路基巖溶注漿施工分析與應用

李艷霞

（常州工程職業技術學院，江蘇 常州 213164）

0 引言

隨著經濟的快速發展，我國對基礎設施建設的投入越來越大，建設了大量的高速鐵路和高速公路。胡博韜等[1]通過現場測試及數值模擬軟件研究了地基加固對隧道下穿鐵路路基系統的動力規律；李巖等[2]通過分析路基加固的價值和具體方式，總結出路基優化加固策略，該策略可有效提升路基的穩定性；管中林等[3]通過現場試驗與有限元分析相結合的方式，發現了混凝土芯砂樁復合地基沉降和超靜空隙水壓力迅速降低的原因。

王偉[4]結合具體工程實例，對土體特性進行了分析研究，并通過理論模擬進行驗證，發現灰土擠密樁加固設計的效果顯著；趙光營[5]以路基地基加固工程為例，研究軟弱地層加固的關鍵技術，并分析了預應力管樁的加固機理；沈立森[6]采用有限元模擬軟件建立模型，對地基樁基加固處理進行分析，得出泥炭質土的最優樁體加固類型；劉軍[7]結合具體工程實例，分析了單液注漿技術的工作原理，并詳細說明了路基加固設計方案；殷瀟[8]對具體高速鐵路路基加固實例進行分析，提出了路基加固防滲的多種具體措施，各措施均取得良好的加固效果。

綜上所述，目前針對路基和地基加固的措施研究已經相對成熟，但關于巖溶破壞失穩機理的研究相對較少，筆者對巖溶塌陷機理及巖溶注漿原理進行了研究，并通過工程實例進行施工工藝分析，以期為類似地基加固施工提供技術參考。

1 巖溶塌陷機理分析

巖溶塌陷的原因主要包括內在因素和外在因素[9]2個方面。內在因素包括在巖土體內部存在的可溶性巖石、構造裂隙及地下水；外在因素包括季節性的地下水位變化、外部水體滲入地下和人為因素等。整個巖溶塌陷主要包括3 個階段，分別是溶洞存在階段、溶洞擴展階段和土體塌陷階段。整個巖溶塌陷示意圖如圖1所示。

圖1 巖溶塌陷過程示意圖Fig.1 Karst collapse process

（1） 溶洞存在階段：由于巖土體中存在可溶性巖石，地下水在波動過程中會沖刷溶洞接觸面，帶走可溶性巖石，導致溶洞形成。

（2） 溶洞擴展階段：當地下水位快速下降時，土體在自身重力作用下發生下沉，并受到地下水的侵蝕作用，致使溶洞正上方土體被沖走，形成空洞。

（3） 土體塌陷階段：在溶洞上方土體被沖刷形成空洞的過程中，當空洞高度達到極限高度時，其上部土體喪失穩定性，發生垮塌，從而整個土體發生塌陷。

2 巖溶注漿原理

在注漿過程中，漿液由注漿孔注入巖層和土層后，會將溶洞填滿，且隨著注漿壓力的增大，其注漿量也會增加。在注漿壓力的作用下，漿液會貫穿整個土體空隙中，導致土體空隙充滿漿液，形成漿脈，從而使地基土體的各項物理力學性能得到提高，抵抗變形的能力得到提升，達到加固效果[10]。

3 工程概況

杭黃鐵路DK257+707 至DK257+981 段路基地形地貌的主要特征如下：剝蝕丘陵間丘間谷地，地形稍有起伏，自然坡度為10°～20°，相對高差為15～20 m；植被發育，且以松樹和灌木為主，并夾有毛草及荊棘，局部山坡種有茶樹及油菜；地層中含有粉質黏土和不同風化程度的泥質灰巖；地表水不發育，地下水主要為發育的基巖裂隙水。

