岩溶发育区域岩溶注浆处理施工技术

 岩溶发育区域岩溶注浆处理施工技术

何国生

保利发展控股集团股份有限公司    广东省广州市   511000

摘要

某项目地处岩溶发育区，工程项目施工前进行岩溶注浆处理，岩溶注浆通过对岩溶地基进行钻孔注浆，以填充土洞、溶洞和溶蚀裂隙；封闭土、石界面，形成隔水帷幕，阻隔上层滞水与岩溶水的联系，防止地基塌陷。

关键词：岩溶发育区；地质钻探；岩溶注浆；

1、引言

在我国，岩溶给包括高速铁路在内的各类工程建筑造成危害最突出的问题就是在地下水作用下产生岩溶塌陷或不均匀沉陷，岩溶路基的病害可分为两大类：一类是变形问题，另一类是水害问题。大型铁路站房设计使用年限为100年，地基设计标准高，对沉降要求严格，设计上采用岩溶注浆进行地基加固处理。岩溶注浆处理后能有效减小桩基在施工时产生坍塌的风险；预防土洞在地下水作用下迅速发展的风险，减小后期运营的风险；预防未查明的溶洞、岩溶通道在基坑开挖时突、涌水对基坑周边建、构筑物的破坏，提高砂土地基抗岩溶局部坍塌的能力，提高结构的安全性。

2、背景项目概况

某项目根据地质超前钻探明的545根桩超前钻资料，存在溶洞的桩共计365根，占比67%；无溶洞的共计180根，占比33%。层面标高-40.19～-4.67m，层面埋深9.70～36.30m，洞高0.15～11.90，大部分溶洞无充填物，局部溶洞被软塑状或流塑状粘土含少量砂粒，全充填或半充填，钻进时大部分漏水。根据区域地质资料及现场地质调查，地表水与地下水连通较密切，地基稳定性差，随着地表水下渗及地下水的波动，可使周围作为基础持力层的岩土体强度及稳定性大为降低，引起基础失效乃至上部结构破坏。在溶洞顶板较薄的地段，桩基施工时易引起地面沉陷或桩机陷落事故。为确保本工程桩基施工质量及施工安全，项目在施工前进行了岩溶注浆处理。

3、岩溶注浆工法特点

（1）该工法的施工机械体积小，灵活轻便，施工简便。

（2）施工工期短，见效快，适用范围广。

（3）可根据探明的地质情况，对于不同的地质条件确定采用不同的注浆方法、确定浆液配比。

（4）采用的注浆管径范围50mm～130mm，在有效控制注浆压力及浆液配比的情况下，对注浆效果进行控制。

（5）采用压水试验、标贯法对注浆前后进行对比，可以有效确定注浆加固地基效果。

（6）料源广阔。浆液以水泥和沙为主。在地下水流速快或含有腐蚀性元素、土的含水量大或固结体强度要求高的情况下，则可在水泥中掺入适量的外加剂，以达到速凝、高强度、抗冻、耐蚀和浆液不沉淀等效果。

4、施工工艺流程及操作要点

4.1 施工工艺流程：

 4.2 岩溶注浆施工：

4.2.1 注浆方法选择

根据勘察结果，分析溶（土）洞、溶沟、溶槽、溶蚀裂隙等平面和竖向分布特征，根据洞体大小、溶洞填充物特征及水文地质条件，确定岩溶处理方法。对于大型洞体及中等洞体，主要采用灌注水泥砂浆方式进行处理。对于溶沟、溶槽、岩溶坍塌区及受岩溶影响的地基均匀性突变区，主要采用固结或加固方式建造均匀地基，防止施工设备产生“栽头”、“陷落”、“倾倒”等事故；对于小型洞体及可能产生突涌的节理、溶蚀裂隙,主要采用单液浆袖阀管注浆处理。施工时当基坑出现涌、突水时采用将基坑分块进行系统加固处理。

根据详勘钻孔及超前钻钻孔揭露岩溶发育情况，结合工程结构特点，综合分析选取较适宜的岩溶地基处理方法。大致按如下原则进行选取：

（1）对于全充填或洞径2.0-4.0米的全、半充填或无充填溶洞，采用袖阀管注浆，注浆材料采用单液水泥浆；

（2）对于洞径≥4.0米的半充填或无充填人的采用充填法，即钻孔作为投料孔注水泥砂浆进行填充，填充材料为低标号水泥砂浆（M10-M20）。

（3）对于洞径≥4.0米的全充填人的，根据现场注浆情况确定后续该类型溶洞处理方法。

（4）对于洞径≥4.0米的串珠状溶洞，采用袖阀管注浆，注浆材料采用单液水泥浆。

4.2.2 定孔位

按设计要求，由测量组准确放出注浆孔位置。

4.2.3 钻机与注浆设备就位

注浆孔位标定后，移动钻机至钻孔位置。钻机就位后，用倾斜尺、水平尺等工具调整钻机角度，使得钻机呈垂直，安装牢固，定位稳妥。

4.2.4 钻进

钻机安装必须使立轴中心、孔口管中心、孔位中心三心一致，方位与设计一致。钻进使用长粗径，孔深时宜使用代导器的粗径。

成孔采取全孔取芯的地质钻探方法。开孔孔径≮110mm，终孔孔径≮91mm。地表有覆土时，为防止孔口坍塌或缩孔，必要时下孔口管或采用跟管钻进。钻孔过程中填写钻探记录，记录反应该孔在钻进过程中有无翻、漏水，土层分界，并对岩芯按回次顺序摆放整齐，同时注意保护岩芯至注浆完成。

