浅谈岩溶注浆的施工工艺

周满兴 上海铁路局工务处

1 岩溶概述

岩溶地貌是具有溶蚀力的水对可溶性岩石进行溶蚀等作用所形成的地表和地下形态的总称，又称喀斯特地貌，它以溶蚀作用为主，还包括流水的冲蚀、潜蚀，以及坍陷等机械侵蚀过程。按出露条件分为：裸露型、覆盖型和埋藏型喀斯特。可溶性岩石有3类：碳酸盐类、硫酸盐类及卤盐类岩石。岩溶的主要形态有溶洞、溶沟、溶槽、裂隙、暗河、石芽、漏斗及钟乳石等，是可溶性岩受水的化学和物理作用的结果。岩溶发育的基本条件：具有可溶性岩层、具溶蚀能力和流量足够的水、地下水有下渗或流动的途径。

2 工程概况以及选择岩溶注浆工艺的缘由

杭州至长沙客运专线浙江段之DK267+993.13～DK268+519.25段岩溶路基临近既有线，主要以路堑为主，横亘于浙江西部的江山。该段地形地貌为剥蚀低山丘陵地貌，丘坡坡度较平缓，植被较发育。该段表层为 Q4a1+p1粉质黏土，黄褐色，成分以粉粒、粘粒为主，含少量砾石，砾石主要成分为泥岩，流塑状粉质黏土主要分布在灰岩土石交界面处，下伏基岩为泥质粉砂岩、灰岩。全段路基基底为覆盖型岩溶发育地段，地下水波动易使上覆土体产生潜蚀破坏甚至形成土洞引起地表塌陷，对既有线运营造成安全隐患。

为确保路基稳定和铁路运营安全，对该段岩溶路基采用钻孔注浆加固处理。该处理方案优点如下：

（1）该工法的施工机械体积小，灵活轻便，适合于场地狭长地带的施工。

（2）该工法在注浆前期可对地质情况进行复核，并不用另外再上地质钻机，可在钻孔总数的30%中完全复核出该处的地质情况。

（3）在先导勘探孔探明地质情况下，后续钻机可大量跟进，有利于大面积展开施工。

（4）可根据探明的地质情况，对于不同的地质条件确定采用相应的注浆方法以及确定浆液配制方法。

（5）采用较大孔径的注浆孔，在有效控制注浆压力及浆液配比的情况下，能有效的对注浆效果进行控制。

（6）采用物探、钻孔、注水试验，对于注浆前后的对比可以有效确定注浆加固地基效果。

3 加固机理与原则

3.1 加固机理

通过一定的压力，使浆液（水泥浆）填塞充填下伏灰岩顶部的溶洞、溶槽、裂隙及上部土层中的孔隙、土洞，使其基本形成水平注浆帷幕，切断降水或其所形成的地表水沿覆盖土层下渗的可能，有效降低地表水补给地下水时对上部土体的潜蚀和淘蚀能力，减少岩溶水和上部覆盖土层之间地下水的垂直联系，使深层地下水的升降变化不至于直接侵蚀上部土层，同时使得地基土层得到加固，从而起到了加固和稳定路基的作用。

3.2 加固原则

（1）注浆孔布置：采用矩形布置，横向布置5孔，纵向孔间距为5 m。

（2）注浆孔深度：一般孔深钻入基岩不小于6 m；若施工过程中遇到溶洞，应钻至溶洞底板下1 m终孔；注浆套管嵌入基岩0.5 m，用水泥砂浆固结成一体。

（3）注浆厚度：按基岩面以上3 m至基岩面以下6 m（厚约6 m）为受浆范围；对存在土洞和基岩面以上溶洞发育地段，适当加大注浆层厚度及注浆量，以满足地基稳定为前提。

4 施工范围确定，注浆试验及工艺参数

为使岩溶路基得到确实有效的整治加固，在正式施工前，对加固范围进行钻孔验证。验证孔选择在加固区起止位置的注浆孔。若在验证孔中发现岩溶异常，表明加固范围尚需扩大时，向加固区外侧扩大验证范围，距边侧3～5 m两端各增加1～2个钻孔验证；若无异常，则在注浆孔向内依次进行钻孔验证。并将验证情况（包括异常深度、充填物的空隙率、裂隙发育等）作出原始记录，据以确定施工范围。

