巖溶路基注漿加固施工技術

崔亞龍

（中鐵十八局集團有限公司第二工程有限公司，河北唐山064000）

巖溶路基注漿加固施工技術

崔亞龍

（中鐵十八局集團有限公司第二工程有限公司，河北唐山064000）

巖溶是水對地表及地下可溶性巖石的化學溶解和機械破壞剝蝕過程中所產生的一種不良地質現象，它對路基存在極其嚴重的危害作用，也對道路行車安全構成隱患.通過對南寧平象立交工程巖溶地區路基注漿施工工藝及遇到的不同類型溶洞或裂隙所采用的不同控制及檢測方法的介紹，可為類似工程施工提供經驗借鑒。

路基；巖溶注漿；施工技術

1 巖溶注漿施工概述

南寧平象立交工程位于五象大道與平樂大道兩個主干道的交叉口，是五象新區的第一門戶。該工程為全互通立交，上下3層，包括2條主線、8條機動車匝道、8條地面輔道，15座橋梁、4座通道，建筑面積38萬平方米，是南寧市政互通立交中目前體量最大的一座。該項目地質條件復雜多變，多為松軟土巖溶路基，上覆黏土，為軟塑及硬塑層，下伏風化灰巖、巖溶及裂隙發育區。設計采用巖溶注漿加固，其工作原理是在土石界面處壓漿封堵固化淺部巖溶（溶洞、溶蝕、裂隙）和地下水侵蝕作用形成的土洞，填充土中的空隙，形成水平帷幕封堵地下水通道，隔斷地下水對持力層的影響，達到加固持力層地基的目的，防止沉陷，確保行車安全。

為確保地基加固質量，選定DK12+300～DK12+400段為注漿試驗段，通過試驗選定注漿施工工藝、施工機具、各種注漿參數等技術指標，進而推廣到全標段施工。通過注漿前后注水試驗及物探檢測顯示，注漿孔的漿液充分擴散填充了溶蝕裂隙和溶洞，改變了巖土結構，提高了強度，堵塞了地下水的滲透和潛蝕通道，注漿效果十分明顯，從根本上消除了形成溶蝕塌陷的因素，滿足路基加固質量要求。

2 主要施工參數的選定

2.1 施工設備選定

（1）鉆機機械。鉆機型號2種，XY-1，鉆進深度100 m，開孔直徑110 mm，終孔直徑91 mm，鉆桿直徑42 mm，柴油機功率10 kW；XY-1A，鉆進深度150 m，開孔直徑110 mm，終孔直徑91 mm，鉆桿直徑42 mm，柴油機功率13 kW。所選機械應滿足注漿孔的大小、深度及地質情況要求。

（2）注漿機械。注漿泵型號JH-5，排出壓力0～1.5 MPa，排漿量100 L/min，出口直徑32 mm，吸口直徑42 mm，電機功率5.5 kW。所選注漿泵，具有泵體抗腐蝕材料，壓力、流量大，體積小重量輕，搬運方便的特性，滿足注漿工藝要求。

2.2 施工工藝的選定

注漿施工工藝流程見圖1。施工過程中應注意5項。

（1）鉆進過程中遇巖層破碎造成卡鉆，應停止鉆進，進行掃孔后再行鉆進。

（2）注漿時當遇到鉆孔串漿時，采用間隔一孔或幾孔注漿方式，并將被串漿孔同時注漿或封堵。

（3）在注漿過程中遇到冒漿時，如冒漿點在3～5 m以外，則根據注漿終止條件可結束注漿。如冒漿點在3 m以內，采用開挖填堵水泥或水泥+水玻璃，降低注漿壓力措施[1]。

（4）注漿中，注漿量和注漿壓力是兩個關鍵參數。一般規律是：初始階段壓力較低，注入量較大；正常階段壓力和注入量呈小的波浪式起伏狀態，但總的比較平穩；壓密注滿階段注入量迅速遞減而壓力迅速升高；在注漿中根據設計注漿量和壓力按照上述規律進行控制[2]。

