高速鐵路路基巖溶整治技術研究

楊 健

（中鐵上海工程局集團第七工程有限公司，陜西 西安 710000）

如果地質(zhì)上存在裂縫和溶洞，表面水和地下水會去除滲透過程中的裂縫、溶洞的粘土和其他小粒子等填充劑，進一步增加裂縫和洞窟，引起路基內(nèi)的沉降。灌漿的目的是在灌漿后用水泥拉力填塞滿裂縫和溶洞，使其結(jié)合到整個地下，緩和表面水和地下水的滲透，防止裂縫和溶洞的溶解，確保路基的穩(wěn)定性。

1 工程概況

滬昆客運專線云南段TJ-4 標DK1157+550～DK1157+750 段巖溶路基，設計范圍地處淺丘、垅崗地貌，地面高程2078～2150m。路基主要為填土路堤，最大填高為11m。上覆土層為第四系坡洪積紅黏土，厚3～32m，具有弱～中膨脹性。下二疊統(tǒng)茅口-棲霞組下伏灰?guī)r為灰色、灰白色、隱晶質(zhì)，中等厚度，節(jié)理裂隙發(fā)育。地下水埋深22～30m。地表調(diào)查見溶溝、溶槽等巖溶現(xiàn)象發(fā)育，巖溶強烈發(fā)育。經(jīng)綜合分析評價，設計范圍屬易塌陷區(qū)，需進行巖溶地面塌陷防治處理。

2 總體施工方案

本段均為紅黏土覆蓋型巖溶路基，紅黏土覆蓋厚度在9.8～25m。地下灰?guī)r溶蝕性破碎帶多而發(fā)達，巖溶發(fā)育強烈，溶洞多為覆土型充填溶洞，分布在土石界面附近，可采用鉆孔注漿充填土石界面附近的溶洞和溶蝕裂隙，以阻隔地表水下滲及地下水滲流通道，防止巖溶地面塌陷發(fā)生。

3 注漿施工

1）平整場地：施工前，先采取排水措施，防止地表水滲透，并按設計文件進行處理。此外，通過在路基周圍設置污物收集池等，防止?jié){液溢出污染周邊環(huán)境，滿足環(huán)保需要。路塹段應先開挖至路肩高度，路塹邊坡穩(wěn)定，在不影響附近的構筑物的情況下，再修建先導孔。

2）布置孔位：堤防段巖溶注漿加固距路堤邊坡5m，路塹段加固至側(cè)溝平臺外側(cè)邊緣。其中，路堤地段按梅花樁布置，路塹地段按矩形布置，孔間距均為5m。根據(jù)孔位平面圖，采用全站儀測量放出基樁后，用鋼卷尺拉出孔位，確保孔位偏差不大于0.5m。

3）鉆孔：旋轉(zhuǎn)鉆機用于鉆孔，Φ108 合金鉆頭用于鉆孔土壤層。108mm 外殼鉆孔到基巖表面，然后用大鉈驅(qū)動到基巖表面。清潔孔后，108mm 外殼延伸到巖石。頂部外殼應該是1.5m 至2.5m 的短外殼，91mm 位鉆在5m 石灰?guī)r上。巖溶洞穴發(fā)生在5m 以內(nèi)，用洞穴底部加固至2m 以下，洞內(nèi)的剩余殘芯不得超過20cm。在鉆探過程中，干燥鉆孔用于土壤層，飽和水鉆孔可在鉆孔到巖石層后使用，不允許泥漿鉆孔和沖洗水鉆孔。泥漿在鉆孔過程中直接填補了解決方案差距和裂縫，對灌漿產(chǎn)生了一定不好的影響，影響了工程質(zhì)量。

4）孔洞清理：孔形成沖洗必須在灌漿前進行。如果在沖洗過程中進行反水鉆孔，則鉆井沖洗的狀態(tài)是返回水變清。鉆孔沖洗的最終狀態(tài)是流量小于每分鐘50 升，沖洗時間不小于10min。

