淺談巖溶注漿的施工工藝

周滿興 上海鐵路局工務(wù)處

1 巖溶概述

巖溶地貌是具有溶蝕力的水對(duì)可溶性巖石進(jìn)行溶蝕等作用所形成的地表和地下形態(tài)的總稱，又稱喀斯特地貌，它以溶蝕作用為主，還包括流水的沖蝕、潛蝕，以及坍陷等機(jī)械侵蝕過程。按出露條件分為：裸露型、覆蓋型和埋藏型喀斯特。可溶性巖石有3類：碳酸鹽類、硫酸鹽類及鹵鹽類巖石。巖溶的主要形態(tài)有溶洞、溶溝、溶槽、裂隙、暗河、石芽、漏斗及鐘乳石等，是可溶性巖受水的化學(xué)和物理作用的結(jié)果。巖溶發(fā)育的基本條件：具有可溶性巖層、具溶蝕能力和流量足夠的水、地下水有下滲或流動(dòng)的途徑。

2 工程概況以及選擇巖溶注漿工藝的緣由

杭州至長(zhǎng)沙客運(yùn)專線浙江段之DK267+993.13～DK268+519.25段巖溶路基臨近既有線，主要以路塹為主，橫亙于浙江西部的江山。該段地形地貌為剝蝕低山丘陵地貌，丘坡坡度較平緩，植被較發(fā)育。該段表層為 Q4a1+p1粉質(zhì)黏土，黃褐色，成分以粉粒、粘粒為主，含少量礫石，礫石主要成分為泥巖，流塑狀粉質(zhì)黏土主要分布在灰?guī)r土石交界面處，下伏基巖為泥質(zhì)粉砂巖、灰?guī)r。全段路基基底為覆蓋型巖溶發(fā)育地段，地下水波動(dòng)易使上覆土體產(chǎn)生潛蝕破壞甚至形成土洞引起地表塌陷，對(duì)既有線運(yùn)營(yíng)造成安全隱患。

為確保路基穩(wěn)定和鐵路運(yùn)營(yíng)安全，對(duì)該段巖溶路基采用鉆孔注漿加固處理。該處理方案優(yōu)點(diǎn)如下：

（1）該工法的施工機(jī)械體積小，靈活輕便，適合于場(chǎng)地狹長(zhǎng)地帶的施工。

（2）該工法在注漿前期可對(duì)地質(zhì)情況進(jìn)行復(fù)核，并不用另外再上地質(zhì)鉆機(jī)，可在鉆孔總數(shù)的30%中完全復(fù)核出該處的地質(zhì)情況。

（3）在先導(dǎo)勘探孔探明地質(zhì)情況下，后續(xù)鉆機(jī)可大量跟進(jìn)，有利于大面積展開施工。

（4）可根據(jù)探明的地質(zhì)情況，對(duì)于不同的地質(zhì)條件確定采用相應(yīng)的注漿方法以及確定漿液配制方法。

（5）采用較大孔徑的注漿孔，在有效控制注漿壓力及漿液配比的情況下，能有效的對(duì)注漿效果進(jìn)行控制。

（6）采用物探、鉆孔、注水試驗(yàn)，對(duì)于注漿前后的對(duì)比可以有效確定注漿加固地基效果。

3 加固機(jī)理與原則

3.1 加固機(jī)理

通過一定的壓力，使?jié){液（水泥漿）填塞充填下伏灰?guī)r頂部的溶洞、溶槽、裂隙及上部土層中的孔隙、土洞，使其基本形成水平注漿帷幕，切斷降水或其所形成的地表水沿覆蓋土層下滲的可能，有效降低地表水補(bǔ)給地下水時(shí)對(duì)上部土體的潛蝕和淘蝕能力，減少巖溶水和上部覆蓋土層之間地下水的垂直聯(lián)系，使深層地下水的升降變化不至于直接侵蝕上部土層，同時(shí)使得地基土層得到加固，從而起到了加固和穩(wěn)定路基的作用。