4 巖溶注漿施工技術

4.1 孔位平面布置圖

依據設計要求，注漿孔按正三角型布置，孔間距為5 m。路堤段的加固向邊坡延伸約5 m，路塹段加固延伸至側溝平臺外緣。本段設計分為Ⅰ序孔（先導孔）和Ⅱ序孔。Ⅰ序孔數占總孔數的1/3，Ⅱ序孔數占總孔數的2/3。將孔位進行編號，以區分Ⅰ序孔和Ⅱ序孔。

4.2 定孔位

根據平面布置圖進行測量放線工作，第一批先確定Ⅰ序孔位置，并做好護樁工作，根據路基長度決定工作面的循環長度，如果路基過長，就分段施工。

4.3 施工設備的就位

將鉆機運至孔位附近進行拼裝，利用水平尺等測量工具校正合格后，確保安裝和定位牢固、平穩。在進行施工之前，必須對所有應用的機械設備進行檢查，避免發生事故。

4.4 鉆孔

在施工過程中，鉆機采用XY-150 地質鉆機，開孔孔徑為110 mm，鉆頭采用泥漿護壁合金鉆頭，開孔速度宜勻速，不得過快。當鉆到設計深度要求時，停止鉆進。如果在鉆進過程中遇到溶洞，則須鉆至溶洞底板以下2.0 m。

4.5 洗孔

洗孔包含沖洗孔壁和沖洗巖石裂隙2 個工序。沖洗孔壁的施工方法如下：成孔后，將水管插入孔底部，用水流沖洗孔底至孔口，直至流出的是干凈的水。需要注意的是，完成沖洗工作后，所殘留的物體最大長度不能超過20 cm。沖洗裂隙的方法如下：用壓力水沖洗裂隙，當回水變干凈后方可停止沖洗。裂隙的沖洗壓力一般為注漿壓力的80%。

4.6 注漿前壓水試驗

巖溶整治施工是通過先導探查孔鉆探，探查巖溶段路基整治范圍的覆蓋層、巖層，充分了解并掌握該區域伏巖溶的發育程度以及巖溶的空間分布情況，為后續巖溶注漿提供充分、準確的探查資料。

4.7 配制漿液

（1） 注漿采用P·O42.5 普通硅酸鹽水泥。邊加水稀釋水玻璃邊進行攪拌，采用波美計檢驗水玻璃濃度，水玻璃波美度標準值為38°～43°，模數為2.4～3.4。摻加水玻璃時，其摻量為水泥量的8%～20%。采用高速制漿機進行制漿，攪拌時間要控制在30 s 以上，制漿完成至開始使用之間的間隔不能超過4 h。定時測量水泥漿液的比重，以確保漿液質量。

（2） 通常情況下，注漿所使用水泥漿液的水灰比為1∶1。在施工過程中，如果發現裂隙發育或大溶洞，則根據實際情況，向配制好的漿液內加入中粗砂，并進行灌注，可對巖溶腔體進行有效填充。然后，再使用正常配比的漿液。水泥漿的水灰比必須按照標準的施工要求進行配制，再通過拌漿機的高速攪拌對水泥漿液進行有效拌和；如果注漿所用的水泥漿中需加入粉煤灰，則需對粉煤灰、砂材料的應用進行嚴格設定。其中，粉煤灰需進行細磨，使其細度低于所使用的水泥，并保證燒失量低于3%。

4.8 巖溶注漿

4.8.1 注漿設備

注漿泵：采用ZB1-100 型注漿泵，其為三缸單作用柱塞式定量泵，最大工作壓力可達8 MPa，注漿機的注漿壓力一般控制在0.1～0.8 MPa，注漿套管采用直徑為108 mm 的無縫鋼管。帶攪拌裝置的攪漿桶：使用射流式攪拌機，能使水泥漿液攪拌均勻，其容量為800 L。流量計：注漿泵上安裝有流量計和打印設備，可實時測量注漿量。

