壓力注漿技術(shù)在京?？蛯?zhuān)臨湖特大橋巖溶地基處理中應(yīng)用探討

楊裕堯，范大明

(1.京福閩贛鐵路客運(yùn)專(zhuān)線(xiàn)有限公司，江西上饒334000;2.長(zhǎng)江工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖北武漢430012)

近年來(lái)，我國(guó)為了滿(mǎn)足快速增長(zhǎng)的旅客運(yùn)輸需求，建立省會(huì)城市及大中城市間的快速客運(yùn)通道，《中長(zhǎng)期鐵路網(wǎng)調(diào)整規(guī)劃方案》中規(guī)劃的“四縱四橫”等客運(yùn)專(zhuān)線(xiàn)以及經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)和人口稠密地區(qū)城際客運(yùn)系統(tǒng)相繼動(dòng)工建設(shè)。在客專(zhuān)鐵路建設(shè)過(guò)程中對(duì)線(xiàn)路的穩(wěn)定性和平順性都提出來(lái)更高的要求。長(zhǎng)里程的客專(zhuān)線(xiàn)路往往要穿越各種大型復(fù)雜的地質(zhì)區(qū)域，如石灰?guī)r巖溶發(fā)育區(qū)，在此區(qū)域若對(duì)巖溶路基處理不當(dāng)將給鐵路運(yùn)營(yíng)帶來(lái)重大安全隱患。因此加強(qiáng)巖溶發(fā)育區(qū)地基處理對(duì)客專(zhuān)建設(shè)有重大實(shí)際意義。

1 工程概況

1.1 工程簡(jiǎn)介

京福鐵路客專(zhuān)閩贛Ⅱ標(biāo)段臨湖特大橋前接DK448+593.06～755.17段路基，后接曹家隧道，橋中心里程DK450+315.805，橋梁全長(zhǎng)3120.87 m。其中30號(hào)墩里程 DK449+743.26、31號(hào)墩里程DK449+775.96，兩墩位于毛宅村內(nèi)房屋密集區(qū)，且兩墩之間跨過(guò)一條小河，此河為饒北河支流，河寬20.5 m。橋址位置節(jié)理裂隙發(fā)育、溶洞強(qiáng)發(fā)育，且溶洞規(guī)模大，連通性好，最大溶洞深度62 m。

1.2 地質(zhì)條件

據(jù)地質(zhì)鉆探資料顯示，其中30號(hào)墩主要地質(zhì)情況為：①雜填土，地表至地下4～6 m;②強(qiáng)風(fēng)化鈣質(zhì)頁(yè)巖，地下4～20 m;③弱風(fēng)化泥質(zhì)灰?guī)r，溶洞頂板處2 m左右;④特大溶腔充填物，為全風(fēng)化鈣質(zhì)頁(yè)巖，地下20～80 m;⑤弱風(fēng)化泥質(zhì)灰?guī)r，地下80 m至樁底。

31號(hào)墩主要地質(zhì)情況為：①雜填土，地表至地下2 m;②粗圓礫土，地下2～8 m;③全風(fēng)化泥質(zhì)灰?guī)r，地下6～30 m;④特大溶腔充填物，為全風(fēng)化泥質(zhì)灰?guī)r，地下30～94 m;⑤弱風(fēng)化泥質(zhì)灰?guī)r，地下94 m至樁底。

橋位處溶洞強(qiáng)發(fā)育，且溶洞規(guī)模大，連通性好，最大溶洞深度可達(dá)62 m，30、31號(hào)墩鉆孔遇洞率100%，平均線(xiàn)性巖溶率55.3%。鉆探揭露范圍內(nèi)地下水很發(fā)育，主要為基巖裂隙水，經(jīng)水化學(xué)分析地下水、地表水均無(wú)化學(xué)侵蝕性，地下水補(bǔ)給源為大氣降水。

2 施工方案選擇

由于臨湖特大橋?yàn)榕R湖梁場(chǎng)首架梁工點(diǎn)，30、31號(hào)墩處于巖溶強(qiáng)發(fā)育地段，故30、31號(hào)墩下各設(shè)計(jì)10根基樁，樁長(zhǎng)分別為70.5～79.5、84～95.5 m不等，直達(dá)下覆弱風(fēng)化基巖，以確保該橋梁穩(wěn)定安全。但后期超長(zhǎng)基樁施工需要面臨下列問(wèn)題：

