某高速公路路堤塌陷灌漿加固方法

劉炳船

1 工程概況

某高速公路地處石灰巖地帶，巖溶發育強烈，由于溶洞頂板脫落，導致地面塌陷、路堤失穩滑移的現象，形成直徑約18米、深5米的塌陷區，嚴重影響公路交通安全。

2 地質及巖溶發育情況

經過現場勘察和施工情況表明，場地地層巖性單一，上部主要由填筑土、淤泥組成，亞粘土呈透鏡體分布，下部為石灰巖。地質條件比較復雜，主要表現為淤泥深厚，溶洞和土洞發育，整個場地勘察、施工鉆孔39個，其中見溶洞的鉆孔有17個，鉆孔見洞率43.6%，屬溶洞強烈發育區，其主要特點為：

2.1 溶洞的分布特征。根據揭露結果，場地溶洞呈帶狀分布，走向為東西向或北東向，中部、南部溶洞發育，中部溶洞規模較大。溶洞發育部位普遍較淺，溶洞頂板厚度小。

2.2 溶洞結構特征。在有溶洞17個鉆孔，其中見單層溶洞有11個孔，占見洞鉆孔的64.7%，見二層溶洞者有6個孔，占見洞鉆孔的35.3%。場地內所見溶洞中，單層溶洞高度小于等于3m者有14個，占67%；3～5m 者有2個，占10%；＞3m 者有5個，占23%，單個溶洞最大高度為10.6m。

2.3 溶洞中多為流塑狀粉質粘土充填，個別被淤泥充填，原因是溶洞頂板脫落，形成土洞，上部的淤泥流進溶洞中。充填物飽滿程度多數半充填至全充填，少數無充填。鉆孔施工時，部分孔內溶洞有漏水現象，也有部分鉆孔在基巖面上出現漏水現象，基巖面起伏大，其上均有較厚的流塑狀的淤泥，淤泥具有流變性和觸變性特點。

3 設計處理方法

場地土洞、溶洞發育強烈，規模較大，高速公路交通流量大，通行壓力很大，處理方案必須是技術可行、安全可靠和工期快捷，設計采用鉆孔灌注水泥砂漿的充填加固方案，布置4 排灌漿孔，其中兩排在邊坡上，兩排在坡底，間距為2米，其中灌漿鋼管留在孔內，對邊坡穩定起著擋土作用。具體的設計情況如下：

3.1 鉆孔

鉆孔直徑為130mm，孔深以入完整巖石深度3m 為準。鉆進時及時記錄鉆進情況，測量土洞、溶洞的埋深、大小及充填情況。

3.2 鋼花管

對于土洞或溶洞較大或多個串聯的溶洞，灌漿管采用規格為直徑為127mm 無縫鋼管，壁厚4.5mm，兩節鋼管采用10cm的螺紋套管連接，土洞或溶洞位置沿軸向每隔15cm 開一對3cm 出漿口，梅花狀布置。對于土洞或溶洞較小或無溶洞的鉆孔，花管采用規格為直徑為110mmPVC 管，軸向每隔15cm 開一對3cm 出漿口，梅花狀布置，用作排氣、排水孔。鉆孔完成后及時下入灌漿管，埋管時露出地面約20cm，管底至溶洞底約50cm的空隙。

3.3 灌漿材料及配合比

注漿材料為現場攪拌水泥砂漿或預拌的商品砂漿，水泥標號為42.5＃，細砂，其配合比 0.7～0.8：1：2（水：水泥：砂）。

3.4 灌漿

土洞或溶洞發育，灌漿量大，采用混凝土泵車進行灌注，壓力一般為 1～3MPa。注漿過程中，如果發現周圍坡（地）面有冒漿，則停止灌注，用水玻璃砂漿封堵后再進行間歇性灌漿。

