn)妥。

5.3 鉆孔注漿過程

注漿孔采用跳孔施鉆,跟孔注漿。鉆孔施工自路基坡腳向線路中心順序進(jìn)行,先兩側(cè)后中間,保證注漿質(zhì)量。首先成孔,采用φ 108 mm鉆頭下鉆至設(shè)計加固深度,加固深度不小于設(shè)計深度,若施工過程中遇溶洞,應(yīng)鉆至溶洞底板下2.0 m。開孔時要輕加壓、慢速、大水量,防止將孔開斜。鉆進(jìn)過程中注意觀察地層變化,詳細(xì)作好鉆孔記錄,如有塌孔應(yīng)采用套管跟進(jìn)。然后下注漿管注漿,注漿孔有空洞時灌注中粗砂或水泥漿液(可含碎石)直至溶洞充填后才進(jìn)行注漿。最后封孔,注漿結(jié)束后,立即拔起套管,采用M5水泥砂漿封孔。

5.4 注漿參數(shù)的選取

注漿水泥采用P.O42.5水泥,水泥漿液初始水灰比為1∶1,摻入水玻璃(水玻璃濃度為40 Be,模數(shù)2.4～3.4,體積比為 1∶0.1～1∶0.05),當(dāng)進(jìn)漿量較大時,應(yīng)逐步提高漿液的濃度,當(dāng)遇到空的巖溶通道,較大巖洞和裂隙處,注漿壓力持續(xù)較小時,可先灌注中粗砂或稀的水泥砂漿對溶蝕腔體進(jìn)行充填,再行注漿。

5.5 注漿壓力

注漿壓力應(yīng)通過現(xiàn)場試驗確定,一般巖層中為不小于0.1 MPa～0.3 MPa,注漿壓力土層中為不小于 0.2 MPa～0.5 M Pa,最大不超過1.5 MPa。

5.6 質(zhì)量檢查

1)注漿檢查應(yīng)在注漿結(jié)束28 d之后進(jìn)行,采用鉆孔取芯、壓水試驗和瞬間面波法檢測。2)檢查孔數(shù)為5%,且不少于5個,檢查合格率不應(yīng)小于85%。

6 施工特殊情況處理

6.1 冒漿、漏漿處理施工方法

在注漿過程中,出現(xiàn)冒漿、漏漿等情況,采用以下處理措施:1)提高漿液濃度,并減小注漿流量,降低注漿壓力,以近乎零壓力狀態(tài)緩慢注漿。2)加入氯化鈣(CaCl2)等速凝劑,縮短漿液凝結(jié)時間,量在3%～5%,根據(jù)實際情況調(diào)節(jié)。3)如遇冒漿、漏漿很嚴(yán)重的情況,可采用間歇注漿法,即注漿—停止—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0.5 m深,用一定比例的水泥—水玻璃漿液填之,能在數(shù)秒鐘內(nèi)凝固而阻止冒漿。

6.2 吸漿量較大處理方法

當(dāng)遇到溶洞或空洞,注漿量超過正常值1倍以上時,可采用以下幾種措施:1)較大的溶洞或空洞,應(yīng)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(yīng)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(yīng)繼續(xù)補(bǔ)漿。2)在純水泥漿中加入適量粉煤灰、細(xì)砂等摻合料,以增大孔隙率。3)采用間歇注漿法。

7 結(jié)語

本文介紹了客專淺覆蓋型巖溶地基CFG樁段落內(nèi)注漿處理設(shè)計及技術(shù),現(xiàn)場通過注漿一方面充填灰?guī)r的溶洞及溶洞充填物間隙或?qū)r面上土層的充填注漿,形成土層帷幕,提高灰?guī)r地基承載力,另一方面通過注漿加固提高了CFG樁復(fù)合地基承載力,最大限度減小路基工后沉降,滿足了客專運行的需要。

[1] 杜永昌.高速與客運專線鐵路施工工藝手冊[M].北京:科學(xué)技術(shù)文獻(xiàn)出版社,2006:10.

[3] TB 10001-2005,鐵路路基設(shè)計規(guī)范[S].

[4] 鐵建設(shè)[2005]160號.客運專線鐵路路基工程施工質(zhì)量驗收暫行標(biāo)準(zhǔn)[S].

[5] 吳 瑾.DK153+580～DK153+902.6巖溶路基處理設(shè)計圖[Z].鐵道第三勘察設(shè)計院,2009:9.