(1)由于該區(qū)域地質(zhì)情況復(fù)雜，表層泥質(zhì)灰?guī)r最小厚度僅15.2 m，溶腔高度41～64.4 m不等，且溶腔內(nèi)充填物散角礫土，樁基施工過(guò)程中容易發(fā)生穿孔和坍塌等問(wèn)題;

(2)該段橋梁穿越臨湖鎮(zhèn)毛宅村房屋密集區(qū)，超長(zhǎng)基樁施工可能引起地面塌陷危及周邊房屋安全;

(3)超長(zhǎng)基樁鉆進(jìn)過(guò)程中穿越特大溶腔若出現(xiàn)坍塌將會(huì)影響成樁質(zhì)量與工程進(jìn)度。

鑒于上述原因，再加上業(yè)主單位提出為確保京福鐵路Ⅱ標(biāo)段二分部施工工期和工程質(zhì)量，為后續(xù)工程施工順利進(jìn)行爭(zhēng)取時(shí)間等。最終討論一致認(rèn)為采用壓力注漿加固方式對(duì)30、31號(hào)墩下特大溶腔充填物進(jìn)行預(yù)加固，以確保巖溶地區(qū)長(zhǎng)樁安全、快速施工。

鉆孔孔位根據(jù)橋墩鉆孔樁孔位位置進(jìn)行布設(shè)，30、31墩各布設(shè)3孔，具體孔位布置方式詳見(jiàn)圖1。

圖1 巖溶注漿孔位平面布置圖

3 壓力注漿加固目的

在30、31號(hào)墩下壓力注漿主要有以下幾個(gè)目的：(1)防止地表塌陷引起周邊房屋沉陷;(2)防止超長(zhǎng)鉆孔樁溶洞內(nèi)填充物松散反復(fù)充填影響施工進(jìn)度;(3)超前預(yù)加固溶腔為一墩上多臺(tái)鉆機(jī)施工創(chuàng)造條件;(4)超前預(yù)加固溶腔防止成孔或成樁過(guò)程中發(fā)生孔壁坍塌、縮孔等情況。

4 壓力注漿加固施工工藝

4.1 注漿設(shè)備

巖溶注漿孔及后期檢查孔均采用XY－1型回轉(zhuǎn)式地質(zhì)鉆機(jī)鉆孔，注漿泵選擇BW－150型泵。

4.2 施工工藝流程

此次注漿加固施工工序流程見(jiàn)圖2。

圖2 注漿施工工藝流程

4.3 鉆進(jìn)

(1)將鉆桿對(duì)準(zhǔn)所標(biāo)孔位，開(kāi)孔直徑110 mm。其中表層土層采用泥漿護(hù)壁硬質(zhì)合金鉆頭鉆進(jìn)，開(kāi)孔時(shí)要輕加壓、慢速、大水量，防止將孔開(kāi)斜。溶洞底板基巖部分采用金剛石鉆進(jìn)。

(2)加固深度，鉆至溶洞底板以下0.5 m。鉆進(jìn)過(guò)程中注意觀察地層變化，詳細(xì)作好鉆孔記錄(每個(gè)注漿孔鉆孔深度、鉆孔時(shí)間、塌孔、掉塊等)。

4.4 注漿施工

注漿采用孔口封閉注漿法，封孔位置以鉆孔樁樁頂標(biāo)高線(xiàn)位置為準(zhǔn)，圖3為封孔示意圖。

圖3 孔口封閉注漿法封孔、注漿示意圖

4.4.1 試泵

開(kāi)泵前先將攪拌桶中加滿(mǎn)清水，三通轉(zhuǎn)芯閥調(diào)到回漿位置，待泵吸水正常時(shí)，將三通回漿口慢慢調(diào)小，泵壓徐徐上升，當(dāng)泵壓達(dá)到預(yù)定注漿壓力時(shí)，持續(xù)2～3 min不出故障，即可結(jié)束。

