固结灌浆在岩溶地基处理中的应用

□彭 峰（遵义水利水电勘测设计研究院）

0.引言

众所周知，岩溶是由石灰岩，泥灰岩等可溶性岩石长期受水的化学溶蚀和机械作用而形成的。在附加荷载或振动作用下，如果建筑物的地基岩层内存在溶洞，当其上覆盖土层时，会致使地基产生不均匀沉降，地基变形塌陷，建筑物倒坍，影响建筑物的使用。下面通过实例，介绍固结灌浆在岩溶地基处理中的应用。

1.固结灌浆

固结灌浆是为了改善节理裂隙发育或有破碎带的岩石的物理力学性能而进行的灌浆工程。其主要作用是：提高岩石的抗压强度与弹性模量；提高岩石的整体性与均质性；减少岩石的变形与不均匀沉陷。固结灌浆适用于水工隧洞、混凝土重力坝、凝土拱坝或重力拱坝。其中水工隧洞在衬砌后常进行岩石固结灌浆；坝基全面积固结灌浆在混凝土重力坝上面得到广泛应用；对于受力较大的坝肩拱座岩石，要对混凝土拱坝或重力拱坝进行固结灌浆。在破碎的岩层中开挖隧洞时,为避免岩石坍塌或集中渗漏,可在开挖前进行一定范围内的斜孔或水平孔超前固结灌浆。设置混凝土垫层时，如果在土石坝防渗体底部进行固结灌浆，则能保证垫层下部岩石的稳定性。当岩基表面有一定厚度的混凝土或浇筑混凝土盖板后，才能进行固结灌浆，这样可以保证灌浆的质量。岩石地质条件复杂时，一般先进行现场固结灌浆试验，确定技术参数（孔距、排距、孔深、布孔形式、灌浆次序、压力等）。浅层固结灌浆孔多用风钻钻孔；深层孔多用潜孔钻或岩心钻钻孔。平面布孔形式有梅花形、方格形和六角形。排距和最终孔距一般为3～6m,按逐渐加密方法钻灌。灌浆时先从稀浆开始，逐渐变浓，直至达到结束标准。灌浆材料以水泥浆液为主，在岩石节理、裂隙发育地段，吃浆量很大时，常改灌水泥砂浆。灌浆全部结束后，对固结效果的检查方法有：测定弹性波速与弹性模量；钻检查孔进行压水试验和岩心检查；必要时开挖平洞或竖井直观检查。

2.工程概况

秦沈客运专线DK170+380～DK170+600段为岩溶发育地段，该段地层表层为粘土，其下为砾砂，局部含圆砾土，下伏蓟县系白云质灰岩，岩溶发育，地下水埋深3.6 m。其中DK170+520.56段地质情况为粘土、砂粘土、圆砾土、粗砂、砾砂和白云质灰岩，设计为简支箱梁桥，桩基设计为端承桩，基础为40根的Ф1.0 m钻孔桩，共计914 m。该桥梁的地基白云质灰岩中含有半充填溶洞，桩基基底坐落在溶洞1.5 m以下的岩面上，其中3#台桩基中有四层溶洞(如图1所示)。

图1 桥梁桩基地质柱状图

为了确保路基工程质量，保证桥梁基础的顺利成桩，在对岩溶地段基础进行处理时，要严格根据设计及工程施工的实际要求，采用固结灌浆，这样才能消除工程隐患，避免在运营后出现路基局部塌陷。

3.桥梁岩溶地基处理方法

由于本桥地质情况，白云质灰岩厚度达15m，且岩面倾斜，若采用循环钻机施工，速度慢，工期长，成本高，施工中我们采用冲击钻机成孔。施工时将粘土块直接加入桩孔内，借钻头冲击自行造浆，穿过溶洞、岩溶裂隙时，在钻头的冲击作用下，将所投入的粘土、片石及碎石挤入溶洞和岩溶裂隙中，完成护壁，然后冲击成孔。

3.1 施工准备工作

在进行固结灌浆施工前，要做好一系列的施工准备工作，严格根据地质情况，测量放样，完成水、电、路三通及场地平整工作。正确进行技术交底，测放出桩位，定期保养检修钻机，使设备处于良好的状态。此外，还需要预测施工中可能出现的问题，准备好施工材料，例如砂子、粘土、片石、碎石。设置护桩时，要采用8cm厚钢板的护筒，确保护筒中心斜度不得大于1%，与设计中心偏差不得超过50mm。钻机就位时，要使钻头中心对准桩孔中心，下铺长钢轨，方木垫平，用顶杆顶紧钻机轴线，这样才能防止溶洞坍塌，避免造成较大的人员、机械事故。

3.2 钻孔施工

钻孔施工时，主要的施工机械，见表1。

表1 主要的施工机械名称及规格表

用钻头把粘土冲击成膏状，在护筒内投入粘土并注水。同时，还需要取样测试泥浆的各项指标，确保其性能满足，见表2。

表2 各项测定指标表

开孔时用小冲程冲击钻钻孔，要打得准、打得稳，钻至护筒底2～3m后加大冲程，主绳放长量为3～5 cm。钻孔过程中要随时观察钻机工作情况，仔细检测护筒内水位变化和周围地表的沉降，防止意外情况发生。达到设计标高后，对孔深、孔径、孔位偏差、倾斜度进行检测，填写工程检查证，合格后开始淘渣，在灌注混凝土前重新复测孔深及泥浆比重、粘度、含砂率。

3.3 布孔

在注浆压力作用下，向钻孔泵送浆液，以克服地层的各种营力及抗拉强度，从而使岩溶地基可灌性大大提高，使水泥浆液充填岩溶地基，降低岩土层的渗透性，增大岩土层的承载力。本路基地质条件较复杂，路基土的构造和渗透性极不均匀，因此在经试验后，专家组研究确定孔距为2.5m，按梅花形布孔，见图2。

图2 布孔示意图

4.固结灌浆施工的注意事项

固结灌浆在岩溶地基处理中应用时，需要严格按照设计要求进行施工。根据钻孔岩心及注水试验资料，调整注浆中基岩吸浆量及注浆压力，选用适宜的参数，如浆液浓度、速凝剂配比、注浆压力、注浆流量等。在注浆过程中，如果发现地表隆起或注浆外溢时，应停止注浆。一般地，对于吸浆量较小的孔，压力注浆采用浆液，是先稀后浓的，连续注入；对于吸浆量较大的孔，多次定量间歇注入先浓后稀的浆液，等浆液凝固时再补充灌注。对于遇到较大岩溶通道（吸浆量较大的孔），应在注浆的同时加入粗骨料，并选用适宜的投砂量。对于注浆之初就难以进浆孔，可以适当降低洞内高压，采取双孔抽压的措施，将溶洞内积水抽出，顺利注浆。此外，在注浆时，一旦发现临孔中出现串浆现象，或者管壁间冒浆，要等浆液凝固后再注浆。

5.结语

综上所述，在岩溶地基处理中，特别是一些桥梁工程经常会遇到岩溶地段，要加强对固结灌浆的应用，做好施工前的准备工作。根据地质情况，因地制宜，采用合适的施工机械，进行钻孔施工，正确进行布孔、注浆。还应注意在固结灌浆施工中的一些事项，加强施工人员的素质培养和专业技能的培养，这样才能保证工程质量，确保岩溶地基的稳定性，从而保障了人们的生命财产安全。

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