钻孔验证后，各段选择1～2个注浆孔作现场压水试验和注浆试验，以便合理选择压浆参数，包括注浆压力、压浆深度、液扩散半径、最佳注浆量、浆液配合比、凝结时间等以及确定施工工艺。

（1）浆液配制：以纯水泥砂浆为主，水灰比1：1，为了控制凝结时间，可掺约2%的外加剂。

（2）注浆压力：对连通性较好的灰岩溶洞、土洞，采用自流注浆和低压注浆，压力0.1～0.3 MPa；对充填较好的溶洞、土洞、裂隙以及土层采用压力注浆，压力0.5～1.0 MPa，并针对注浆过程中出现的情况随时调整注浆压力。

5 岩溶注浆施工工艺

5.1 工艺流程

注浆加固工工艺流程如图1所示。

图1 注浆加固工工艺流程

5.2 施工工艺

（1）注浆孔定位放样

前期准备工作完成后，即可进行现场注浆孔定位放样。放样前，根据路基横断面图，注浆孔平面布置图，以及现场钻孔验证所确定的加固范围，用全站仪进行放样，并在现场用桩橛标定、编号，保证注浆孔位误差一般不应大于5 cm，孔位实际误差不应超过0.1 m.

（2）钻机与注浆设备就位

注浆孔位标定后，移动钻机至钻孔位置，完成钻机就位。钻机就位后，用倾斜尺、水平尺等工具调整钻机角度，安装牢固，定位稳妥。各类设备就近安装，注浆管线固定，不宜过长，一般为30～50 m，以防压力损失。

（3）注浆孔钻孔

钻机进场后按操作规程进行组装和调试，保证运行正常、安全。钻孔前，根据图纸进行现场核对。为了更好地利用浆液，不使浆液流散太远，一般应先两侧后中间。钻孔采用干钻法。地表有覆土时，为防止孔口坍塌或缩孔，必要时下较大直径的孔口管或采用跟管钻进。钻孔深度与现场情况不符时，保证深度在基岩面下不小于6 m。钻进过程中，现场技术人员及时填写施工记录，并准确测量土石界线及土洞、溶洞、裂隙深度，溶洞、裂隙的充填及水文地质的变化，特别是钻进中漏水情况的描述和绘制柱状图等，以便根据实际情况，采取相应措施。同时，必须注意，注浆孔应跳孔施钻，不得在钻孔全部成孔后再注浆，以免孔位串浆，增加难度和清孔的工作量。

（4）清孔与检查

钻孔结束后，在提拔钻管时边拔管边清孔，将孔内残渣清除。当钻管难以拔出时，可将钻管保留在孔内清孔。清孔后底部残渣不得厚于5 cm。清孔结束后再放注浆管。

另外，为保证成孔质量和加固的有效性，注浆前必须对注浆孔的孔位、孔深、孔径、孔口管、钻孔记录等进行检查，做到设计与现场相符，实际与记录相符。

（5）注浆

①注浆顺序：先外排，后内排；同一排中先两头后中间。

②注浆方式：根据设计图，结合钻孔深度及基岩面的埋深、裂隙发育等情况，采用自下而上分段注浆、自上而下分段孔口注浆或混合式注浆。对于浅层，宜全孔一次注浆。

注浆流程如图2所示。

图2 注浆流程图

（6）注浆工艺

①注浆之前要进行孔深测量和压水试验，一方面是为确保注浆加固深度，检查管路的畅通和密封性，另一方面是掌握孔内吸水量，以及地面有无溢水现象，以保证注浆质量和注浆的顺利进行；

②采用试验的参数，确定浆液的配合比以及注浆压力；

③注浆时，按压力由小到大、浓度由稀到稠、速度由慢到快的原则进行，开始先采用自流式注浆，当浆液面达到孔口时采用有压注浆，压力由小到大，最大压力不超过终注压力的2倍；