4.8.2 止漿塞的制作及氣密性試驗

通過阻塞式方式進行自下而上的孔內循環注漿。由孔底部往上逐段設置注漿塞，逐段完成注漿工作。安裝注漿孔時，首先利用水泥袋將其繞成紡錘形柱塞，同時管子進入注漿孔內并對其進行擠壓，保證孔壁與水泥栓塞之間沒有明顯空隙，然后將水泥砂漿填充進周圍部分空余區。外露注漿管長度需超過 40 cm，方便管路和孔口閥門連接。完成注漿塞的制作后，需在12 h后進行正式注漿，按照施工設計壓力進行注漿，孔壁與水泥砂漿結合處不能漏漿。

4.8.3 注漿壓力

需根據注漿方法、注漿深度和地下水位情況確定注漿壓力。在注漿過程中，需隨時注意可能出現的突發情況，以便及時調整注漿壓力。

4.8.4 特殊情況處理

在注漿過程中可能會出現一些特殊情況，要及時妥善處理，才能保證施工正常進行。

裂隙漏漿：在對表面進行嵌縫、限量、限流的同時，應采用待凝、濃漿液灌注的方法來解決漏漿問題。

中斷施工：施工過程中，若因事故而造成施工中斷，則會造成嚴重影響，因此要及時恢復注漿，也可在沖洗鉆孔后繼續注漿。如果沖洗無效，則先進行掃孔，再注漿。如果注漿的注入率與中斷之前的注漿率相近，就要對中斷前的水泥漿進行比級換用，如果注漿的注入率較中斷前有所減小，就要采取措施進行補救。

快速注漿：快速注漿會導致注漿難以停止，此時應采取限量、間歇、限流和低壓的方式進行注漿，在注漿過程中摻入速凝劑，之后還需進行掃孔，再依照規范要求進行注漿。

4.9 注漿后壓水試驗

選定Ⅰ序孔（先導孔）作為探查孔，在已經注漿完成的Ⅰ序孔附近50 cm 范圍內進行一對一鉆孔注水驗證。針對先導孔孔數的5%（不少于3個）進行注漿后的壓水試驗，在試驗過程中做好詳細記錄，根據壓水試驗判斷注漿效果。

4.10 綜合物探測

以瑞雷面波和四極電測深2 種方法為主進行探測。瑞雷面波法是利用瑞雷波傳播時的頻散特性以及不同介質下瑞雷波傳播速度的特點，對巖溶路基進行有效的整體評價，具有很強的時效性。四極電測深法是利用不同巖層的電性差異，定性分析巖溶路基的地質問題。2 種探測方法的評價方式分別見表1和表2。

表1 瑞雷面波檢測的注漿效果評價Tab.1 Evaluation table for surface wave detection grouting effect

表2 四級電測深法下路基巖土體注漿質量面波檢驗標準Tab.2 Standard for surface wave inspection of grouting quality of subgrade rock and soil using the fourth level electrical depth measurement method

5 結語

在鐵路路基工程的修建中，巖溶地段的施工非常普遍，如果不能妥善地處理巖溶注漿，就可能出現巖溶破碎帶頂板坍塌等嚴重現象。因此，在巖溶段施工過程中，有效的巖溶注漿處理才能起到加固路基的作用，從而有效提高地基承載力。此外，巖溶注漿的施工對于路基的穩定性具有非常重要的作用。巖溶注漿施工工期短，方法簡便，其質量控制關鍵點如下：

（1） 完成鉆孔處理后，通過測繩對孔深進行測量，保證孔深達到施工設計要求，鉆孔直徑不能小于11 cm。施工過程中需對壓力、進尺進行有效控制，并對孔內情況進行記錄。

（2） 可采用高速制漿機進行制漿，攪拌時間要控制在30 s 以上，制漿完成至開始使用之間的間隔不能超過4 h。定時測量水泥漿液的比重，以確保漿液質量。

（3） 在注漿過程中，要嚴格觀測壓力表，如發生異常現象，則停止注漿。需準確進行注漿塞位的設置，保證進漿管與孔底的距離不超過0.5 m。