（5）為不破壞注漿帳幕，注漿應在預應力管樁后續施工，以避免管樁施工的振動。

2.3 主要施工參數的選定

（1）注漿材料的選定。正確地選用漿液是確保注入效果的關鍵。根據地質鉆探情況，選擇水泥漿液，采用32.5級硅酸鹽水泥。水泥基漿液分為3類：純水泥漿液、純水泥漿液+水玻璃漿液、中粗砂＋水泥漿液和水泥＋水玻璃漿液。施工表明，純水泥漿液為懸濁液，適用于巖石裂縫的填充補強，也適合填充空洞。若遇空的巖溶通道、較大溶洞和裂隙處，視具體情況先灌入中粗砂或水泥砂漿對溶蝕腔體進行充填，再采用水泥漿液或水泥＋水玻璃漿液[3]。

水泥漿液隨著水灰比的增大，漿液的黏度、密度、結石率、抗壓強度都有十分明顯地降低，初凝、終凝時間增長。試驗段施工表明：水灰比應控制在0.8～1，以0.8為主，此時漿液的黏度、結石強度及滲透系數均能滿足施工要求，效果很好。經試驗測定，溫度27～35℃，初凝時間120～240 min。

施工中漿液的攪拌時間≥30 s，使其均勻拌合。但攪拌時間也不能過長，因為漿液的黏度與攪拌時間成正比，結石強度卻與攪拌時間成反比，攪拌時間過長會造成水泥水化形成的凝膠結晶結構產生破壞。實際施工中漿液攪拌時間30 s后即使用，使用前用比重計測定漿液的配比濃度，并做好施工記錄。

水泥砂漿液中，水∶水泥∶砂=（0.8～1）∶1∶1。水泥＋水玻璃漿液克服了純水泥漿液凝結時間長，結石率低等缺點，提高了注漿效果。水玻璃摻入量是水泥量的8%～20%，混合漿液重量配比，水∶水泥∶水玻璃=（0.8～1）∶1∶（0.08～0.2）。水玻璃波美度為38～43°。施工表明，水玻璃能顯著加快水泥漿液的凝結時間。經試驗測定，水灰比0.8～1，水玻璃摻入量2～20%，波美度38～43°，溫度27～35℃時，水泥漿液的凝結時間20～80 min。

水泥＋水玻璃漿液如果膠凝時間過短，不能滿足施工要求時，可以加入緩凝劑，抑制水泥和水玻璃的反應速度，控制調節水泥＋水玻璃漿液凝結時間，提高漿液的滲透力，增大漿液的擴散距離。采用磷酸二氫納做緩凝劑效果很好。緩凝劑用量按水泥重量的2.5～3.0%選定為好。這個用量既可增長凝膠時間，又能確保固結強度不顯著下降。使用緩凝劑時應注意加料順序、攪拌時間和放置時間。加料順序為：水→緩凝劑→水泥，攪拌時間應≥5 min，放置時間≤30 min。

水泥水化過程中大約需要自身重量25%的水，按水灰比0.8～1計算，有55%～75%的水屬于多余的。僅用于漿液輸送，將水泥顆粒載運到預定地點后，多余的水應排出。由于基巖堅硬，上覆不透水的紅粘土，水泥漿不能固結排水，多余的水是通過沉積層頂部微小的縫隙內以清水形式流到路基外，或與水玻璃反應形成晶體。

（2）注漿壓力選定。在注漿過程中對于注漿壓力參數控制相當重要，它直接影響注漿質量。施工中當巖溶一般發育時采用注漿壓力0.6～0.8 MPa，當巖溶極發育時采用注漿壓力0.1～0.3 MPa，上述壓力能夠滿足注漿要求。注漿壓力在巖土界面附近可逐漸加大，最大注漿壓力不得超過0.8～1 MPa。在注漿過程中遇到冒漿時，如冒漿點在3～5 m以外，則根據注漿終止條件可結束注漿。如冒漿點在3 m以內，采用開挖填堵水泥或水泥+水玻璃，降低注漿壓力措施。當遇到鉆孔串漿時，可將被串漿孔同時注漿或封堵被串漿孔。