④浆液以纯水泥浆为主，对有较大的溶洞、裂隙，且无充填物，须先投入粗粒充填料（如砂、碎石）后再注入浓度较大的水泥浆；

⑤当遇到地下水流速较大、裂隙畅通的孔段漏浆、跑浆严重时须停止注浆，视具体情况，通过调整浆液浓度、注浆时间、速率、添加速凝剂、双浆液注浆或改变注浆方法等措施来解决；

⑥注浆过程中，对压力、压浆速率、进浆量、材料、浆液配合比等施工参数要记录齐全，描述详尽；同时，要采取有力措施减少对工程周边环境的污染。

6 质量控制

6.1 钻孔

开钻前，现场技术人员应按图纸与现场标定孔位进行核对、检查无误后方可开钻。当钻到设计深度且符合终孔条件时方能停钻。

6.2 注浆

（1）原材料

制备浆液所需的原材料要严把进料关，如水泥、水玻璃等，须有出厂试验报告或出厂合格证，否则不能进场。进场后的材料按有关规定抽样送有资质的检测单位，进行二次检验，合格后方可投入使用。冬、春多雨季节，要特别注意水泥的防潮、防雨，避免结块失效。

（2）浆液制备

配制浆液应称量准确，严格按配合比下料，加料顺序一定要在加完水后，在搅拌的情况下方能加入水泥，待搅拌均匀后再加入外加剂，搅拌时间应不少于3 min。浆液在特制的贮浆槽内放置时间不宜过长，一般不应超过2 h，应随拌随用。

（3）注浆过程

注浆时，先注稀浆，以防裂隙被堵塞。当注浆压力保持不变，吸水量均匀减少或吸浆量没有变化，压力均匀升高时，应持续注浆，并不得改变浆液的水灰比；当连续注浆而不见压力升高，吸浆量不下降时，应提高浆液浓度；当压力骤然上升或浆液流量突然增大时，应立即停止，适量投入砂或碎石，在浆液中掺入适量速凝剂，并采用间歇式注浆。注浆工作应连续进行，因故中断，应及早采取措施排除故障，恢复注浆；采用间歇式注浆时，间歇时间不超过2 h。当止浆段为岩层时，孔口浆液压力应在0.5 MPa以上，吸浆率＜5 l/min，持续时间>10 min；当止浆段为土层时，孔口浆液压力稳定在0.3 MPa以上，吸浆率＜5 l/min，持续时间>10 min时，方可结束注浆。

（4）注浆结束标准

①注浆孔口压力维持在0.2～0.3 MPa左右，吸浆量不大于 40 l/min，维持 30 min；

②注浆钻孔基岩完整，或多次注浆，孔口压力超过1.5 MPa；

③冒浆点已经出注浆范围外3～5 m；

④单孔注浆量达到平均注浆量1.5～2.0倍，且进浆量明显减少时。

当达到以上标准之一，均可结束该孔注浆。反之，当达不到上述结束标准时，应清孔再次注浆。

（5）注浆效果检查

①注浆前后，物探成果资料对比，检查注浆效果；

②注浆前后，钻孔注水实验的单位长度吸水量对比，检查注浆效果。注浆后单位长度吸水量应小于注浆前吸水量的3～5%，且不存在明显漏水现象；

③钻孔检查，检查孔数的5%，根据取芯浆液充填情况直观判断注浆效果；

④注浆观察，冒浆点在路基范围之外3～5 m，可视路基范围岩溶通道堵塞完毕。

7 结束语

在今天看来，岩溶注浆并不是新工艺，但对于加固路基却是一种有效的施工工艺。近年来，岩溶注浆大量运用于楼房、高速公路、铁路等工程建设之中，并且通过对这些工程质量检测和实际运营来看，岩溶注浆的效果斐然。在杭长客专DK267+993.13～DK268+519.25段岩溶路基施工过程中，应用该工法对路堑、路堤基底黏土层、岩溶地段地基进行注浆加固，并对注浆效果进行了检测，证明该工法对于相应地质条件下的地基加固处理、控制沉降、保持路基稳定起到了一定的加固效果。