路基岩溶注浆施工分析与应用

李艳霞

（常州工程职业技术学院，江苏 常州 213164）

0 引言

随着经济的快速发展，我国对基础设施建设的投入越来越大，建设了大量的高速铁路和高速公路。胡博韬等[1]通过现场测试及数值模拟软件研究了地基加固对隧道下穿铁路路基系统的动力规律；李岩等[2]通过分析路基加固的价值和具体方式，总结出路基优化加固策略，该策略可有效提升路基的稳定性；管中林等[3]通过现场试验与有限元分析相结合的方式，发现了混凝土芯砂桩复合地基沉降和超静空隙水压力迅速降低的原因。

王伟[4]结合具体工程实例，对土体特性进行了分析研究，并通过理论模拟进行验证，发现灰土挤密桩加固设计的效果显著；赵光营[5]以路基地基加固工程为例，研究软弱地层加固的关键技术，并分析了预应力管桩的加固机理；沈立森[6]采用有限元模拟软件建立模型，对地基桩基加固处理进行分析，得出泥炭质土的最优桩体加固类型；刘军[7]结合具体工程实例，分析了单液注浆技术的工作原理，并详细说明了路基加固设计方案；殷潇[8]对具体高速铁路路基加固实例进行分析，提出了路基加固防渗的多种具体措施，各措施均取得良好的加固效果。

综上所述，目前针对路基和地基加固的措施研究已经相对成熟，但关于岩溶破坏失稳机理的研究相对较少，笔者对岩溶塌陷机理及岩溶注浆原理进行了研究，并通过工程实例进行施工工艺分析，以期为类似地基加固施工提供技术参考。

1 岩溶塌陷机理分析

岩溶塌陷的原因主要包括内在因素和外在因素[9]2个方面。内在因素包括在岩土体内部存在的可溶性岩石、构造裂隙及地下水；外在因素包括季节性的地下水位变化、外部水体渗入地下和人为因素等。整个岩溶塌陷主要包括3 个阶段，分别是溶洞存在阶段、溶洞扩展阶段和土体塌陷阶段。整个岩溶塌陷示意图如图1所示。

图1 岩溶塌陷过程示意图Fig.1 Karst collapse process

（1） 溶洞存在阶段：由于岩土体中存在可溶性岩石，地下水在波动过程中会冲刷溶洞接触面，带走可溶性岩石，导致溶洞形成。

（2） 溶洞扩展阶段：当地下水位快速下降时，土体在自身重力作用下发生下沉，并受到地下水的侵蚀作用，致使溶洞正上方土体被冲走，形成空洞。

（3） 土体塌陷阶段：在溶洞上方土体被冲刷形成空洞的过程中，当空洞高度达到极限高度时，其上部土体丧失稳定性，发生垮塌，从而整个土体发生塌陷。

2 岩溶注浆原理

在注浆过程中，浆液由注浆孔注入岩层和土层后，会将溶洞填满，且随着注浆压力的增大，其注浆量也会增加。在注浆压力的作用下，浆液会贯穿整个土体空隙中，导致土体空隙充满浆液，形成浆脉，从而使地基土体的各项物理力学性能得到提高，抵抗变形的能力得到提升，达到加固效果[10]。

3 工程概况

杭黄铁路DK257+707 至DK257+981 段路基地形地貌的主要特征如下：剥蚀丘陵间丘间谷地，地形稍有起伏，自然坡度为10°～20°，相对高差为15～20 m；植被发育，且以松树和灌木为主，并夹有毛草及荆棘，局部山坡种有茶树及油菜；地层中含有粉质黏土和不同风化程度的泥质灰岩；地表水不发育，地下水主要为发育的基岩裂隙水。

4 岩溶注浆施工技术

4.1 孔位平面布置图

依据设计要求，注浆孔按正三角型布置，孔间距为5 m。路堤段的加固向边坡延伸约5 m，路堑段加固延伸至侧沟平台外缘。本段设计分为Ⅰ序孔（先导孔）和Ⅱ序孔。Ⅰ序孔数占总孔数的1/3，Ⅱ序孔数占总孔数的2/3。将孔位进行编号，以区分Ⅰ序孔和Ⅱ序孔。

4.2 定孔位

根据平面布置图进行测量放线工作，第一批先确定Ⅰ序孔位置，并做好护桩工作，根据路基长度决定工作面的循环长度，如果路基过长，就分段施工。

4.3 施工设备的就位

将钻机运至孔位附近进行拼装，利用水平尺等测量工具校正合格后，确保安装和定位牢固、平稳。在进行施工之前，必须对所有应用的机械设备进行检查，避免发生事故。

4.4 钻孔

在施工过程中，钻机采用XY-150 地质钻机，开孔孔径为110 mm，钻头采用泥浆护壁合金钻头，开孔速度宜匀速，不得过快。当钻到设计深度要求时，停止钻进。如果在钻进过程中遇到溶洞，则须钻至溶洞底板以下2.0 m。

4.5 洗孔

洗孔包含冲洗孔壁和冲洗岩石裂隙2 个工序。冲洗孔壁的施工方法如下：成孔后，将水管插入孔底部，用水流冲洗孔底至孔口，直至流出的是干净的水。需要注意的是，完成冲洗工作后，所残留的物体最大长度不能超过20 cm。冲洗裂隙的方法如下：用压力水冲洗裂隙，当回水变干净后方可停止冲洗。裂隙的冲洗压力一般为注浆压力的80%。

4.6 注浆前压水试验

岩溶整治施工是通过先导探查孔钻探，探查岩溶段路基整治范围的覆盖层、岩层，充分了解并掌握该区域伏岩溶的发育程度以及岩溶的空间分布情况，为后续岩溶注浆提供充分、准确的探查资料。

