单控水泥浆处理铁路岩溶强烈发育路基技术

唐 钢

(黔张常铁路有限责任公司, 四川成都 610081)

我国岩溶地区分布广泛，随着铁路建设快速发展，铁路穿越岩溶区不断增多。铁路路基基底下岩溶地基一般采用“先探后灌、探灌结合”的工法处理，即向岩溶地基注入常规水泥浆，水灰比一般为0.6∶1～2∶1[1]。随着铁路建设对环水保及建设质量要求不断提高，采用新材料进行岩溶处理的需求逐步凸显。

1 常规水泥浆

1.1 常规水泥浆的主要性能

采用32.5R普通硅酸盐水泥配置普通水泥浆，浆液的初凝、终凝时间、抗压强度见下表1。常规1∶1水灰比的水泥浆的初凝时间约15h，析水率35 %，抗压强度1.66～8.9MPa[2]。

表1 常规水泥浆的性能指标

1.2 常规水泥浆的缺点

黔张常铁路DK34+991～DK35+047段路基基底岩溶强烈发育，该段设89个注浆孔，1 353m3注浆估算量。在注浆孔完成总注浆孔的28 %时，注浆量已达估算量的90 %[3]。实际注浆量远超设计估算量。常规水泥浆初凝时间长，大部分浆液顺岩溶通道流失至地基处理范围以外，导致注浆材料浪费。经检测，常规1∶1水泥浆析水为强碱性、携带六价铬，污染地下水[4-7]。

2 单控水泥浆

针对常规水泥浆存在的问题，配置了可控水泥浆，确保在浆液压入地基后，扩散半径、环境影响可控[8-10]。在1∶1常规水泥浆中，掺入CS2添加剂，配置可控水泥浆。根据实验，按照掺量(5 %、7 %、9 %)优选三种不同配比方案，其性能如表2所示。根据经验，流动度保持在200mm以上的可控水泥浆才可泵送，配置好的水泥浆流动度损失至200mm的时间段称之为可泵时间段，可泵时间段必须满足施工要求的时间，可控水泥浆初凝时间内必须包含合理的可泵时间段。根据现场可控水泥浆的泵送时间，选择不同方案配比的可控水泥浆。

表2 黔张常铁路岩溶地基强化注浆浆液性能试验最优配合比

采用BWD-150型泥浆泵，10min左右可将0.7m3可控水泥浆泵入地基，基于此选择了方案二单控水泥浆。方案一配置的可控水泥浆初凝时间为32min，只有原常规水灰比1∶1水泥浆初凝时间的3.6 %左右。水泥浆初凝时间的极度缩短，极大地减小了水泥浆的扩散半径，控制了水泥浆的流失。析水率为4 %，只有原常规水灰比1∶1水泥浆析水率的11.4 %，水泥浆析水率的大大降低，减少了水泥浆的析水量，控制了水泥浆析水污染环境。

3 可控水泥浆的工程应用

3.1 应用工程概况

黔张常铁路DK40+816～DK40+899段路基工程主要为路基填方工程，对该处路基实施的24个先导孔全部揭示溶洞，溶腔揭示率100 %。多呈串珠状分布，最大规模约20.5m，多为砂类土、黏性土及砾石半充填，局部存在较大空腔且无充填，部分段落底部发育较大空腔。溶洞分布典型断面见图1、图2。

图1 DK40+823横断面

图2 DK40+850横断面

3.2 可控水泥浆的注浆效果

为探索可控水泥浆的施工工艺及处理效果，选取了该段两个试验孔。为确定溶腔形式及注浆效果，过程中采用微型摄像头实施监控。孔内摄像显示，试验孔1与试验孔2具有完全不同的岩溶发育特征(图3、图4)，试验孔1在地面下4.6m处有较大的水平向溶洞发育，试验孔2在地面下1.4～6.7m处为溶洞，在溶洞底部有与之相连的隐伏型落水洞。

图3 试验孔1孔内摄像

图4 试验孔2孔内摄像

2018年8月15日上午8∶17至8月16日上午12∶10将试验孔1注浆灌满，注浆约28h，注入约137m3。试验孔1的成功灌注，证明了可控水泥浆处理水平向发育的溶洞、溶槽效果良好。

2018年8月17日上午8∶00至次日19∶30对试验孔2注浆，注浆时间约30h，注入约150m3。在注浆过程中，不断地采用井下摄像、探针多种手段查看注浆面，发现可控水泥浆随浆液注入液面上升，证明了宜采用可控水泥浆处理。至2018年9月30日该段注浆全部完工，注浆量仅为普通水泥浆预估量的54 %。且经过第三方地质雷达、取芯注水等检测，注浆效果良好，达到设计要求。

4 可控水泥浆的施工特点

相对于常规水泥浆，可控水泥浆的粘度较大，同等时间内压入可控水泥浆的方量只有常规水泥浆的50 %～60 %左右，减少投资提高工效。

可控浆液在施工中快速凝结容易导致的堵管现象，通过采用专人每10～15min提起吸管吸头，敲击处理，可保证吸管的通畅。

5 结论

(1)在强烈发育岩溶地基的条件下，由于注常规水泥浆的工程投资、工程量、环境影响的不可控性，目前多采用桩板结构或桥梁结构跨越处理。黔张常DK40+816～DK40+899段工程实例证明，在强烈发育岩溶地基的条件下，可以以路基型式通过。采用可控水泥浆处理地基，具有扩散半径可控、工程量可控、环境影响可控。同等时间内压入可控水泥浆的方量只有常规水泥浆的50 %～60 %左右，节省工程投资等优点，以充填为目的的岩溶区注浆技术应逐渐过渡到用可控水泥浆替代常规水泥浆。

(2)单孔水泥浆对岩溶发育强烈地段，特别是对贯通型溶洞处理具有良好处理效果，避免泥浆外流造成地下水污染，排水通路堵塞，浪费水泥浆等情况，采用单控水泥浆处理效果良好，注浆半径可控、工程量可控、环境影响可控。