3.2 加固原則

（1）注漿孔布置：采用矩形布置，橫向布置5孔，縱向孔間距為5 m。

（2）注漿孔深度：一般孔深鉆入基巖不小于6 m；若施工過程中遇到溶洞，應(yīng)鉆至溶洞底板下1 m終孔；注漿套管嵌入基巖0.5 m，用水泥砂漿固結(jié)成一體。

（3）注漿厚度：按基巖面以上3 m至基巖面以下6 m（厚約6 m）為受漿范圍；對(duì)存在土洞和基巖面以上溶洞發(fā)育地段，適當(dāng)加大注漿層厚度及注漿量，以滿足地基穩(wěn)定為前提。

4 施工范圍確定，注漿試驗(yàn)及工藝參數(shù)

為使巖溶路基得到確實(shí)有效的整治加固，在正式施工前，對(duì)加固范圍進(jìn)行鉆孔驗(yàn)證。驗(yàn)證孔選擇在加固區(qū)起止位置的注漿孔。若在驗(yàn)證孔中發(fā)現(xiàn)巖溶異常，表明加固范圍尚需擴(kuò)大時(shí)，向加固區(qū)外側(cè)擴(kuò)大驗(yàn)證范圍，距邊側(cè)3～5 m兩端各增加1～2個(gè)鉆孔驗(yàn)證；若無異常，則在注漿孔向內(nèi)依次進(jìn)行鉆孔驗(yàn)證。并將驗(yàn)證情況（包括異常深度、充填物的空隙率、裂隙發(fā)育等）作出原始記錄，據(jù)以確定施工范圍。

鉆孔驗(yàn)證后，各段選擇1～2個(gè)注漿孔作現(xiàn)場(chǎng)壓水試驗(yàn)和注漿試驗(yàn)，以便合理選擇壓漿參數(shù)，包括注漿壓力、壓漿深度、液擴(kuò)散半徑、最佳注漿量、漿液配合比、凝結(jié)時(shí)間等以及確定施工工藝。

（1）漿液配制：以純水泥砂漿為主，水灰比1：1，為了控制凝結(jié)時(shí)間，可摻約2%的外加劑。

（2）注漿壓力：對(duì)連通性較好的灰?guī)r溶洞、土洞，采用自流注漿和低壓注漿，壓力0.1～0.3 MPa；對(duì)充填較好的溶洞、土洞、裂隙以及土層采用壓力注漿，壓力0.5～1.0 MPa，并針對(duì)注漿過程中出現(xiàn)的情況隨時(shí)調(diào)整注漿壓力。

5 巖溶注漿施工工藝

5.1 工藝流程

注漿加固工工藝流程如圖1所示。

圖1 注漿加固工工藝流程

5.2 施工工藝

（1）注漿孔定位放樣

前期準(zhǔn)備工作完成后，即可進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)注漿孔定位放樣。放樣前，根據(jù)路基橫斷面圖，注漿孔平面布置圖，以及現(xiàn)場(chǎng)鉆孔驗(yàn)證所確定的加固范圍，用全站儀進(jìn)行放樣，并在現(xiàn)場(chǎng)用樁橛標(biāo)定、編號(hào)，保證注漿孔位誤差一般不應(yīng)大于5 cm，孔位實(shí)際誤差不應(yīng)超過0.1 m.

（2）鉆機(jī)與注漿設(shè)備就位

注漿孔位標(biāo)定后，移動(dòng)鉆機(jī)至鉆孔位置，完成鉆機(jī)就位。鉆機(jī)就位后，用傾斜尺、水平尺等工具調(diào)整鉆機(jī)角度，安裝牢固，定位穩(wěn)妥。各類設(shè)備就近安裝，注漿管線固定，不宜過長(zhǎng)，一般為30～50 m，以防壓力損失。