圖1 注漿施工工藝流程

理論計算和實踐經驗可知：基巖上部黏土劈裂注漿的初始注漿壓力值P0稍大于2倍土層重量的壓力，在該壓力作用下軟黏土開始產生劈裂。當注漿壓力達到P0后，進入劈裂注漿的劈裂流動階段，隨后壓力降低，裂縫發展到一定程度之后，注漿壓力又重新上升進入劈裂注漿的被動土壓力階段。這時需要有更大的注漿壓力才能使土中裂隙加寬或產生新的裂縫，出現第二個壓力峰值，在產生水平劈裂后形成水平方向的漿脈時，就可能使基礎上抬。基礎上抬會破壞上部硬殼結構，特別是土層抬升會引起注漿范圍內的CFG樁或樹根樁上移斷裂，因此應控制注漿壓力盡可能減少地表抬升變形。實際施工中注漿最大壓力Pmax控制在0.8～1 MPa。

（3）樁位布置。采用坐標和鋼尺相結合的辦法確定樁位。根據設計樁位，用全站儀在路基斷面內每20～30 m施放定位控制樁；根據施工平面布置圖及定位控制樁用鋼尺逐樁放樣，并打入竹片定位；用這2種方法布置樁位，樁偏差＜50 mm，滿足規范要求。

（3）鉆機垂直度控制。現場采用錘球法簡單實用，能滿足規范要求。

3 注漿效果檢驗

3.1 注水(壓水)試驗和驗證鉆孔

注漿后，以總孔數5%作注水(壓水)試驗。壓水試驗結果表明，注漿后再壓水時壓水壓力陡升。注水試驗單位長度吸水量僅為注漿前的1%～2%，注漿效果明顯。合格率100%。通過鉆取巖芯檢查漿液充填情況，灰巖中的節理裂隙為水泥填充，溶洞中鉆出柱狀水泥塊。

3.2 物探檢測

對注漿試驗段進行物探檢測，注漿效果明顯。以試驗段為例，在注漿區剖面6.5 m深內，電阻率在50～140 Ω·m，比一般土層電阻率高。DK1228+280～+300沒有注漿，電阻率在50～120 Ω·m。DK1228+300～+477注漿段電阻率在80～140 Ω·m，兩者相比較，注漿段比未注漿段電阻率值大約提高10%～20%，原因之一是淺層含水量低注漿凝固較快，注漿形成的灰樁使整體電阻率略有提高，當然還與上部是硬塑土層，含水量較小等因素有關。

注漿區深6.5 m到基巖面，電阻率變低，在10～60 Ω·m之間，推測與此段含水量較高的軟塑土層有關，雖注漿后電阻率有所提高，但因為含水量高，電阻率整體表現出低值。DK1228+ 300～+390段和DK1228+410～+440段，深度10 m左右，土層電阻率在10～40 Ω·m。總體上分析，此深度范圍雖然電阻率較低，注漿后電阻率也低，但是整體上還是有所提高，只是沒有上部明顯。

剖面內高程在10～20 m區域，電阻率等值線由稀疏變致密再變稀疏，此致密帶對應深度推測為基巖位置。注漿區基巖面有一定的起伏，基巖面下6 m電阻率相對較低，絕對值＜120 Ω·m，反應出基巖表層有風化或巖溶裂隙，等值線呈水平近似平行分布，說明注漿雖然沒使巖石電阻率有明顯提高，但對基巖表層變得相對均勻方面起了一定作用。以下電阻率絕對值＞200 Ω·m，電阻率等值線呈水平層狀，并快速增大，反映出注漿區下部基巖整體較為完整。

4 現場施工問題及處理

4.1 溶洞處理措施

通過先導孔探明溶洞發育情況，根據溶洞發育的特點，可將其分為3類：輕微溶蝕、一般溶洞、復雜溶洞。由于巖溶發育復雜，對于溶洞注漿處理，應遵循先易后難的施工原則，即先處理輕微溶蝕或一般溶洞，基本摸清溶洞發育情況后，再處理復雜溶洞[4]。據其特點采用相應的施工方案。

（1）輕微溶蝕。輕微溶蝕是指節理巖體、節理化巖體、巖溶發育輕微及封閉的比較小的溶洞。該類輕微溶蝕吸漿量一般比較小，適合于單液注漿工法。若洞內無填充物或填充物不滿時，注漿開始及前期注漿量較大，可適當添加中粗砂擠密填筑溶洞，直至停止漏漿;若充填物呈松散或軟塑，或已固結呈硬塑狀態時，直接注漿固結即可。

