鐵路強烈發(fā)育巖溶路基注可控水泥漿處理技術(shù)

曹 獻(xiàn) 良

(中鐵十七局集團(tuán)第二工程有限公司，湖北 恩施 445603)

0 引言

巖溶地基塌陷將直接威脅鐵路運行安全[1]，為此鐵路路基基底下巖溶地基一般采用“先探后灌、探灌結(jié)合”的工法處理，即向巖溶地基注入常規(guī)水泥漿，水灰比一般為0.6∶1～2∶1[2]。

1 巖溶地區(qū)注常規(guī)水泥漿的問題

1.1 常規(guī)水泥漿的主要性能

采用32.5R普通硅酸鹽水泥配置普通水泥漿，漿液的初凝、終凝時間、抗壓強度見表1。常規(guī)1∶1水灰比的水泥漿的初凝時間約15 h，析水率35%，抗壓強度1.66 MPa～8.9 MPa[3]。

表1 常規(guī)水泥漿的性能指標(biāo)

1.2 在巖溶強烈發(fā)育地區(qū)，常規(guī)水泥漿流失嚴(yán)重、析水污染地下水

黔張常鐵路DK34+991～DK35+047段路基基底巖溶強烈發(fā)育，該段設(shè)89個注漿孔，1 353 m3注漿估算量。在注漿孔完成總注漿孔的28%時，注漿量已達(dá)估算量的90%[4]。實際注漿量遠(yuǎn)超設(shè)計估算量。常規(guī)水泥漿初凝時間長，大部分漿液順巖溶通道流失至地基處理范圍以外，導(dǎo)致注漿材料浪費。經(jīng)檢測，常規(guī)1∶1水泥漿析水為強堿性、攜帶六價鉻，污染地下水[5-8]。

2 可控水泥漿

針對常規(guī)水泥漿存在的問題，配置了可控水泥漿，確保在漿液壓入地基后，擴(kuò)散半徑、環(huán)境影響可控[9-11]。在1∶1常規(guī)水泥漿中，摻入速凝劑、保水劑、減水劑三種不同的添加劑，配置可控水泥漿。根據(jù)實驗，按照摻量(5%,1%,0.1%；6%,1%,0.2%；8%,2%,0.3%)優(yōu)選三種不同配比方案，其性能如表2所示。根據(jù)經(jīng)驗，流動度保持在200 mm以上的可控水泥漿才可泵送，配置好的水泥漿流動度損失至200 mm的時間段稱之為可泵時間段，可泵時間段必須滿足施工要求的時間，可控水泥漿初凝時間內(nèi)必須包含合理的可泵時間段。根據(jù)現(xiàn)場可控水泥漿的泵送時間，選擇不同方案配比的可控水泥漿。

采用BWD-150型泥漿泵，10 min左右可將0.7 m3可控水泥漿泵入地基，基于此選擇了方案一可控水泥漿。方案一配置的可控水泥漿初凝時間為20 min，只有原常規(guī)水灰比1∶1水泥漿初凝時間的2%左右。水泥漿初凝時間的極度縮短，極大地減小了水泥漿的擴(kuò)散半徑，控制了水泥漿的流失。析水率為1.8%，只有原常規(guī)水灰比1∶1水泥漿析水率的5%，水泥漿析水率的極度降低，極大地減少了水泥漿的析水量，控制了水泥漿析水污染環(huán)境。

表2 黔張常鐵路巖溶地基強化注漿漿液性能試驗最優(yōu)配合比

3 可控水泥漿的工程應(yīng)用

黔張常鐵路DK27+309～DK27+525段路基工程主要為路基填方工程，對該處路基實施的100個先導(dǎo)孔有59個鉆孔揭示溶洞，多呈串珠狀分布，最大規(guī)模約22.4 m，多為砂類土、黏性土及礫石半充填，局部存在較大空腔且無充填，部分段落底部發(fā)育較大空腔，鉆孔揭示規(guī)模分別為22.4 m和11.8 m，線巖溶率9.2%。

