高速公路路基岩溶整治施工技术

娄亚鹏

（河北广通路桥集团有限公司，河北邯郸 050000）

1 工程概况

某高速公路在一处标段区间内存在岩溶地质，位于公路路基基底，路基施工时主要方法为挖方。该地段为丘陵地貌，地表平缓，高差最大仅为15m。坡度大多为20°左右，局部陡峭处约30°，植被在坡面上较为发育，大部分区域为耕地。工程地处喀斯特地貌区，上覆土层为第四系全新统人工堆积素填土，主要土层包括粉质黏土、破残积红黏土以及松软土、细角砾土等。灰岩与白云岩为下伏的基岩，部分区域表现为硅质岩和泥灰岩的互层。沟槽水为其主要地表水，岩溶水、孔隙潜水等是主要的地下水表现形式，且没有腐蚀性，不会侵蚀混凝土结构。考虑该区段的喀斯特发育情况，其具备岩溶地面坍陷的影响因素，属于易塌陷区，在进行路基施工过程中，需进行岩溶整治施工。

2 岩溶整治原则

2.1 路基岩溶整治措施

在整治措施采取方面，对于覆盖性岩溶，一般采取钻孔注浆手段，即为将地表水与地下水之间的水力关系切断，通过注浆浆液填充相关的土洞、溶蚀裂缝以及溶洞等，以此避免地面塌陷。而对于开口型溶洞或浅埋溶洞而言，其一般发生于裸露型溶洞之内，主要通过清表后碎石换填、地表密封、跨越处理以及揭盖回填等措施进行处理。

2.2 整治宽度

对于整治宽度，不同的形式的道路有不同的处理原则。一般情况下，属于路堑时，整治宽度直至路堑的侧沟平台；属于路堤时，整治宽度直至路堤坡脚；对于高度超过6m 的路堤，整治宽度宜为路肩外45°扩散角，高度不超过6m 时则为路堤坡脚。另外，在坡脚或堑顶以外范围，若有明显的溶洞等影响到边坡稳定性的情况，则整治宽度设置为坡脚或堑顶外延伸至少2m；对于存在路肩或路堤挡土墙的区域，则整治宽度取为墙趾以外3m范围[1]。

2.3 整治深度

整治措施采取未钻孔注浆时，其深度往往设置为深入基岩至少5m 或者总深度超过10m，如果溶洞出现在地面下方15m范围之内，则注浆至溶洞底部往下至少2m。对于溶洞的顶板厚度较大的情况，如超过15m 等，则往往是不做特别处理；但顶板较破碎，或者是此溶洞的范围较大，则一般按照安全顶板厚度法对顶板厚度进行合理判断，得出的顶板厚度如果不符合设计要求，则整治深度也应加固至溶洞底以下至少2m[2]。

3 施工工艺及技术要点

3.1 岩溶注浆技术的工艺流程

岩溶注浆技术工艺流程如图1所示。

图1 注浆加固的技术流程图

3.2 孔位布置

岩溶整治路段可分为易塌陷区与极易塌陷区两种。按照相关的岩溶整治设计及施工图，注浆孔的孔位布置如下：

（1）易塌陷区。在易塌陷区，当路段处较发育地呈现为溶洞、垂直溶蚀破碎带以及土洞等形式时，一般按照“探灌结合”的手段，对不良地质发育地段进行岩溶注浆施工[3]，其顺序一般为Ⅰ、Ⅱ，其中Ⅰ包括先导孔T。

（2）极易塌陷区。极易塌陷区应进行全面注浆整治。当所处路段存在支挡结构、属于车站关键区以及岩溶发育强烈等状况时，其整治时应当合理地对注浆孔进行加密设置。注浆孔的施工原则如下：对于溶洞、垂直溶蚀破碎带以及土洞等不发育，同时连续长度小于30m的情况，可沿道路中线间隔设置先导探灌孔，其设置纵距为7m。包括先导孔T 在内的Ⅰ序间隔7m，均匀布置为正方形；在Ⅰ序孔的正方形中心处以及溶洞位置进行加密内插，形成Ⅱ序孔。Ⅰ序、Ⅱ序孔的间距设置为5m，两者呈菱形分布；Ⅲ序孔则继续在前述菱形中心点处进行内插，其各序孔的加密设置间距为3.5m。图2、图3所示为本次注浆孔设置形式。

图2 注浆孔在易陷区的设置示意

图3 注浆孔在极易塌陷区的设置示意

3.3 钻孔

（1）钻孔之前，按照相关施工图的平面位置进行定位，钻孔误差在50mm 之内。钻孔过程中因环境、管线或地质等限制可调整孔位，但孔位移动距离不得超过50cm，否则要通过设计与监理单位的审核批准[4]。

（2）注浆成孔的孔口大小应在直径130mm 以上，基岩段终孔的直径至少为91mm以上。

（3）在钻进成孔时，遇到溶蚀破碎带或松散土层，应采取跟管钻进的方法。

（4）注浆施工开始前，先对孔洞进行冲洗，若钻孔存在返水，判断结束的方法为冲洗液变得澄清。钻孔没有返水时，如遇到溶蚀破碎带发育或溶洞地段，则冲洗时需按设计流量的八成以上进行冲洗，且持续冲洗10min以上。

（5）溶蚀破碎带若坍孔严重，或溶洞填充有粗粒土，则可能会出现跟管钻进成孔困难的问题，对此可实施复钻工艺。泥浆会对注浆加固效果产生一定的影响，因此不得采用泥浆护壁法实施钻进。

