浅谈岩溶注浆路基施工技术

2011-02-28陈临安

湖南交通科技 2011年2期

陈临安

(湖南省凤大高速公路建设开发有限公司,湖南凤凰 416200)

随着经济的发展,我国公路里程的增加,路网密度也越来越大,高速公路建设过程中经过岩溶等不良地质区域无法回避。由于岩溶区工程地质情况错综复杂,因为不同的岩溶地质,其处治方法各异,一旦处理不好,将直接影响到工程的质量、安全及高速公路的使用品质,轻则造成经济损失,延误工期,重则在施工及运营过程中造成重大的人员伤亡。因此,迫切需要一套行之有效方案来指导岩溶区路基的施工。笔者结合凤大高速公路岩溶区路基施工处理的部分经验,总结了一套比较合理的岩溶区路基施工技术,为岩溶地区的溶洞处理积累工程经验。

1 工程概况

凤大高速公路建设项目地处云贵高原边缘,地势西高东低,海拔500～1 000m。区内地貌形态以岩溶山地地貌为主。按成因、形态划分,全线大部分路线穿越的地貌类型为溶蚀构造石丘洼地谷地地貌,起点一带,地貌类型为砂页岩低山丘陵。溶蚀构造石丘洼地谷地主要由中上寒武统灰岩白云岩组成,标高600～800 m。相对高差一般50～100m。有漏斗、溶蚀洼地、干谷、塌陷及正在消失的小河和流量很大的岩溶泉分布;地下形态常发育成暗河、大型的溶洞、落水洞等隐伏性的,对工程形成极大威胁的不良地质体,其处理工程量极大。岩溶对路基工程造成的危害性是多方面的,主要有:岩溶水浸泡路基;岩溶顶板坍塌造成路基沉陷;因溶蚀作用降低地基强度等,其中以路基沉陷最为常见,危害性也最大。本段岩溶路基分布情况见表1。

表1 本段岩溶路基分布情况

k3+370:该溶洞走向为k3+370左5 m～右5m(埋深约4～9.3m),指向左线k3+375～k3+390处(埋深约24～34m),有部分粘性土混碎石充填物。设计处理方案:开挖溶洞后边坡外露部分采用片石填塞、浆砌片石封闭;路基下隐伏部分采用注浆固结处理。

k4+140:该处存在1处充填型岩溶漏斗,深约18m,充填物为可塑状粉质黏土,填方路基段,设计方案:采用注浆固结加固处理。

k7+040:k7+035～k7+045有一岩溶体斜穿路基,埋深约6～20m,粘土填充,开挖后顶板厚度局部小于2 m,设计方案:开挖至路床后,采用注浆固结加固处理。

k7+470:该处右侧路基占压一处岩溶漏斗,岩溶体延伸至地面以下12～16 m,管道内有粘土填充,填方路基段,设计方案:采用注浆固结加固处理。

设计采用低压注浆(注浆压力0.3～0.4 MPa)处理,即用M 7.5砂浆灌注充填洞穴。注浆孔孔径为110mm,注浆管选用φ89mm无缝钢管,灌注浆液采用水泥砂浆(水∶水泥∶砂=0.6∶1.0∶1.0),注浆采用低压(注浆压力0.3～0.4MPa)间歇定量或循环式灌注,间歇时间可控制在7～8 h。

2 灌浆加固机理

灌浆就是要让水泥或其他浆液在周围土体中通过渗透、充填、压密扩展形成浆脉。由于地层中土体的不均匀性,通过钻孔向土层中加压灌入一定水灰比的浆液,一方面灌浆孔向外扩张形成圆柱状浆体,钻孔周围土体被挤压充填,紧靠浆体的土体遭受破坏和剪切,形成塑性变形区,离浆体较远的土体则发生弹性变形,钻孔周围土体的整个密度得到提高。

另一方面随着灌浆的进行,土体裂缝的发展和浆液的渗透,浆液在地层中形成方向各异、厚薄不一的片状、条状、团块状浆体,纵横交错的浆脉随着其凝结硬化,造成结石体与土体之间紧密而粗糙的接触,沿灌浆管形成不规则的、直径粗细相间的桩柱体。这种桩柱体与压密的地基土形成复合地基,相互共同作用起到控制沉降、提高承载力的作用。

3 施工准备

1)测量准备。对已探明的溶洞位置进行放样,确定处理范围及孔位等情况。

2)试验准备。浆材采用设计要求的水泥砂浆,水∶水泥∶砂=0.6∶1.0∶1.0。

3)材料准备:

①水泥。注浆用水泥采用普通硅酸盐水泥,水泥强度等级为32.5级,水泥不超过出厂日期3个月,受潮、结块者不得使用,水泥的各项指标符合国家标准,并附有出厂报告。

②砂。采用质地坚硬的机制砂或天然砂,粒径不宜大于2.5 mm,细度模数不大于2.0。

本项工程所需主要材料数量为:水泥2 175 t,砂8 000 m3。

4)施工现场准备。施工便道已拉通,施工场地已平整以利人员设备安置,施工用电采用自备发电机组自行解决用电问题。

施工用水采用就近利用水源。

5)人员及设备安排。

①施工人员安排见表2。

②机械设备安排见表3。

③主要测量仪器汇总表见表4。

表2 施工人员安排

表3 机械设备安排

表4 主要测量仪器汇总

4 施工方案

4.1 岩溶处理方案

根据地质钻探资料本段岩溶处理方案如下:

1)路基底或路基附近规模较小的岩溶泉,将泉水口处铺砌采用渗沟、涵洞等方法将水导出。

2)深而小的溶洞采用盖板跨越,对洞径小、顶板薄或岩层破碎的溶洞采用爆破顶板后用片石回填后,可注浆进行加固。

3)路基范围内的地表塌陷(土洞),在不影响地下水排泄通道时,采用回填夯实,并在地表整平后铺设土工格栅。

4)溶洞埋置较深,洞顶板较薄时,采用钻孔注浆加固。

4.2 钻孔注浆施工方法及注意事项

4.2.1 注浆孔布置

按设计要求及施工规范要求进行逐个注浆孔的定位,当地表、地下有障碍物时,根据实际情况适当移动孔位,移动后的孔间距不得超过0.5m。

4.2.2 成孔注浆工艺

溶洞压浆工艺流程见图1。

1)注浆钻孔开孔直径为φ110 mm,钻至完整基岩土层下0.5～1 m后,下入φ89 mm套管护壁。每个注浆钻孔至少测斜一次,终孔孔斜要求不超过2%。

2)注水试验:观察和记录土层、基岩钻进时的孔口返水和排渣情况视为注水试验,可综合判定该孔的可注情况;同时按孔数的10%均匀选定注水孔,验证地层并严格按要求进行注水试验,以确定注浆段的单位长度吸水量和浆液配方、配合比和泵压等参数。

3)采用跳孔施钻,施工时首先在两侧进行注浆,然后再在中线进行;在两侧进行注浆时,也必须采用间隔注浆的方法,以提高注浆效果。禁止全部钻完后再注浆。当溶洞多层时,采用自上而下的注浆顺序,即先灌上部第一层的的溶洞,然后灌下一层的溶洞,尽量避免浆液串冒。止浆采用似法兰盘简易止浆法或止浆塞、套管等方法止浆。

4)为增加浆液的和易性和水泥砂浆的早期强度,可在浆液中掺入适量的减水剂和早强剂,若遇空的岩溶通道、较大溶洞和裂隙处,吃浆量较大时,视具体情况可加入粗骨料并采用间歇注浆。当溶洞内充填物为亚粘土时,注浆方式为劈裂注浆;当充填物为砂砾、碎石时,注浆方式为压密注浆。当溶洞为半充填或无充填时,先填碎石,然后再注浆。

5)注浆时采用浆液浓度先稀后稠的方法,注浆开始时要定时观测泵的吸浆量和泵压,记录注浆过程发生的各种现象,收集原始数据,并根据实际情况调整注浆量和浆液浓度,注浆过程中若出现地表裂隙大量跑浆时,应采用间歇式注浆,或减少泵量及采取统一充填裂隙的措施,阻止浆液从地面大量流失。

6)结束注浆后及时清理设备、管道,拔出注浆管,用水泥纯浆将注浆孔全部堵塞好。

7)统计好注浆施工中的各项数据,做好施工记录,出现与设计有出入情况及时上报,一个区域的注浆作业完成后,清理好现场,搞好环境卫生。安全转移设备到下一个施工区域,进行下一步的施工作业。

单孔注浆结束标准:①控制孔口压力,孔口终压为0.3～0.4MPa,并根据孔口附近出现冒浆、串浆时可以结束灌浆;②达到设计灌浆压力,吸浆量小于5 L/min,并稳定20min视为结束。对因发生孔口管内/外冒浆而非正常结束的注浆孔,应视其原因,在附近重做或结合检查孔补注浆。

图1 溶洞压浆工艺流程图

5 处理效果

在处理过程中,监理工程师对施工过程的每一道工序都进行了全程监理,涵盖材料的进场、消耗、钻探、注浆以及混凝土的搅拌等各个流程。同时,还对施工的质量进行了严格的抽查:对于岩溶注浆,每个施工阶段完工之后,都布置了检查孔对钻孔取芯的质量进行检查。结果显示,溶蚀裂隙和溶洞全部被块状或短柱状的水泥结石所充填,从而有效地堵塞了土体运移的通道;从注浆前后的钻探循环水量对比中也发现,注浆前的孔钻漏水和孔口返水现象也得以解决。通过注水试验,可以发现,岩层单位长度吸水率大幅下降,满足设计要求,效果良好。