（2）一般溶洞。一般溶洞是指溶洞發育明顯，無大裂隙穿過，鉆機注漿孔鉆進成孔施工時，鉆進冷卻水和泥漿會明顯泄漏，需及時補充。處理方法是施工時鉆機鉆孔穿過溶洞至溶洞底部后，再鉆進1 m；首先選用單液注漿，并且添加中粗砂擠密填筑溶洞；如果注漿流量較大或注漿量超過設計量1.5倍，改用雙液注漿工法。

（3）復雜溶洞。復雜溶洞是指溶洞發育明顯或斷裂帶高度發育地區，并有明顯裂隙，空隙相當發育、分布廣泛、孔徑大、連通性好，鉆機注漿孔鉆進成孔施工時，鉆進冷卻水和泥漿泄漏嚴重。處理方法是施工時鉆機鉆孔穿過溶洞至溶洞底部后，再鉆進1 m；先進行溶洞內的充填加固，把溶洞用水泥、中粗砂灰漿填滿，該地區吸漿量一般均比較大，注漿采用雙液注漿工法[5]。

對于較大溶洞，大裂隙，漿液遇水易稀釋而不易固結，在動水或大溶洞、裂隙中，甚至多年不固結，很難形成整體的堵水帷幕，因而會導致注漿帷幕的堵水效率低，通過注漿孔觀察發現地下水位較高時，漿液濃度可先稀后稠，適當降低水灰比，提高漿液濃度。水泥或雙液漿液以膠結方式充填于地下裂隙中并將其膠結起來，對裂隙起封閉作用，因固化后所形成結石體積較大，因而注漿應在預應力管樁后續施工，以避免管樁施工的震動。由于漿液中有多余水分，因而注漿后多余水分逸出多留下未被填滿的空隙，可以通過驗孔對未被填滿的空隙再補充注漿。

4.2 根據擴散半徑對注漿壓力的調整

所謂擴散半徑，并非漿液最遠擴散距離，而是符合設計要求的擴散距離。試驗過程中鉆孔取芯觀察，在0.1～0.3 MPa的注漿壓力下，由于注漿壓力低，壓力穩定持續時間短，在灰巖與土層交接面，擴散半徑約為1 m。在有充填的溶洞中，擴散半徑受到巖溶裂隙的充填程度、發育方向及連通程度的影響，擴散距離大小不等，在紅黏土層，擴散半徑約50～80 cm，未有效形成帷幕。后將注漿壓力提高到0.6～0.8 MPa，擴散半徑大幅提高，在孔與孔之間形成了交叉區域，基本保證了帷幕的形成。

5 施工體會及建議

（1）巖溶發育區地質情況是十分復雜的，注漿過程中反映出的不同現象需要分析判定并采取相應措施。判定不同現象的主要依據是鉆孔記錄、注漿壓力、注漿數量、冒漿情況等，這些數據應集中綜合分析，不能只看一項數據而確定措施。

（2）注漿過程是控制整個巖溶注漿質量的關鍵，是重點控制的過程。注漿工藝必須按照試驗先行的原則進行工藝性試驗，通過試驗確定設備參數、漿液配合比等，注漿過程控制重點是壓力和流量，應指派專人實施監控。注漿過程中相關問題的處理是保證工程質量的關鍵因素。對施工過程中出現的問題要及時采取措施以及解決。注漿施工完成后要及時組織檢測，對不合格點要補充注漿。

［1］葉中兵.石武客運專線路基巖溶注漿施工技術［J］.鐵道標準設計，2010，（9）：44-46.

［2］王海艷，馮靖.巖溶注漿處理客運專線鐵路軟土地基施工質量控制［J］.鐵道標準設計，2009，（S1）.

［4］朱雷.注漿法加固巖溶地區鐵路路基基底施工技術［J］.鐵道建筑技術，2009，（1）：32-340.

［5］王杰，文江泉，鄒維勇.巖溶地基施工技術及注漿參數現場試驗選取［J］.四川建筑，2008，（6）：12-130.

［6］趙發燕.道路路基施工的重要性及施工技術要點分析［J］.黑龍江交通科技，2016，（9）：67-680.

［7］毛興旺.高速公路路基施工及質量控制技術［J］.黑龍江交通科技，2016，（10）：77-70.

〔編輯 利文〕

U416.1

B

10.16621/j.cnki.issn.1001-0599.2017.02.48