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3.5 排氣孔

一個孔灌注時，周圍的孔作為排氣孔，可觀察臨孔排氣、排水、排漿情況，判斷溶洞連通性、灌漿飽滿程度等，并可防止因灌漿壓力過大而導致地面隆起現象。

3.6 灌漿終止條件

a.注漿壓力達到3MPa 并穩定時；b.灌漿量小而灌漿壓力徒增并大于6MPa時；c.周圍坡（地）面有頻繁冒漿，經封堵后間歇性灌漿仍然冒漿；d.地面明顯隆起。

4 灌漿情況及檢測、監測成果

4.1 灌漿情況

本次溶洞灌漿的主要特點：a.灌漿分布與灌漿量大小與鉆孔反映的溶洞區的分布和規模基本相一致，灌漿主要集中在中部溶洞帶，中部核心塌陷區灌漿量達800m3，占本次灌漿量的60%。其次為南部溶洞帶，灌漿量約320m3。北部灌漿量較少。總注漿量1349.5m3。b.場地內巖溶普遍很發育，且巖面、溶蝕面傾伏大，巖溶的形態及分布具有復雜性和隱蔽性的特點，溶洞帶之間、溶洞之間連通性差別大，溶洞的充填程度不同，每孔的灌漿量千差萬別，單孔注漿量10.5～220m3。出現個別鉆孔灌漿與鉆探揭示溶洞發育情況不一致情況。c.灌漿時，臨孔冒水的現象較多，但冒砂漿情況極少，這說明溶洞連通路徑較長，但連通通道小，水流通容易，但砂漿流動易堵塞通道。隨者灌漿進行，小通道被堵塞，冒水也逐步停止。

4.2 灌漿異常情況及采取的措施

4.2.2 施工過程出現過地表塌陷，地面隆起情況，但規模、范圍較小。施采取暫時停止灌漿，或變換灌漿孔，塌陷和隆起無繼續擴展跡象，繼續灌漿。

4.3 監測和試驗孔檢測情況

4.3.1 監測情況

本項目從施工過程到施工后進行全過程的監測，監測手段主要采取水準儀監測地面高程的變化和量測裂縫大小的變化兩種。從現場監測來看，施工時地表局部有隆起現象，工后不再出現塌陷，裂縫不擴展，路堤穩定，達到設計加固效果。

4.3.2 試驗孔檢測情況

灌漿完成后進行抽芯檢測，試驗布置鉆孔6個。從檢測結果來看，有三個孔無溶洞，也無充填有砂漿；另外三個孔有土洞、溶洞，分別充填有一到三層砂漿，每層充填厚度為1.0～3.8m，水泥砂漿充填飽滿、膠結良好，抗壓強度代表值為9.81～16.0MPa，土洞、溶洞處理灌漿效果滿足設計要求。

5 結語

5.1 灌漿效果

本次灌漿分布和灌漿量大小與鉆探及灌漿孔揭露的情況基本相吻合，灌漿量較大，灌漿壓力大，地表有隆起現象，工后監測表明，沉降穩定。鉆孔檢查情況表明，土洞、溶洞已被水泥砂漿充填，水泥砂漿充填分布基本與溶洞分布一致，南北兩端基巖面淺，中部凹陷成不規整溶槽，溶槽呈東西走向，水泥砂漿主要充填塌陷區中部和中部偏南的地段，漿液主要向東西擴散，南北兩端灌漿量小；水泥砂漿充填飽滿，水泥漿膠結良好，抗壓強度較高。綜合上述情況，土洞、溶洞在灌漿處理后滿足設計要求，灌漿效果較明顯。

5.2 結論

土洞、溶洞處理一般優先采用惰性材料、粗粒漿材，本次灌漿處理根據溶洞發育但充填物較多和邊坡的特點，采用了流動性和可灌性好的細粒漿材（水泥砂漿）和鋼花管灌漿技術，技術上可行、可靠，相對純水泥漿來說也是經濟合理的，有一定推廣與應用價值。

[1]地基處理手冊（2000年版）

[2]巖土工程治理手冊（林宗元，1993年第一版）

[3]建筑地基處理技術規范（廣東省標準2007版）