4.4.2 安裝注漿管和止?jié){塞

鉆孔完畢，進(jìn)行清孔檢查，在確認(rèn)沒(méi)有坍孔和探頭石的情況下，方可下管。否則，必須用鉆機(jī)進(jìn)行掃孔。

在確定注漿管內(nèi)無(wú)阻塞物后，即可進(jìn)行注漿管安裝。用沾有CS膠泥的麻絲繩纏成不小于鉆孔直徑的紡錘形柱塞，把管子插入孔內(nèi)，再用臺(tái)車(chē)將管頂入孔內(nèi)到要求深度，使麻絲栓塞與孔壁充分?jǐn)D壓緊實(shí)，然后在麻絲與孔口空余部分，填充CS塑膠泥，使注漿管和止?jié){塞固定。注漿套管外露的長(zhǎng)度0.3～0.4 m，以便連接孔口閥門(mén)和管路，并將孔口套管四周搗實(shí)封閉，防止?jié){液從套管周?chē)俺觯绊懽{效果。注漿管安放好后，在注漿管管口加上孔口蓋，以防止雜物進(jìn)入。注漿管采用φ3 cm的聚乙烯塑料管，并且塑料管上每隔50 cm鉆一個(gè)φ5 mm小孔，孔位按梅花型布置，形成花管，如圖4所示，鉆孔部位為溶洞填充物范圍(表層灰?guī)r，溶腔壁上下2.0 m范圍內(nèi)管壁不打孔)。這樣使?jié){液從小孔中水平噴到溶腔松散物中，增大灌漿管?chē)姵鰯嗝?，減小壓力急劇上升和漿液涌到地表層的可能性。為了防止孔眼堵塞，也可以在開(kāi)口孔眼外包一圈橡皮圈。

圖4 注漿管上鉆小孔形成花管

4.4.3 漿液配制

此次采用雙液壓漿措施，水泥采用普通硅酸鹽水泥，標(biāo)號(hào)為PO42.5，水玻璃38～43 Be'，模數(shù)2.4～3.0，雙液壓漿時(shí)采用水泥漿與水玻璃之體積比1∶0.08，水泥漿水灰比為1;實(shí)驗(yàn)人員負(fù)責(zé)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)督漿液的拌合并進(jìn)行抽樣檢測(cè)，以保證漿液的拌制質(zhì)量。

4.4.4 注漿施工

注漿時(shí)壓力選擇在0.2～0.5 MPa并按分序加密的原則進(jìn)行，采用阻塞式自下而上分段孔內(nèi)循環(huán)注漿施工。即將注漿孔一次鉆至設(shè)計(jì)孔深，然后從鉆孔的底部往上，逐段安裝注漿塞進(jìn)行注漿，直至孔口。注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)：在0.1～0.5 MPa壓力下進(jìn)漿量＜4 L/min，延長(zhǎng)30 min。注漿完成后應(yīng)立即拔管，若拔管不及時(shí)，漿液會(huì)把注漿管凝固住而造成拔管困難。拔出管后留下的孔洞，及時(shí)用水泥砂漿封孔。

4.5 注漿過(guò)程中注意事項(xiàng)

(1)注漿管線(xiàn)固定，不宜過(guò)長(zhǎng)，以防壓力損失。

(2)注漿孔應(yīng)跳孔施鉆，不得全部鉆孔完成后再注漿，應(yīng)遵循“探灌結(jié)合”、“邊探邊灌”原則以免孔位串漿。注漿孔施工中，若3孔位注漿，則先施工墩中心孔位，然后進(jìn)行兩側(cè)孔全注漿，若兩孔注漿，則順序進(jìn)行，保證注漿質(zhì)量。

(3)當(dāng)出現(xiàn)串漿或地表返漿，采取間歇注漿方式，間隔時(shí)間30～60 min。

5 壓力注漿質(zhì)量檢測(cè)及效果分析

壓力注漿屬于隱蔽性工程，對(duì)它的質(zhì)量控制一直是個(gè)難題。在30、31號(hào)墩下溶腔內(nèi)注漿施工中采用了多角度、不同時(shí)段和多種方法的注漿效果檢測(cè)方法，從而全面控制工程質(zhì)量。注漿質(zhì)量檢測(cè)具體包括以下幾個(gè)方面。

