單控水泥漿處理鐵路巖溶強烈發育路基技術

唐 鋼

(黔張常鐵路有限責任公司, 四川成都 610081)

我國巖溶地區分布廣泛，隨著鐵路建設快速發展，鐵路穿越巖溶區不斷增多。鐵路路基基底下巖溶地基一般采用“先探后灌、探灌結合”的工法處理，即向巖溶地基注入常規水泥漿，水灰比一般為0.6∶1～2∶1[1]。隨著鐵路建設對環水保及建設質量要求不斷提高，采用新材料進行巖溶處理的需求逐步凸顯。

1 常規水泥漿

1.1 常規水泥漿的主要性能

采用32.5R普通硅酸鹽水泥配置普通水泥漿，漿液的初凝、終凝時間、抗壓強度見下表1。常規1∶1水灰比的水泥漿的初凝時間約15h，析水率35 %，抗壓強度1.66～8.9MPa[2]。

表1 常規水泥漿的性能指標

1.2 常規水泥漿的缺點

黔張常鐵路DK34+991～DK35+047段路基基底巖溶強烈發育，該段設89個注漿孔，1 353m3注漿估算量。在注漿孔完成總注漿孔的28 %時，注漿量已達估算量的90 %[3]。實際注漿量遠超設計估算量。常規水泥漿初凝時間長，大部分漿液順巖溶通道流失至地基處理范圍以外，導致注漿材料浪費。經檢測，常規1∶1水泥漿析水為強堿性、攜帶六價鉻，污染地下水[4-7]。

2 單控水泥漿

針對常規水泥漿存在的問題，配置了可控水泥漿，確保在漿液壓入地基后，擴散半徑、環境影響可控[8-10]。在1∶1常規水泥漿中，摻入CS2添加劑，配置可控水泥漿。根據實驗，按照摻量(5 %、7 %、9 %)優選三種不同配比方案，其性能如表2所示。根據經驗，流動度保持在200mm以上的可控水泥漿才可泵送，配置好的水泥漿流動度損失至200mm的時間段稱之為可泵時間段，可泵時間段必須滿足施工要求的時間，可控水泥漿初凝時間內必須包含合理的可泵時間段。根據現場可控水泥漿的泵送時間，選擇不同方案配比的可控水泥漿。

表2 黔張常鐵路巖溶地基強化注漿漿液性能試驗最優配合比

采用BWD-150型泥漿泵，10min左右可將0.7m3可控水泥漿泵入地基，基于此選擇了方案二單控水泥漿。方案一配置的可控水泥漿初凝時間為32min，只有原常規水灰比1∶1水泥漿初凝時間的3.6 %左右。水泥漿初凝時間的極度縮短，極大地減小了水泥漿的擴散半徑，控制了水泥漿的流失。析水率為4 %，只有原常規水灰比1∶1水泥漿析水率的11.4 %，水泥漿析水率的大大降低，減少了水泥漿的析水量，控制了水泥漿析水污染環境。

3 可控水泥漿的工程應用

3.1 應用工程概況

黔張常鐵路DK40+816～DK40+899段路基工程主要為路基填方工程，對該處路基實施的24個先導孔全部揭示溶洞，溶腔揭示率100 %。多呈串珠狀分布，最大規模約20.5m，多為砂類土、黏性土及礫石半充填，局部存在較大空腔且無充填，部分段落底部發育較大空腔。溶洞分布典型斷面見圖1、圖2。

圖1 DK40+823橫斷面

圖2 DK40+850橫斷面

3.2 可控水泥漿的注漿效果

為探索可控水泥漿的施工工藝及處理效果，選取了該段兩個試驗孔。為確定溶腔形式及注漿效果，過程中采用微型攝像頭實施監控。孔內攝像顯示，試驗孔1與試驗孔2具有完全不同的巖溶發育特征(圖3、圖4)，試驗孔1在地面下4.6m處有較大的水平向溶洞發育，試驗孔2在地面下1.4～6.7m處為溶洞，在溶洞底部有與之相連的隱伏型落水洞。

圖3 試驗孔1孔內攝像

圖4 試驗孔2孔內攝像

2018年8月15日上午8∶17至8月16日上午12∶10將試驗孔1注漿灌滿，注漿約28h，注入約137m3。試驗孔1的成功灌注，證明了可控水泥漿處理水平向發育的溶洞、溶槽效果良好。

2018年8月17日上午8∶00至次日19∶30對試驗孔2注漿，注漿時間約30h，注入約150m3。在注漿過程中，不斷地采用井下攝像、探針多種手段查看注漿面，發現可控水泥漿隨漿液注入液面上升，證明了宜采用可控水泥漿處理。至2018年9月30日該段注漿全部完工，注漿量僅為普通水泥漿預估量的54 %。且經過第三方地質雷達、取芯注水等檢測，注漿效果良好，達到設計要求。

4 可控水泥漿的施工特點

相對于常規水泥漿，可控水泥漿的粘度較大，同等時間內壓入可控水泥漿的方量只有常規水泥漿的50 %～60 %左右，減少投資提高工效。

可控漿液在施工中快速凝結容易導致的堵管現象，通過采用專人每10～15min提起吸管吸頭，敲擊處理，可保證吸管的通暢。

5 結論

(1)在強烈發育巖溶地基的條件下，由于注常規水泥漿的工程投資、工程量、環境影響的不可控性，目前多采用樁板結構或橋梁結構跨越處理。黔張常DK40+816～DK40+899段工程實例證明，在強烈發育巖溶地基的條件下，可以以路基型式通過。采用可控水泥漿處理地基，具有擴散半徑可控、工程量可控、環境影響可控。同等時間內壓入可控水泥漿的方量只有常規水泥漿的50 %～60 %左右，節省工程投資等優點，以充填為目的的巖溶區注漿技術應逐漸過渡到用可控水泥漿替代常規水泥漿。

(2)單孔水泥漿對巖溶發育強烈地段，特別是對貫通型溶洞處理具有良好處理效果，避免泥漿外流造成地下水污染，排水通路堵塞，浪費水泥漿等情況，采用單控水泥漿處理效果良好，注漿半徑可控、工程量可控、環境影響可控。