5）密封孔：該段規(guī)定的巖溶路基覆蓋層厚度超過4m，因此，孔必須通過孔口管道和水泥漿的動態(tài)封堵方法密封?？卓诠艿赖慕y(tǒng)一孔密封段長度不超過4m，孔保護段位于必須設置為花管的孔密封段下，花管的孔排列為直徑5mm，孔間距3.5mm 的梅花型。Φ110 聚氯乙烯給水管道被用作動態(tài)阻塞方法密封的孔口管道，公稱壓力(PN)不低于1.5MPa?？酌芊舛螒獕嚎s成水泥漿。為了避免孔崩等不利條件，終孔和接受之間的時間間隔不應太長。最后孔驗收后，孔密封工作應按時進行，灌漿工作應在孔密封水泥漿(或水泥砂漿)最終凝結(jié)之后實施。

6）注漿：施工前，應優(yōu)化水泥和硅酸鈉，測試原料。灌漿設備和灌漿壓力表應根據(jù)實際施工要求合理選擇。通常選擇的灌漿設備是BW-15 分度泵和2.5kPa 壓力計。灌漿前必須選擇灌漿漿液的混合物比例。按照巖體的破裂程度，應選擇滲透性系數(shù)、裂縫發(fā)育、灌漿混合物比例為0.8 比1 至1 比1、地質(zhì)結(jié)構和環(huán)境條件的水泥漿。對于水泥漿套管和溶洞，水玻璃必須添加到灌漿過程中。水玻璃的濃度為38be 至43be，系數(shù)為2.4 至3.0。

(1) 灌漿原材料P.O.42.5 水泥和硅酸鈉應在進場前必須實時檢測，然后才能使用。(2)水泥漿被攪拌器充分均勻攪拌，然后將準備好的漿液送進灌漿泵的孔中。灌漿漿液遵循從低壓力增加到高壓力，逐步增加壓力的原則。石灰?guī)r的灌漿壓力為0.1kPa至0.3kPa，從巖石土壤界面逐漸加壓到0.5kPa。灌漿在達到0.5kPa 設計壓力并持續(xù)30min 后完成。(3)純水泥單液灌漿一般用于灌漿結(jié)構，水與水泥比為1 比1；在雙液灌漿中，硅酸鹽鈉的混合量為水泥漿的1/10。雙重液體灌漿是在水泥漿外冒，鉆孔中有巖溶洞穴的條件下，為了灌漿而采用的。如果灌漿實量與平均設計灌漿量超過30 倍(15L/洞)，則應采用間歇灌漿或二次灌漿。

4 注漿過程中注意事項及應對措施

巖溶注漿施工中難點控制：鉆孔過程中巖芯的采取率、基巖鉆進中巖芯的提取、孔口管長度的選擇及封實、注漿過程中的孔位串漿、冒漿處理及注漿結(jié)束標準的選擇。具體應對措施如下：

4.1 巖芯采取率

針對巖溶地區(qū)地質(zhì)條件，在實際操作中經(jīng)摸索得到：在土層及風化層鉆進不超過1 米；巖層鉆進不超過1.5 米的前提下可確保如下采取率：黏性土≥90%；碎石類土≥50%，巖溶、構造破碎帶≥50%，完整基巖≥80%，確?！疤焦嘟Y(jié)合”設計一般孔資料的真實完整。