（3）注漿孔鉆孔

鉆機(jī)進(jìn)場(chǎng)后按操作規(guī)程進(jìn)行組裝和調(diào)試，保證運(yùn)行正常、安全。鉆孔前，根據(jù)圖紙進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)核對(duì)。為了更好地利用漿液，不使?jié){液流散太遠(yuǎn)，一般應(yīng)先兩側(cè)后中間。鉆孔采用干鉆法。地表有覆土?xí)r，為防止孔口坍塌或縮孔，必要時(shí)下較大直徑的孔口管或采用跟管鉆進(jìn)。鉆孔深度與現(xiàn)場(chǎng)情況不符時(shí)，保證深度在基巖面下不小于6 m。鉆進(jìn)過程中，現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員及時(shí)填寫施工記錄，并準(zhǔn)確測(cè)量土石界線及土洞、溶洞、裂隙深度，溶洞、裂隙的充填及水文地質(zhì)的變化，特別是鉆進(jìn)中漏水情況的描述和繪制柱狀圖等，以便根據(jù)實(shí)際情況，采取相應(yīng)措施。同時(shí)，必須注意，注漿孔應(yīng)跳孔施鉆，不得在鉆孔全部成孔后再注漿，以免孔位串漿，增加難度和清孔的工作量。

（4）清孔與檢查

鉆孔結(jié)束后，在提拔鉆管時(shí)邊拔管邊清孔，將孔內(nèi)殘?jiān)宄．?dāng)鉆管難以拔出時(shí)，可將鉆管保留在孔內(nèi)清孔。清孔后底部殘?jiān)坏煤裼? cm。清孔結(jié)束后再放注漿管。

另外，為保證成孔質(zhì)量和加固的有效性，注漿前必須對(duì)注漿孔的孔位、孔深、孔徑、孔口管、鉆孔記錄等進(jìn)行檢查，做到設(shè)計(jì)與現(xiàn)場(chǎng)相符，實(shí)際與記錄相符。

（5）注漿

①注漿順序：先外排，后內(nèi)排；同一排中先兩頭后中間。

②注漿方式：根據(jù)設(shè)計(jì)圖，結(jié)合鉆孔深度及基巖面的埋深、裂隙發(fā)育等情況，采用自下而上分段注漿、自上而下分段孔口注漿或混合式注漿。對(duì)于淺層，宜全孔一次注漿。

注漿流程如圖2所示。

圖2 注漿流程圖

（6）注漿工藝

①注漿之前要進(jìn)行孔深測(cè)量和壓水試驗(yàn)，一方面是為確保注漿加固深度，檢查管路的暢通和密封性，另一方面是掌握孔內(nèi)吸水量，以及地面有無溢水現(xiàn)象，以保證注漿質(zhì)量和注漿的順利進(jìn)行；

②采用試驗(yàn)的參數(shù)，確定漿液的配合比以及注漿壓力；

③注漿時(shí)，按壓力由小到大、濃度由稀到稠、速度由慢到快的原則進(jìn)行，開始先采用自流式注漿，當(dāng)漿液面達(dá)到孔口時(shí)采用有壓注漿，壓力由小到大，最大壓力不超過終注壓力的2倍；

④漿液以純水泥漿為主，對(duì)有較大的溶洞、裂隙，且無充填物，須先投入粗粒充填料（如砂、碎石）后再注入濃度較大的水泥漿；

⑤當(dāng)遇到地下水流速較大、裂隙暢通的孔段漏漿、跑漿嚴(yán)重時(shí)須停止注漿，視具體情況，通過調(diào)整漿液濃度、注漿時(shí)間、速率、添加速凝劑、雙漿液注漿或改變注漿方法等措施來解決；

⑥注漿過程中，對(duì)壓力、壓漿速率、進(jìn)漿量、材料、漿液配合比等施工參數(shù)要記錄齊全，描述詳盡；同時(shí)，要采取有力措施減少對(duì)工程周邊環(huán)境的污染。

6 質(zhì)量控制

6.1 鉆孔

開鉆前，現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員應(yīng)按圖紙與現(xiàn)場(chǎng)標(biāo)定孔位進(jìn)行核對(duì)、檢查無誤后方可開鉆。當(dāng)鉆到設(shè)計(jì)深度且符合終孔條件時(shí)方能停鉆。

6.2 注漿

（1）原材料

制備漿液所需的原材料要嚴(yán)把進(jìn)料關(guān)，如水泥、水玻璃等，須有出廠試驗(yàn)報(bào)告或出廠合格證，否則不能進(jìn)場(chǎng)。進(jìn)場(chǎng)后的材料按有關(guān)規(guī)定抽樣送有資質(zhì)的檢測(cè)單位，進(jìn)行二次檢驗(yàn)，合格后方可投入使用。冬、春多雨季節(jié)，要特別注意水泥的防潮、防雨，避免結(jié)塊失效。

