岩溶路基稳定性分析及微型注浆桩加固技术研究

尚 恒，郑 琪

(江西省公路科研设计院)

岩溶路基稳定性分析及微型注浆桩加固技术研究

尚 恒，郑 琪

(江西省公路科研设计院)

微型注浆桩是一种新型的复合软基治理方法，当前在沿海地区应用较为普遍。岩溶路基常为可溶蚀性的岩土体构成，在地下水的作用下将进一步劣化其工程性质。采用适用于低应力区的非线性强度准则与强度折减法可分析岩溶路基的稳定性，采用微型注浆桩有效提高复合地基的承载力。

岩溶路基;稳定性分析;强度折减法;微型桩

1 前言

在岩土工程界，常使用安全系数(稳定系数)表征岩土体的稳定性与安全裕度。特别是边坡工程，使用安全系数可直观体现，其中郑颖人使用有限元强度折减法求解边坡稳定性已经相对非常成熟。但对于地下工程及岩溶路基而说，使用数值模拟强度折减法计算其稳定性系数受限较多。岩溶路基整体稳定性系数的求解依然是个难题。岩溶路基对道路的安全及舒适度影响较大，目前对岩溶路基的研究主要集中在勘察、风险评估、处治等方面。采用微型注浆桩可较大程度地提高复合地基的承载力，但该方面的研究还较少。

2 岩溶路基稳定性分析方法

强度折减法在边坡工程应用相对成熟，通过程序可以自动求解其稳定性系数，折减原理为将屈服准则中各参数同时折减一个系数，当边坡岩土体刚好达到屈服破坏时，已折减的程度即为边坡的稳定性系数。在岩溶路基稳定性分析中也利用该理念，通过手动同步折减广义Hoek－Brown准则中各参数，当岩溶围岩体塑性区贯通即认为达到破坏屈服临界，此时所折减的系数即可认为是岩溶路基的稳定性系数。

使用Hoek－Brown准则进行数值折减时一样是根据先前有效应力同当前总应变增量的关系推求其有效应力增量，直至计算结束后再进行逆计算。假定岩土体当前主应力为(σ1、σ2、σ3)，弹性应力增量按式(1)计算:

其中:E1=K+4G/3;E2=K－2G/3;Δe1、Δe2、Δe3为主应变变化值。从而可知:

岩土体通常采用理想弹塑性模型，屈服准则设为广义Mises准则，而对于均布节理岩体也是通过H－B准则与M－C准则之间的准则参数转化关系得到等效的M－C准则参数之后，再通过折减效的M－C准则参数而求得岩体工程体的强度。采用基于GSI的Hoek－Brown准则的强度折减法进行溶腔路基安全系数的计算分析。采用折减系数F*，将Hoek－Brown准则参数中强度参数的σci与mi进行折减，而非强度指标的s与a不进行折减，因其仅与GSI、D有关，基于Hoek－Brown屈服准则岩溶路基稳定性计算如下:

如果计算收敛则增大折减系数F*，使用二分法逼近，直至折减至岩溶路基塌陷(表现于塑性区贯通)，则折减系数F*即为路基的安全系数。

3 注浆微型桩治理技术

3.1 注浆微型桩加固路基机理

注浆微型桩有效加固岩溶路基是在流体传压下渗流场与应力场流固耦合的结果。注浆加固按照浆液与地基岩土的相互作用而分为鼓泡压密、劈裂流动与被动土压力三个阶段:注浆伊始时浆液在出浆孔附近产生挤压形成球形泡土体阶段、注浆压力达到能够劈裂土体时浆液将在劈裂的岩土体流动阶段，以及最后的浆液饱满阶段。

对于正常固结和欠固结地基，在初始注浆时其小主应力是水平向及劈裂面垂直。再增大注浆压力的情况下水平应力转化为被动土压力状态，其裂缝面也由垂直转化为水平。分层压实的路基采用袖管劈裂注浆加固时容易沿路基分层之间发生横向劈裂，在路基土的分层处硬结为水平水泥黏结层作为水平向帷幕有效阻隔毛细水上升从而进一步加固路基。