5.1 施工地質(zhì)環(huán)境改善

臨湖特大橋30號(hào)墩未采取地基壓力注漿預(yù)加固前，鉆孔過(guò)程中常出現(xiàn)縮孔、卡錘、塌孔埋錘情況，其中30－1號(hào)樁鉆孔過(guò)程中，孔深54 m處埋錘，撈錘耗時(shí)77天;30－6號(hào)樁鉆孔過(guò)程中，孔深49 m處卡錘，撈錘耗時(shí)59天;30－10樁鉆孔過(guò)程中，孔深56 m處卡錘，撈錘耗時(shí)44天。

30號(hào)墩自地基壓力注漿預(yù)加固完成之后到鉆孔結(jié)束時(shí)，1墩3臺(tái)機(jī)同時(shí)鉆孔作業(yè)未出現(xiàn)埋錘、卡錘、縮孔等不良地質(zhì)情況。31號(hào)墩為壓力注漿結(jié)束之后再進(jìn)行鉆孔，1墩3臺(tái)機(jī)同時(shí)鉆孔作業(yè)，最深孔深達(dá)到91.5 m，未出現(xiàn)過(guò)埋錘、卡錘、縮孔不良地質(zhì)情況。

這說(shuō)明針對(duì)30、31號(hào)墩采取的地基注漿預(yù)加固措施起到了預(yù)想效果，針對(duì)巖溶強(qiáng)發(fā)育的超長(zhǎng)樁施工能夠大大降低鉆孔過(guò)程中出現(xiàn)縮孔、塌孔而導(dǎo)致的卡錘、埋錘不良情況的出現(xiàn)。

5.2 鉆孔抽心檢測(cè)

分別對(duì)30號(hào)墩30－3號(hào)注漿孔、31號(hào)墩31－3號(hào)注漿孔進(jìn)行了抽心檢測(cè)。經(jīng)對(duì)前后2次取心心樣分析表明，未注漿前巖層漏水現(xiàn)象明顯，巖心破碎呈塊狀、顆粒狀，注漿后局部裂隙面可見(jiàn)水泥結(jié)膜、水泥碎塊，溶腔部分水泥漿全部注滿(mǎn)，注漿后心樣呈柱狀、短柱狀。充分證明該區(qū)域已經(jīng)達(dá)到注漿加固效果。

5.3 壓水試驗(yàn)檢測(cè)

選取代表性鉆孔進(jìn)行注漿前后壓水試驗(yàn)檢測(cè)對(duì)比，結(jié)果見(jiàn)表1。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，注漿后再壓水時(shí)壓水壓力陡升，注漿前后單位長(zhǎng)度吸水量相差懸殊，注水試驗(yàn)段單位長(zhǎng)度吸水量?jī)H為注漿前3% ～8%，注漿效果明顯。

表1 注漿前后壓水實(shí)驗(yàn)對(duì)比表

6 成果及結(jié)論

臨湖特大橋30、31號(hào)墩地基處理壓力注漿施工共完成注漿孔6個(gè)，564.8延米，平均孔深94.133 m，溶洞分布層標(biāo)高主要集中在20～90 m范圍內(nèi)，共完成注漿量4044.6 m3，平均進(jìn)漿量674.1 m3/孔，單孔最大注漿量為1596.02 m3(31－2號(hào)孔)，最小注漿量143.17 m3(31－3號(hào)孔)。從壓力注漿結(jié)束后的檢測(cè)結(jié)果以及后期樁基施工過(guò)程中地質(zhì)環(huán)境得到明顯改善來(lái)看，都達(dá)到了預(yù)期效果，說(shuō)明在工期如此緊張的情況下，采取地基注漿預(yù)加固是必要的、可行的。

通過(guò)此次壓力注漿施工實(shí)踐，得到如下幾點(diǎn)體會(huì)。

(1)巖溶發(fā)育區(qū)地質(zhì)條件十分復(fù)雜，注漿過(guò)程中反映出來(lái)的各種現(xiàn)象需要綜合來(lái)分析，不能僅僅憑某種現(xiàn)象直接確定處理措施。

(2)注漿過(guò)程是決定方案成功的關(guān)鍵，需要重點(diǎn)控制。各項(xiàng)注漿施工參數(shù)需要通過(guò)先導(dǎo)鉆孔的鉆探、注漿施工試驗(yàn)來(lái)確定。

(3)注漿過(guò)程中相關(guān)問(wèn)題的處理是確保注漿質(zhì)量的關(guān)鍵因素，因此施工中出現(xiàn)的各種問(wèn)題要及時(shí)研究解決。

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