（6）注浆钻孔至要求的深度后，将注浆管与回浆管依次放入，其中孔底到管底的距离不得少于50cm，避免孔壁的土渣或石粒等掉落后堵塞注浆管。成孔且孔洞经冲洗后，相应的空置时间应小于24h，若不能在24h 内着手注浆操作，则需要对孔口进行封闭或采取保护措施，避免堵塞。对孔深在注浆之前进行复测，使孔深符合相应要求。岩溶路基注浆示意图见图4。

图4 岩溶路基注浆示意图

3.4 封孔

（1）当注浆达到停止标准后，对孔口进行封孔。一般采取水泥浆或砂浆等进行，具体视实际地质条件而定，也可采用孔口管动态阻塞法实施封孔。动态阻塞法进行封孔时具有操作灵活的优点，且造成垮孔的概率较低，条件允许时应先行采用该方法。

（2）对于钻探时揭示存在不良地质的，比如溶蚀破碎严重且伴有漏水，或者发育有溶洞时，应使用孔口管动态阻塞法，该管直径取110mm。对于黏性土的覆盖层，其封孔深度至少为4m；对于砂性土或卵石土，则需要封孔至土石的交界处，4m之内的孔口管应采用花管。

（2）终孔完成后，等待验收的时间不宜太长，以免孔内发生坍塌。终孔验收后的封闭操作需及时跟进，注浆作业则应在封孔水泥浆或封孔砂浆终凝之后实施。

3.5 注浆

（1）单液注浆时使用42.5 号普通硅酸盐水泥配制的纯水泥浆，刚开始灌注时采用稀浆，水灰比为（0.6～1）∶1。在注浆时的灌入量较大时，根据实际工况，可使注浆液浓度提高一级。

（2） 注浆时的孔口压力表指数应控制在0.2～0.4MPa，此即注浆压力；终止注浆时的压力取为0.3～0.5MPa。

（3）基岩段的注浆量一般按0.6～1.2m3/m 的指标进行设计；而在土石界面之上3m 的区域，设计指标一般取0.2m3/m；对于其他土层，则一般按0.01m3/m 的设计值进行封孔填充注浆量的估算。

（4）遇到空溶洞、半填充溶洞或土洞时，进行注浆处理前，应先采用砂与碎石进行高压冲填。

（5）对于溶蚀裂隙非常发育且互相联通、漏浆频繁发生的情况，应使用相当用量的粉煤灰或粉土，与注浆液搅拌混合后实施注浆。其中的粉土占水泥的质量比值不大于0.1，而粉煤灰的掺入量应为水泥质量的0.2～0.5。

（6）停止注浆的标准为：在设计注浆压力下持续进行10min的注浆，相应的注浆速度小于5L/min。

（7）注浆中的特殊问题处理：注浆操作不得中断，必须中断时需要查明原由，并迅速处理后恢复注浆。按设计方案顺序进行按序注浆。若发生串浆情况，则一并对串浆孔洞采取注浆措施。若存在冒浆与返浆，应先暂停注浆，找出原因并处理后，再行恢复实施。溶蚀破碎带若坍孔严重或溶洞填充有粗粒土，则可能会出现跟管钻进成孔困难的问题，对此，可进行复钻，不得采用泥浆护壁法实施钻进。注浆实施过程中，如果存在漏浆频繁等现象，则可换用双液注浆法堵漏，其中水玻璃与水泥浆的比例需提前由试验确定，一般水玻璃的浓度取为35～40 波美度，模数值为2.4～3.4。注浆量在实施碎石或砂以及充填其他物质处理后若仍较大，则应实施间歇注浆的处理措施。

4 质量检查

每个分段实施完成或整段施工完成后，应对注浆质量情况进行检查，具体方法有压水试验、钻孔取芯或物探等。其中，压水试验一般借助取芯钻孔实施，在整治范围内抽检瞬态面波测点，数量应在注浆总孔数的5%以上。钻孔取芯实施的孔数应超过注浆孔总数的2%，且至少3 孔，具体于灌浆孔之间布置。注浆施工质量合格的标准可参照以下几点：

（1）对孔洞岩芯进行检查，可探及水泥结石体，可见裂缝基本被充密。对于浆液结石体进行试块测试，其实际单轴抗压强度在0.3MPa以上。

（2）受检孔洞的吃浆量符合一定要求，一般在周边四个孔洞平均吃浆量的15%以下。

（3）进行压水试验时，其相应的渗透系数较小，为注浆前渗透系数的0.1以下。

（4）注浆实施前后的物探情况，可应用电测深法对其异常进行对比分析。

在由第三方检测方对灌浆质量实施检测期间，可利用综合物探手段，如电测深、电磁波CT 或者瞬态面波法等，并同时进行钻孔取芯、灌浆试验以及注水等辅助措施，从而对比分析注浆前后的物性指标发展情况。选取适宜的检测方法（见表1），从而实现注浆质量的准确判断。

表1 检测方法

5 结论

（1）岩溶区段的地下水位一般随时间而改变，久之将使地层发生下降，导致路基承载力也逐渐变小，威胁公路行驶安全，因此有必要对土石界面进行封闭处理，切断岩溶水与上层滞水的水力联系，保证地下水位的平衡；

（2）在白云质石灰岩中发育有溶洞时，受较大压力的影响，上部地层可能产生坍塌现象，造成公路路基的潜在危害，因此，在操作时，为初步掌握岩溶在地层中的发育情况，可进行先导孔施工，通过探灌结合的方法，对相应路段的岩溶发育情况、地质特征参数以及可溶岩的分布等指标进行详实的勘查。

本文所述的高速公路岩溶路基的整治与实施，能够有效保证路基的承载能力，提高路基施工效率与安全性，案例工程施工整治效果理想，可为同类项目提供参考。