膜袋袖阀管注浆技术在岩溶路基处治中的应用

周韶华

（山西省交通科学研究院，山西 太原 030006）

岩溶这一地质现象，在我国南方以及西南地区很是常见，这一常见现象严重影响了高速公路路基施工，给路基施工造成了极大的障碍。岩溶区中溶洞、土洞的处治方法一直是让各位学者、专家头痛的问题，针对这一现象，各位学者、专家充分发挥各自的经验、知识，对溶洞问题采取了各自合理的解决方案，并得到了较好的处理结果。公路路基施工技术规范中对溶洞处理方法有[1]：对于干溶洞，处理方法为使用干砌片石和浆砌片石对溶洞进行堵塞；对于处于路基基底处的溶洞，大型溶洞宜采用架设桥涵跨过溶洞，小型溶洞且无水时则采用砂砾石、碎石进行回填等方式。当溶洞处于路基下方且充填率较低[2]，视溶洞大小决定处治方法，当溶洞高度小于5 m，宜采用压力灌注M5水泥砂浆的处治措施，或使用钻孔灌注素混凝土桩进行治理；对于溶洞高度大于5 m的，则使用C10小石子混凝土进行压力注浆，也可采用素混凝土的压力灌注桩。母进伟等[3]学者指出，在公路建设中，常用的溶洞治理方式有混凝土盖板处理，而使用土工格栅进行溶洞塌陷的防治或者对溶洞塌陷进行防治，比使用混凝土盖板更为合理，而最有效的方式是使用重型土工格栅。而陈忠平[4]针对路基及路基影响范围内的溶洞，即浅层溶洞提出了自己的处治方法。他采用的是经济有效的综合灌浆法进行整治。

本文以汕湛高速公路云浮至湛江段工程（K30+580—K41+661.104）为依托，在本合同段所处的地区，穿越岩溶区，地层节理裂隙较发育，多处可见有方解石脉存在，而且溶洞、溶蚀沟槽等象征岩溶发育的现象极为常见，本地区岩溶发育等级的综合评定等级定为极发育。基于这一特殊的工程环境，对本工程中，由于部分路段岩层为强风化泥岩以及中风化石灰岩，灰岩的埋深较大且溶洞高度变化大，洞内多以流塑状粉质黏土半充填，故采用了膜袋袖阀管注浆法这一较为先进的方法进行溶洞处治。

1 工程背景

汕湛高速公路云浮至湛江段工程（K30+580—K41+661.104），多处位于岩溶现象多发地段，整体穿越岩溶区，地貌单元属于岩溶溶蚀准平原区，地层表面覆盖层为第四系，稻田密集，并且植被茂盛。地层岩性为第四系冲洪积层和残坡积层，下伏基岩为石灰岩，该地层节理裂隙较发育，多见方解石脉，溶洞、溶蚀沟槽等岩溶现象极发育，岩溶发育等级综合评定为极发育。段落内溶洞内多为隐伏型溶洞，溶洞埋深大，且溶洞呈现出多层的串珠式溶洞形态。路基以填方路基为主，填土高度3～11 m，局部存在挖方路基。

本文所针对的膜袋袖阀管注浆技术所对应的路段为K34+506—K34+640段，该段钻孔所揭示的地层最上部为粉质黏土，下部基岩为中风化石灰岩，发现溶洞位于基岩当中。基岩面起伏很大，溶洞高度变化也很大，在局部路段中（K34+563—K34+575段落）溶腔较大，洞内多以流塑状粉质黏土半充填，部分溶洞未充填，使用普通处理办法不能达到工程施工要求。因此在这种溶洞稳定性差的半充填溶洞路段采用膜袋袖阀管注浆法进行路基处治，而未充填的大空腔采用灌砂注浆或高压泵送细石混凝土填充。本文就这一地质条件对膜袋袖阀管注浆方法进行介绍。

2 膜袋注浆管设计

2.1 适用条件及工艺特点

由于膜袋袖阀管适用条件较为特殊，因此需说明膜袋袖阀管的使用应在相应地质条件下应用，来最好地应对相应地质条件。在本工程中，针对下伏基岩为中风化石灰岩的岩层中含有溶洞，且岩层埋深变化较大，溶洞高度变化也很大，溶洞内部充填状况为流塑状粉质黏土半充填的情况采取膜袋袖阀管注浆工艺进行路基加固处理。

膜袋袖阀管注浆技术相比普通袖阀管注浆技术而言，其不同点是在袖阀管外侧设置了一种特殊的结构——膜袋，膜袋的作用是限制了注浆液的扩散范围，从根本上防止了跑浆、漏浆、串浆等现象，浆液凝固后所形成的桩体强度很高。

为了使地基中的超静孔隙水压力迅速消散，降低施工过程中挤土效应对工程的影响，特意设置一排水结构，此结构为塑料排水板，设置在膜袋外侧。

而且相对于常规的袖阀管注浆，这种方法不需要添加套壳料，大大提高了施工效率。

2.2 工艺原理

2.2.1 常规袖阀管注浆技术改进

相较于常规袖阀管注浆技术，膜袋袖阀管注浆技术改进之处在于袖阀管用一条高强度的土工膜袋套住，并在膜袋外侧每间隔2～3 m用18号细铁丝设置一道压力阀门；在膜袋外侧将1～2条塑料排水板用塑料扎扣进行捆扎；注浆工艺与常规袖阀管注浆工艺相同，注浆时，通过注浆而产生的压力，将膜袋自上而下逐段撑开，形成如图1所示的桩体。

