固結灌漿在巖溶地基處理中的應用

□彭 峰（遵義水利水電勘測設計研究院）

0.引言

眾所周知，巖溶是由石灰巖，泥灰巖等可溶性巖石長期受水的化學溶蝕和機械作用而形成的。在附加荷載或振動作用下，如果建筑物的地基巖層內存在溶洞，當其上覆蓋土層時，會致使地基產生不均勻沉降，地基變形塌陷，建筑物倒坍，影響建筑物的使用。下面通過實例，介紹固結灌漿在巖溶地基處理中的應用。

1.固結灌漿

固結灌漿是為了改善節理裂隙發育或有破碎帶的巖石的物理力學性能而進行的灌漿工程。其主要作用是：提高巖石的抗壓強度與彈性模量；提高巖石的整體性與均質性；減少巖石的變形與不均勻沉陷。固結灌漿適用于水工隧洞、混凝土重力壩、凝土拱壩或重力拱壩。其中水工隧洞在襯砌后常進行巖石固結灌漿；壩基全面積固結灌漿在混凝土重力壩上面得到廣泛應用；對于受力較大的壩肩拱座巖石，要對混凝土拱壩或重力拱壩進行固結灌漿。在破碎的巖層中開挖隧洞時,為避免巖石坍塌或集中滲漏,可在開挖前進行一定范圍內的斜孔或水平孔超前固結灌漿。設置混凝土墊層時，如果在土石壩防滲體底部進行固結灌漿，則能保證墊層下部巖石的穩定性。當巖基表面有一定厚度的混凝土或澆筑混凝土蓋板后，才能進行固結灌漿，這樣可以保證灌漿的質量。巖石地質條件復雜時，一般先進行現場固結灌漿試驗，確定技術參數（孔距、排距、孔深、布孔形式、灌漿次序、壓力等）。淺層固結灌漿孔多用風鉆鉆孔；深層孔多用潛孔鉆或巖心鉆鉆孔。平面布孔形式有梅花形、方格形和六角形。排距和最終孔距一般為3～6m,按逐漸加密方法鉆灌。灌漿時先從稀漿開始，逐漸變濃，直至達到結束標準。灌漿材料以水泥漿液為主，在巖石節理、裂隙發育地段，吃漿量很大時，常改灌水泥砂漿。灌漿全部結束后，對固結效果的檢查方法有：測定彈性波速與彈性模量；鉆檢查孔進行壓水試驗和巖心檢查；必要時開挖平洞或豎井直觀檢查。

2.工程概況

秦沈客運專線DK170+380～DK170+600段為巖溶發育地段，該段地層表層為粘土，其下為礫砂，局部含圓礫土，下伏薊縣系白云質灰巖，巖溶發育，地下水埋深3.6 m。其中DK170+520.56段地質情況為粘土、砂粘土、圓礫土、粗砂、礫砂和白云質灰巖，設計為簡支箱梁橋，樁基設計為端承樁，基礎為40根的Ф1.0 m鉆孔樁，共計914 m。該橋梁的地基白云質灰巖中含有半充填溶洞，樁基基底坐落在溶洞1.5 m以下的巖面上，其中3#臺樁基中有四層溶洞(如圖1所示)。

圖1 橋梁樁基地質柱狀圖

為了確保路基工程質量，保證橋梁基礎的順利成樁，在對巖溶地段基礎進行處理時，要嚴格根據設計及工程施工的實際要求，采用固結灌漿，這樣才能消除工程隱患，避免在運營后出現路基局部塌陷。

3.橋梁巖溶地基處理方法

由于本橋地質情況，白云質灰巖厚度達15m，且巖面傾斜，若采用循環鉆機施工，速度慢，工期長，成本高，施工中我們采用沖擊鉆機成孔。施工時將粘土塊直接加入樁孔內，借鉆頭沖擊自行造漿，穿過溶洞、巖溶裂隙時，在鉆頭的沖擊作用下，將所投入的粘土、片石及碎石擠入溶洞和巖溶裂隙中，完成護壁，然后沖擊成孔。

3.1 施工準備工作

在進行固結灌漿施工前，要做好一系列的施工準備工作，嚴格根據地質情況，測量放樣，完成水、電、路三通及場地平整工作。正確進行技術交底，測放出樁位，定期保養檢修鉆機，使設備處于良好的狀態。此外，還需要預測施工中可能出現的問題，準備好施工材料，例如砂子、粘土、片石、碎石。設置護樁時，要采用8cm厚鋼板的護筒，確保護筒中心斜度不得大于1%，與設計中心偏差不得超過50mm。鉆機就位時，要使鉆頭中心對準樁孔中心，下鋪長鋼軌，方木墊平，用頂桿頂緊鉆機軸線，這樣才能防止溶洞坍塌，避免造成較大的人員、機械事故。

3.2 鉆孔施工

鉆孔施工時，主要的施工機械，見表1。

表1 主要的施工機械名稱及規格表

用鉆頭把粘土沖擊成膏狀，在護筒內投入粘土并注水。同時，還需要取樣測試泥漿的各項指標，確保其性能滿足，見表2。

表2 各項測定指標表

開孔時用小沖程沖擊鉆鉆孔，要打得準、打得穩，鉆至護筒底2～3m后加大沖程，主繩放長量為3～5 cm。鉆孔過程中要隨時觀察鉆機工作情況，仔細檢測護筒內水位變化和周圍地表的沉降，防止意外情況發生。達到設計標高后，對孔深、孔徑、孔位偏差、傾斜度進行檢測，填寫工程檢查證，合格后開始淘渣，在灌注混凝土前重新復測孔深及泥漿比重、粘度、含砂率。

3.3 布孔

在注漿壓力作用下，向鉆孔泵送漿液，以克服地層的各種營力及抗拉強度，從而使巖溶地基可灌性大大提高，使水泥漿液充填巖溶地基，降低巖土層的滲透性，增大巖土層的承載力。本路基地質條件較復雜，路基土的構造和滲透性極不均勻，因此在經試驗后，專家組研究確定孔距為2.5m，按梅花形布孔，見圖2。

圖2 布孔示意圖

4.固結灌漿施工的注意事項

固結灌漿在巖溶地基處理中應用時，需要嚴格按照設計要求進行施工。根據鉆孔巖心及注水試驗資料，調整注漿中基巖吸漿量及注漿壓力，選用適宜的參數，如漿液濃度、速凝劑配比、注漿壓力、注漿流量等。在注漿過程中，如果發現地表隆起或注漿外溢時，應停止注漿。一般地，對于吸漿量較小的孔，壓力注漿采用漿液，是先稀后濃的，連續注入；對于吸漿量較大的孔，多次定量間歇注入先濃后稀的漿液，等漿液凝固時再補充灌注。對于遇到較大巖溶通道（吸漿量較大的孔），應在注漿的同時加入粗骨料，并選用適宜的投砂量。對于注漿之初就難以進漿孔，可以適當降低洞內高壓，采取雙孔抽壓的措施，將溶洞內積水抽出，順利注漿。此外，在注漿時，一旦發現臨孔中出現串漿現象，或者管壁間冒漿，要等漿液凝固后再注漿。

5.結語

綜上所述，在巖溶地基處理中，特別是一些橋梁工程經常會遇到巖溶地段，要加強對固結灌漿的應用，做好施工前的準備工作。根據地質情況，因地制宜，采用合適的施工機械，進行鉆孔施工，正確進行布孔、注漿。還應注意在固結灌漿施工中的一些事項，加強施工人員的素質培養和專業技能的培養，這樣才能保證工程質量，確保巖溶地基的穩定性，從而保障了人們的生命財產安全。

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