如圖1所示，為確定是否存在大型溶洞，在其右側(cè)約1.5 m處增設(shè)了DK27+421斷面X補2先導(dǎo)孔，未發(fā)現(xiàn)溶洞，證明了DK27+421斷面X右2先導(dǎo)孔發(fā)現(xiàn)的溶洞為隱伏型落水洞。溶洞在空間的分布特點是主要以水平向及坡度較緩的斜向溶洞、溶槽為主，局部發(fā)育有豎向的隱伏型落水洞，隱伏型落水洞為水平向及坡度較緩斜向溶洞集中向下的排水通道。

4 可控水泥漿的注漿效果

為探索可控水泥漿的施工工藝及處理效果，選取了兩個試驗孔。如圖2所示，試驗孔1與試驗孔2相距4.2 m?？變?nèi)攝像顯示，試驗孔1與試驗孔2具有完全不同的巖溶發(fā)育特征。如圖3，圖4所示，試驗孔1在地面下19.8 m處有較大的水平向溶洞發(fā)育，試驗孔2在地面下8.9 m～12.9 m處為溶洞，在溶洞底部有與之相連的隱伏型落水洞。

2017年3月26日10：00～17：00將試驗孔1注漿灌滿，注漿5 h，注入約25 m3。試驗孔1的成功灌注，證明了可控水泥漿處理水平向發(fā)育的溶洞、溶槽效果良好。

2017年3月27日8：30～次日16:30對試驗孔2注漿，注漿時間約12 h，注入約60 m3。在注漿過程中，不斷地采用井下攝像、探針多種手段查看注漿面，始終未發(fā)現(xiàn)可控水泥漿，證明了底部連通性好的隱伏型落水洞不宜采用可控水泥漿處理。在試驗孔2附近布設(shè)了4個鉆孔，其中1個鉆孔揭示地面8 m下隱伏型落水洞高約12 m(見圖5)。研究后決定，在其頂板上開挖直徑不小于1 m的豎井天窗，直接灌入不小于30 cm的片石至原地面下15 m，待片石托底后，直接注入可控水泥漿。豎井天窗于2017年5月中旬完成(見圖6)。至2017年7月21日該段注漿全部完工，注漿量僅為普通水泥漿預(yù)估量的60%。且經(jīng)過第三方地質(zhì)雷達(dá)、取芯注水等檢測，注漿效果良好，達(dá)到設(shè)計要求。

5 可控水泥漿的施工特點

相對于常規(guī)水泥漿，可控水泥漿的粘度較大，同等時間內(nèi)壓入可控水泥漿的方量只有常規(guī)水泥漿的50%～60%左右，減少投資提高工效。

可控漿液在施工中快速凝結(jié)導(dǎo)致的堵管現(xiàn)象，通過采用專人每10 min～15 min提起吸管吸頭，敲擊處理，可保證吸管的通暢。

6 結(jié)語

1)在強烈發(fā)育巖溶地基的條件下，由于注常規(guī)水泥漿的工程投資、工程量、環(huán)境影響的不可控性，目前多采用樁板結(jié)構(gòu)或橋梁結(jié)構(gòu)跨越處理。黔張常DK27+309～DK27+525段工程實例證明，在強烈發(fā)育巖溶地基的條件下，可以以路基型式通過。采用可控水泥漿處理地基，具有擴(kuò)散半徑可控、工程量可控、環(huán)境影響可控，同等時間內(nèi)壓入可控水泥漿的方量只有常規(guī)水泥漿的50%～60%左右，節(jié)省工程投資等優(yōu)點，以充填為目的的巖溶區(qū)注漿技術(shù)應(yīng)逐漸過渡到用可控水泥漿替代常規(guī)水泥漿。

2)水平向發(fā)育的溶洞、溶槽采用可控水泥漿處理效果良好，注漿半徑可控、工程量可控、環(huán)境影響可控。

3)豎向發(fā)育的隱伏型落水洞需采用施工豎井天窗、傾倒片石托底后注可控水泥漿方法處理。

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