图1 膜袋袖阀管注浆结构示意图

2.2.2 工艺原理

膜袋袖阀管注浆技术的原理简述之，可分为桩顶受荷、桩侧摩擦力、挤密作用、排水作用4个方面。

首先是桩体部分，膜袋经过注浆之后，形成一个强度较高的桩体，起到支撑整个路基的作用，整个桩体连同膜袋撑开周围土体，类似于复合地基，由此加固地基。

由于土体与成桩后的桩体沉降速率不统一，土体沉降会大于桩体沉降，因此桩体与土体形成的摩擦力会起到支撑路基的作用，为路基分担荷载，同时桩体不断对土体有挤压作用，加速土中水的排出，摩擦力也因此增大，桩体所承担的荷载也相应增大，从而提高了路基的承载力，加固了路基。

桩体因注浆而逐渐膨胀，这个过程中，土体不断被压缩、挤密，排水板的设置也加速了水的排出，使得土体更加密实，强度也大大提高。

排水板的设置不仅可排出超孔隙水，也使土中多余自由水排出，降低了土体含水率，一定程度上加固了地基。

3 施工工艺流程与操作

3.1 工艺流程

膜袋袖阀管（钢管）的注浆技术工艺流程详见图2。

图2 膜袋袖阀管（钢管）注浆技术工艺流程图

3.2 工序操作

膜袋注浆法的基本工序操作，在实际施工中是这样的。

首先需要进行注浆现场试验。具体操作是在大规模的注浆前，先取3～5根试验桩，试验桩数据应用自动注浆记录仪全程记录，并在试验后验证水灰比，并分析注浆量与注浆压力是否适宜施工。

现场试验过后，通过测量放样确定注浆孔位。确定仪器采用全站仪，先确定边坡和路基四角的孔位，然后根据设计确定其余孔位。孔位平面偏差原则要求应小于±10 cm，所有孔位应做好相应标识。

确定好孔位将钻机安装在所在位置，并进行钻孔。钻孔完毕后则是施工当中的重点，膜袋的制作和钢管的制作。

膜袋的制作选用的是特殊工艺的高强度土工布，土工布尺寸应大于设计桩长1 m，直径与桩长相同，均为45 cm。膜袋的上下两端使用14号铁丝扎牢，避免浆液撑开膜袋，然后将第一节袖阀管插入自收拢的膜袋口内，袖阀管与膜袋底端的距离应在10～20 cm之间，每隔2～3 m，便在袖阀管上使用18号铁丝缠绕6～8圈将膜袋扎紧，作为每一段分段的注浆阀门。

膜袋袖阀管人工组装完毕后，将其下放至钻孔的指定深度，各节袖阀管用速凝胶连接牢固，同时将制备好的注浆浆液注入袖阀管。

注浆处理深度为穿透路基下方的溶洞或者土洞，进入溶洞底板0.3 m且不大于设计桩长1 m，如果超过这一界限，则需要向设计方确认桩长是否合理，每延米水泥用量为160 kg。

下放膜袋袖阀管注浆时注浆枪应抵达袖阀管钢管的底部，采用注浆泵将浆液注入袖阀管内，并且值得注意的是，每一段注浆量都应记录下来，达到该段袖阀管的设计用量或者达到相应注浆压力时，则应提升注浆枪高度，进行下一分段的注浆。注浆过程中时刻注意注浆压力表，压力表数值不要大于1.5 MPa。注浆方式采用隔排跳孔的顺序注浆，先边坡坡脚、边坡上部再路基中部；在结构物附近注浆宜按由近而远的顺序注浆，桥头路段注浆孔距离桩基的距离不小于2.5 m。

最后进行引孔回填。路堤土引孔部分处所在的袖阀管注浆，应按照25 kg/m的水泥量进行注浆，并回填密实，注意注浆压力不能超过0.5 MPa。

3.3 注意事项

a）膜袋袖阀管处治设计应遵循动态设计的原则，应结合现场情况，具体进行分析后，对相应施工参数进行调整。

b）注浆应采用间隔式注浆，并分序次进行。在第一序次注浆时，浆液扩散范围较大，而后的第二、三序次将会填充第一序次未能完全填充的部分。

c）虽然注浆压力具有参考值，但还是应根据现场条件确定具体注浆压力值。

d）在注浆完成后，200 m区域内不得开采地下水。

e）注浆孔应封孔，封孔所用材料可以与注浆所用材料一致。

4 主要设计参数与技术指标

成桩直径45 cm，每米水泥用量为160 kg，注浆压力不大于1.5 MPa，注浆桩间距1.5 m，均为等边三角形布置。

采用φ130普通袖阀管，采用P.042.5R水泥，水灰比0.8；引孔部分采用常规袖阀管注浆工艺处理，每米水泥用量为25 kg，注浆压力不大于0.5 MPa。

采用长丝机织土工布，具体参数要求见表1。

表1 长丝机织土工布参数要求

5 总结

经过广东汕湛高速公路云浮至湛江段工程的实际施工应用，在路基加固上起到了非常好的效果，在岩溶区相应地质条件下，经过多个路段的使用，能够印证本工法具有普遍的适应性，并且相较于普通的袖阀管注浆，膜袋袖阀管注浆工艺具有质量易于控制、施工工作面小以及路基加固效果更为突出的优势。