（2）漿液制備

配制漿液應(yīng)稱量準(zhǔn)確，嚴(yán)格按配合比下料，加料順序一定要在加完水后，在攪拌的情況下方能加入水泥，待攪拌均勻后再加入外加劑，攪拌時(shí)間應(yīng)不少于3 min。漿液在特制的貯漿槽內(nèi)放置時(shí)間不宜過長(zhǎng)，一般不應(yīng)超過2 h，應(yīng)隨拌隨用。

（3）注漿過程

注漿時(shí)，先注稀漿，以防裂隙被堵塞。當(dāng)注漿壓力保持不變，吸水量均勻減少或吸漿量沒有變化，壓力均勻升高時(shí)，應(yīng)持續(xù)注漿，并不得改變漿液的水灰比；當(dāng)連續(xù)注漿而不見壓力升高，吸漿量不下降時(shí)，應(yīng)提高漿液濃度；當(dāng)壓力驟然上升或漿液流量突然增大時(shí)，應(yīng)立即停止，適量投入砂或碎石，在漿液中摻入適量速凝劑，并采用間歇式注漿。注漿工作應(yīng)連續(xù)進(jìn)行，因故中斷，應(yīng)及早采取措施排除故障，恢復(fù)注漿；采用間歇式注漿時(shí)，間歇時(shí)間不超過2 h。當(dāng)止?jié){段為巖層時(shí)，孔口漿液壓力應(yīng)在0.5 MPa以上，吸漿率＜5 l/min，持續(xù)時(shí)間>10 min；當(dāng)止?jié){段為土層時(shí)，孔口漿液壓力穩(wěn)定在0.3 MPa以上，吸漿率＜5 l/min，持續(xù)時(shí)間>10 min時(shí)，方可結(jié)束注漿。

（4）注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)

①注漿孔口壓力維持在0.2～0.3 MPa左右，吸漿量不大于 40 l/min，維持 30 min；

②注漿鉆孔基巖完整，或多次注漿，孔口壓力超過1.5 MPa；

③冒漿點(diǎn)已經(jīng)出注漿范圍外3～5 m；

④單孔注漿量達(dá)到平均注漿量1.5～2.0倍，且進(jìn)漿量明顯減少時(shí)。

當(dāng)達(dá)到以上標(biāo)準(zhǔn)之一，均可結(jié)束該孔注漿。反之，當(dāng)達(dá)不到上述結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，應(yīng)清孔再次注漿。

（5）注漿效果檢查

①注漿前后，物探成果資料對(duì)比，檢查注漿效果；

②注漿前后，鉆孔注水實(shí)驗(yàn)的單位長(zhǎng)度吸水量對(duì)比，檢查注漿效果。注漿后單位長(zhǎng)度吸水量應(yīng)小于注漿前吸水量的3～5%，且不存在明顯漏水現(xiàn)象；

③鉆孔檢查，檢查孔數(shù)的5%，根據(jù)取芯漿液充填情況直觀判斷注漿效果；

④注漿觀察，冒漿點(diǎn)在路基范圍之外3～5 m，可視路基范圍巖溶通道堵塞完畢。

7 結(jié)束語(yǔ)

在今天看來，巖溶注漿并不是新工藝，但對(duì)于加固路基卻是一種有效的施工工藝。近年來，巖溶注漿大量運(yùn)用于樓房、高速公路、鐵路等工程建設(shè)之中，并且通過對(duì)這些工程質(zhì)量檢測(cè)和實(shí)際運(yùn)營(yíng)來看，巖溶注漿的效果斐然。在杭長(zhǎng)客專DK267+993.13～DK268+519.25段巖溶路基施工過程中，應(yīng)用該工法對(duì)路塹、路堤基底黏土層、巖溶地段地基進(jìn)行注漿加固，并對(duì)注漿效果進(jìn)行了檢測(cè)，證明該工法對(duì)于相應(yīng)地質(zhì)條件下的地基加固處理、控制沉降、保持路基穩(wěn)定起到了一定的加固效果。