4.2 基巖鉆孔取芯

在基巖鉆孔中，沖擊鉆孔深度達到巖芯管道長度后，通過抑制水進行旋轉(zhuǎn)鉆孔和巖芯鉆探可以更好地保證巖芯結(jié)構的連續(xù)性和完整性。

4.3 孔口管長度的選擇和密封

每個灌漿孔必須配備一個直徑為108mm 的孔口管?？卓诠荛L度選擇：視地層變化情況而調(diào)整長度，調(diào)整原則如下：土層厚度大于3m 時應保證基巖面以上有不小于3m 受漿長度，土層小于3m 大于1.5m 時應保證基巖面以上有不小于1.5m 的受漿段，土層厚度小于1.5m 時孔口管必須嵌入基巖不小于0.2m(基巖面巖體破碎時適當加大嵌入量)，待注完巖層以后起撥套管0.5m 補注基巖面?？卓诠苌喜勘仨毞鈱?，避免管壁外冒漿，影響工程質(zhì)量。套管封實采用在孔口處挖深約0.8m，直徑為0.5m的坑，待套管下至基巖后，采用水泥拌合半濕粘土（拌合比列1：1）分層填筑坑內(nèi)，并用重錘依層夯實。

4.4 注漿過程中孔位冒漿及串漿

1)注漿孔外冒漿：孔外冒漿，分點狀冒漿和裂縫狀冒漿，主要是土層中由于地層早期產(chǎn)生變形遺留下的軟弱面或近期施加的外力不均勻沉降留下的結(jié)構面?？稍诹芽p（點）處挖深約（0.1～0.2）m 寬0.1m 的溝（坑），待溝（坑）內(nèi)充滿水泥漿液后停止注漿，若停漿后溝（坑）內(nèi)漿液不向裂縫內(nèi)吸入，這種情況可以停止注漿用重錘沿裂縫夯實；若停漿后溝（坑）內(nèi)漿液向裂縫內(nèi)吸入，可在停漿的同時將水玻璃以1/3 溝內(nèi)的漿液量與溝內(nèi)漿液混合，讓溝內(nèi)水泥漿與水玻璃混合液吸入裂縫內(nèi)，停止注漿15～20min，即可封堵漏漿。

2)孔位交叉灌漿：泥漿管柱可分為單孔和多孔泥漿管柱，這主要是因為地層孔隙或孔間裂隙通道的連通。漿液通過通道進入另一注漿孔，為了使?jié){液填充通道，注漿時在被串漿孔內(nèi)注滿水泥漿或封住孔口即可。

3)孔內(nèi)漏漿：是指注漿時單孔進漿量太大超過設計注漿量的2 倍以上的情況，為了使?jié){液擴散在加固范圍之內(nèi)，保證工程質(zhì)量，應以控制進漿量達到設計壓力為主要目的，此時應采用以下方法堵漏：加大漿液濃度、漿液中摻入水玻璃的雙液注漿或間歇注漿。以上方法在實際工作中應遵循先少量后大量，先小后大的原則，不可一次加入量太大對質(zhì)量造成負面影響，增加施工投入。

4)灌漿端標準的選擇：基巖:在0.5kPa 的設計壓力下，漿液注入比例低于每分鐘40L/min，漿液封閉30min。土層:在0.5kPa 的設計壓力下，可以關閉30min，達到單面灌漿的最終標準。灌漿后，機器和設備管線應及時沖洗，以避免漿料凝固后管線堵塞，這將影響正常分度。每個灌漿孔灌漿后，在完成孔之前，必須用水泥砂漿重新填充表面。

5 檢測及分析

巖溶灌漿質(zhì)量測試方式主要包括三類：即鉆孔取芯、物探以及水壓檢測。如果符合下面當中的一個要求，能夠確定是合格，不然的話需要重新補充鉆孔和灌漿，直至符合要求：

1）注漿后地層單位長度吸水率小于注漿前的5%。

2）檢查孔巖芯可見多處水泥塊，基本填滿可見空隙。

3）當采用水灰比為2:1 的水泥漿補充注入檢查孔時，前10min 的初始進漿量小于10L。

6 結(jié)束語

通過滬昆客運專線云南段TJ-4 標DK1157+550～DK1157+750 段巖溶路基巖溶整治施工實例，對注漿工藝，注漿過程中出現(xiàn)的問題及應對措施進行探討，總結(jié)出路基巖溶整治施工的具體技術，為同類工程提供參考實例。