4.7 配制浆液

（1） 注浆采用P·O42.5 普通硅酸盐水泥。边加水稀释水玻璃边进行搅拌，采用波美计检验水玻璃浓度，水玻璃波美度标准值为38°～43°，模数为2.4～3.4。掺加水玻璃时，其掺量为水泥量的8%～20%。采用高速制浆机进行制浆，搅拌时间要控制在30 s 以上，制浆完成至开始使用之间的间隔不能超过4 h。定时测量水泥浆液的比重，以确保浆液质量。

（2） 通常情况下，注浆所使用水泥浆液的水灰比为1∶1。在施工过程中，如果发现裂隙发育或大溶洞，则根据实际情况，向配制好的浆液内加入中粗砂，并进行灌注，可对岩溶腔体进行有效填充。然后，再使用正常配比的浆液。水泥浆的水灰比必须按照标准的施工要求进行配制，再通过拌浆机的高速搅拌对水泥浆液进行有效拌和；如果注浆所用的水泥浆中需加入粉煤灰，则需对粉煤灰、砂材料的应用进行严格设定。其中，粉煤灰需进行细磨，使其细度低于所使用的水泥，并保证烧失量低于3%。

4.8 岩溶注浆

4.8.1 注浆设备

注浆泵：采用ZB1-100 型注浆泵，其为三缸单作用柱塞式定量泵，最大工作压力可达8 MPa，注浆机的注浆压力一般控制在0.1～0.8 MPa，注浆套管采用直径为108 mm 的无缝钢管。带搅拌装置的搅浆桶：使用射流式搅拌机，能使水泥浆液搅拌均匀，其容量为800 L。流量计：注浆泵上安装有流量计和打印设备，可实时测量注浆量。

4.8.2 止浆塞的制作及气密性试验

通过阻塞式方式进行自下而上的孔内循环注浆。由孔底部往上逐段设置注浆塞，逐段完成注浆工作。安装注浆孔时，首先利用水泥袋将其绕成纺锤形柱塞，同时管子进入注浆孔内并对其进行挤压，保证孔壁与水泥栓塞之间没有明显空隙，然后将水泥砂浆填充进周围部分空余区。外露注浆管长度需超过 40 cm，方便管路和孔口阀门连接。完成注浆塞的制作后，需在12 h后进行正式注浆，按照施工设计压力进行注浆，孔壁与水泥砂浆结合处不能漏浆。

4.8.3 注浆压力

需根据注浆方法、注浆深度和地下水位情况确定注浆压力。在注浆过程中，需随时注意可能出现的突发情况，以便及时调整注浆压力。

4.8.4 特殊情况处理

在注浆过程中可能会出现一些特殊情况，要及时妥善处理，才能保证施工正常进行。

裂隙漏浆：在对表面进行嵌缝、限量、限流的同时，应采用待凝、浓浆液灌注的方法来解决漏浆问题。

中断施工：施工过程中，若因事故而造成施工中断，则会造成严重影响，因此要及时恢复注浆，也可在冲洗钻孔后继续注浆。如果冲洗无效，则先进行扫孔，再注浆。如果注浆的注入率与中断之前的注浆率相近，就要对中断前的水泥浆进行比级换用，如果注浆的注入率较中断前有所减小，就要采取措施进行补救。

快速注浆：快速注浆会导致注浆难以停止，此时应采取限量、间歇、限流和低压的方式进行注浆，在注浆过程中掺入速凝剂，之后还需进行扫孔，再依照规范要求进行注浆。

4.9 注浆后压水试验

选定Ⅰ序孔（先导孔）作为探查孔，在已经注浆完成的Ⅰ序孔附近50 cm 范围内进行一对一钻孔注水验证。针对先导孔孔数的5%（不少于3个）进行注浆后的压水试验，在试验过程中做好详细记录，根据压水试验判断注浆效果。

4.10 综合物探测

以瑞雷面波和四极电测深2 种方法为主进行探测。瑞雷面波法是利用瑞雷波传播时的频散特性以及不同介质下瑞雷波传播速度的特点，对岩溶路基进行有效的整体评价，具有很强的时效性。四极电测深法是利用不同岩层的电性差异，定性分析岩溶路基的地质问题。2 种探测方法的评价方式分别见表1和表2。

表1 瑞雷面波检测的注浆效果评价Tab.1 Evaluation table for surface wave detection grouting effect

表2 四级电测深法下路基岩土体注浆质量面波检验标准Tab.2 Standard for surface wave inspection of grouting quality of subgrade rock and soil using the fourth level electrical depth measurement method

5 结语

在铁路路基工程的修建中，岩溶地段的施工非常普遍，如果不能妥善地处理岩溶注浆，就可能出现岩溶破碎带顶板坍塌等严重现象。因此，在岩溶段施工过程中，有效的岩溶注浆处理才能起到加固路基的作用，从而有效提高地基承载力。此外，岩溶注浆的施工对于路基的稳定性具有非常重要的作用。岩溶注浆施工工期短，方法简便，其质量控制关键点如下：

（1） 完成钻孔处理后，通过测绳对孔深进行测量，保证孔深达到施工设计要求，钻孔直径不能小于11 cm。施工过程中需对压力、进尺进行有效控制，并对孔内情况进行记录。

（2） 可采用高速制浆机进行制浆，搅拌时间要控制在30 s 以上，制浆完成至开始使用之间的间隔不能超过4 h。定时测量水泥浆液的比重，以确保浆液质量。

（3） 在注浆过程中，要严格观测压力表，如发生异常现象，则停止注浆。需准确进行注浆塞位的设置，保证进浆管与孔底的距离不超过0.5 m。