單控水泥漿處理鐵路巖溶強(qiáng)烈發(fā)育路基技術(shù)

唐 鋼

(黔張常鐵路有限責(zé)任公司, 四川成都 610081)

我國巖溶地區(qū)分布廣泛，隨著鐵路建設(shè)快速發(fā)展，鐵路穿越巖溶區(qū)不斷增多。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[1]。隨著鐵路建設(shè)對環(huán)水保及建設(shè)質(zhì)量要求不斷提高，采用新材料進(jìn)行巖溶處理的需求逐步凸顯。

1 常規(guī)水泥漿

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(shí)間、抗壓強(qiáng)度見下表1。常規(guī)1∶1水灰比的水泥漿的初凝時(shí)間約15h，析水率35 %，抗壓強(qiáng)度1.66～8.9MPa[2]。

表1 常規(guī)水泥漿的性能指標(biāo)

1.2 常規(guī)水泥漿的缺點(diǎn)

黔張常鐵路DK34+991～DK35+047段路基基底巖溶強(qiáng)烈發(fā)育，該段設(shè)89個(gè)注漿孔，1 353m3注漿估算量。在注漿孔完成總注漿孔的28 %時(shí)，注漿量已達(dá)估算量的90 %[3]。實(shí)際注漿量遠(yuǎn)超設(shè)計(jì)估算量。常規(guī)水泥漿初凝時(shí)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(fèi)。經(jīng)檢測，常規(guī)1∶1水泥漿析水為強(qiáng)堿性、攜帶六價(jià)鉻，污染地下水[4-7]。

2 單控水泥漿

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[8-10]。在1∶1常規(guī)水泥漿中，摻入CS2添加劑，配置可控水泥漿。根據(jù)實(shí)驗(yàn)，按照摻量(5 %、7 %、9 %)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(yàn)，流動度保持在200mm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200mm的時(shí)間段稱之為可泵時(shí)間段，可泵時(shí)間段必須滿足施工要求的時(shí)間，可控水泥漿初凝時(shí)間內(nèi)必須包含合理的可泵時(shí)間段。根據(jù)現(xiàn)場可控水泥漿的泵送時(shí)間，選擇不同方案配比的可控水泥漿。

表2 黔張常鐵路巖溶地基強(qiáng)化注漿漿液性能試驗(yàn)最優(yōu)配合比

采用BWD-150型泥漿泵，10min左右可將0.7m3可控水泥漿泵入地基，基于此選擇了方案二單控水泥漿。方案一配置的可控水泥漿初凝時(shí)間為32min，只有原常規(guī)水灰比1∶1水泥漿初凝時(shí)間的3.6 %左右。水泥漿初凝時(shí)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4 %，只有原常規(guī)水灰比1∶1水泥漿析水率的11.4 %，水泥漿析水率的大大降低，減少了水泥漿的析水量，控制了水泥漿析水污染環(huán)境。

3 可控水泥漿的工程應(yīng)用

3.1 應(yīng)用工程概況

黔張常鐵路DK40+816～DK40+899段路基工程主要為路基填方工程，對該處路基實(shí)施的24個(gè)先導(dǎo)孔全部揭示溶洞，溶腔揭示率100 %。多呈串珠狀分布，最大規(guī)模約20.5m，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。溶洞分布典型斷面見圖1、圖2。

圖1 DK40+823橫斷面

圖2 DK40+850橫斷面

3.2 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，選取了該段兩個(gè)試驗(yàn)孔。為確定溶腔形式及注漿效果，過程中采用微型攝像頭實(shí)施監(jiān)控?？變?nèi)攝像顯示，試驗(yàn)孔1與試驗(yàn)孔2具有完全不同的巖溶發(fā)育特征(圖3、圖4)，試驗(yàn)孔1在地面下4.6m處有較大的水平向溶洞發(fā)育，試驗(yàn)孔2在地面下1.4～6.7m處為溶洞，在溶洞底部有與之相連的隱伏型落水洞。

圖3 試驗(yàn)孔1孔內(nèi)攝像

圖4 試驗(yàn)孔2孔內(nèi)攝像

2018年8月15日上午8∶17至8月16日上午12∶10將試驗(yàn)孔1注漿灌滿，注漿約28h，注入約137m3。試驗(yàn)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。

2018年8月17日上午8∶00至次日19∶30對試驗(yàn)孔2注漿，注漿時(shí)間約30h，注入約150m3。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，發(fā)現(xiàn)可控水泥漿隨漿液注入液面上升，證明了宜采用可控水泥漿處理。至2018年9月30日該段注漿全部完工，注漿量僅為普通水泥漿預(yù)估量的54 %。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(jì)要求。

4 可控水泥漿的施工特點(diǎn)

相對于常規(guī)水泥漿，可控水泥漿的粘度較大，同等時(shí)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)容易導(dǎo)致的堵管現(xiàn)象，通過采用專人每10～15min提起吸管吸頭，敲擊處理，可保證吸管的通暢。

5 結(jié)論

(1)在強(qiáng)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DK40+816～DK40+899段工程實(shí)例證明，在強(qiáng)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(shí)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(diǎn)，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)單孔水泥漿對巖溶發(fā)育強(qiáng)烈地段，特別是對貫通型溶洞處理具有良好處理效果，避免泥漿外流造成地下水污染，排水通路堵塞，浪費(fèi)水泥漿等情況，采用單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。