3.2 注浆微型桩加固技术工艺

(1)成孔

微型桩的成孔一般是采用小型钻机钻孔，采用水或泥浆作为循环冷却钻头和除渣手段。同时循环水在钻进过程中，水和泥土搅拌混合在一起亦变成泥浆状。一般采用正循环方法以提高微型桩处治地基的承载力，当遇到较硬土层时改用水力扩孔钻头扩孔。在饱和软土层钻进时若遇到流砂层应当减缓进尺速度并依靠岩心管在流砂层表面磨动旋转，同时加上孔内泥浆使其孔壁表面形成泥皮以达到护孔目的。当表土层松散时用套管护孔套管口，并确保套管高出地面10 cm，钻至设计标高时进行清孔直至溢出清水为止。

(2)钢筋笼的制作

钢筋笼根据设计荷载确定其含钢量，每段钢筋笼的长度视现场条件和机具的吊放能力而定，每节长5～6 m，钢筋笼的接头采用绑扎与焊接结合的方式，其搭接长度应符合规范要求。由于微型桩的直径均较小，混凝土保护层为1.5～2.0 cm，在特殊情况下应加强处治。

(3)灌浆管的制作

灌浆管一般为橡胶管、聚氨酯类，考虑拔出时接头处采用外缩节使外管壁光滑，使之方便从砂浆(或混凝土)中拔出。为防止泥浆进入管内淤塞，需在管底口用胶布或聚乙烯胶布封住，在管底口以上1.0 m范围做成花管形状，其孔眼直径0.8 cm，纵向间距10 cm，竖向四排，灌浆管一般放在钢筋笼内一起放到钻孔内。

(4)灌浆施工

微型桩施作一般是一次性灌浆完以免出现断桩现象，主要施工工艺为:①先向孔内抛粒径为15～30 mm的小石子，然后向孔内压力注水泥砂浆或净水泥浆。②直接向孔内压力注水泥砂浆，注浆压力一般为0.3～0.5 MPa。

4 工程实例分析

某高速公路采用微型注浆桩复合地基方案，微型桩截面尺寸为0.25 m×0.25 m，长度为 l=6.5 m，桩间距为1.5 m×1.5 m。求得其单桩承载力特征值为Ra=260 kN。令单桩承载力发挥系数λ=0.95，桩间土承载力发挥系数β=1.0，则复合地基承载力特征值为193 kPa。

5 结论

碳酸盐地质受地下水流动侵蚀的作用，其岩体性质进一步劣化，在该地区修建工程项目时其地基承载力往往达不到要求，对工程构建物的安全稳定性影响较大。采用微型注浆桩能有效地提高其承载力，且施工简便，造价低廉，因而在工程实践中应用广泛。通过本文的研究可得到以下几点结论: (1)岩溶路基没有一个如边坡稳定系数一样的表示系数，可用塑性区贯通、最大最小主应力、允许变形量及计算不收敛为失稳判据，得到一个量化的岩溶路基局部及整体稳定性系数。(2)注浆微型桩有效加固岩溶路基是在流体传压下渗流场与应力场流固耦合的结果。(3)微型注浆桩的施工顺序为成孔－钢筋笼制作－灌浆管制作－注浆。

［1］ 林文太.高密度电法在岩溶路基勘查中的应用［J］.福建地质，2010，29(1):34－38.

［2］ 姚其明，郭得令，彭永良.兖石线临沂某段岩溶路基塌陷勘察与分析［J］.铁道勘察，2011，37(1):67－70.

［3］ 周文.基于随机介质理论的岩溶路基安全风险评估研究［J］.公路工程，2009，34(4):30－33.

U416.1

C

1008－3383(2015)10－0043－01

2015－04－12

尚恒(1983－)，男，江西南昌人，主要从事公路设计研究及管理工作。