对于孔斜超出规定要求时，应结合该部位注浆资料，和质量检查情况进行全面分析，如确定对注浆质量确存影响时，应采取补救措施。

钻孔遇坍塌掉块、空洞裂隙、漏失地层难以钻进时，确定部位查清原因，可先进行注浆处理，而后进行钻进，也可采用自上而下的注浆成孔方式。

不管是成孔之后等待灌浆，还是灌浆结束等待成孔，孔口均应封堵加盖，妥善保护。

4.2.5 洗孔

钻孔结束后，应在孔内下入导管到孔底通入大流量水流从孔底向外进行冲洗，直至回清水5-10min为止。孔底沉积物不得超过20cm。冲洗压力为注浆压力的80%。

4.2.6 注浆施工

冲洗结束后，即可进行注浆。

注浆浆液采用水泥浆时，注浆流速宜控制在30～75L/min；

水泥砂浆无明确规定，根据现场实际情况确定，避免注浆过程中堵管。（见图2、图3）

图2  岩溶注浆剖面效果图

图3 注水泥浆

4.2.7 注浆终孔

当注浆达到下列标准之一时，可结束该孔注浆：

（1）注浆孔口压力维持在1.0MPa左右、稳压10min。

（2）冒浆点已出注浆范围外3-5m时。

（3）单孔注浆量达到平均注浆量的1.5-2.0倍，且进浆量明显减少时。当达不到上述结束标准时，应清孔再次注浆。

4.3 压水试验

注浆前后，同时采用压水试验进行注浆效果检查，根据质量检验结果，结合施工过程资料，对注浆效果作出评价。压水试验钻孔检测完成后仍要进行注浆。

4.4 浆液配制

注浆浆液为水泥浆时，水泥采用42.5级普通硅酸盐水泥，配比宜为水泥：水＝1：1（质量比）；注浆浆液采用水泥砂浆时，采用素水泥砂浆，标号M10-M20。

实验人员负责现场监督浆液的拌合并进行抽样检测，以保证浆液的拌制质量。

4.5 注浆压力及顺序

（1）水泥浆注浆压力

注浆压力按初始小压力、终压大压力原则进行，即压力宜分级间隔逐步提高，第一次相对小压力，注浆多次进行逐步加强。注浆控制压力一般0.4～1.2MPa，压浆3～4次。注浆终压一般控制在1.0-1.2 MPa。

（2）水泥砂浆注浆压力

注浆压力按初始小压力、终压大压力原则进行，即压力宜分级间隔逐步提高，第一次相对小压力，注浆多次进行逐步加强。注浆压力一般控制在4.0-10.0 MPa，注浆终压一般控制在7.0-8.0 MPa。

由于单位注浆量与注浆孔距、注浆压力、浆液浓度以及岩溶的发育程度密切相关，注浆施工前应进行现场注浆试验，合理选择注浆工艺，合理确定注浆压力、浆液配比、单位注浆量等相关参数，确定停止注浆的条件等。

岩溶地区的注浆顺序直接影响溶（土）洞和岩溶裂隙的灌注密实度和注浆的浆液流失，注浆顺序宜按下列流程。

1）溶（土）洞处理的施工顺序应遵循：探边界----注浆充填----注浆效果检测。

2）应遵循分序隔注，小洞先外后内，大洞先内后外，先大后小，先下后上，注浆压力先小后大。若在周边孔注第一次浆时，注浆量已较多，压力达不到设计要求时，可间隔注浆，隔一跳一。

4.6 注浆效果检测

（1）注浆前后的钻孔压水试验对比

根据设计及现场监理要求，选取代表性钻孔进行注浆前后压水试验检查对比，结果表明，注浆前后单位长度吸水量相差悬殊，一般注浆后单位长度吸水量值降低达95％～99％，证明注浆效果明显。

（2）标贯法

注浆完成后在预估注浆扩散范围内钻孔验证注浆扩散范围，在溶洞内采用标贯法测定，标贯值达到10击为合格。

5、结语

从现场实践来看，该工法灵活、机动，施工机械简单，可大量机械同时进行，在一定工期、一定数量的机械设备情况下，该工法具有较大的优势，并且施工中机械型号单一，施工质量容易得到保证。通过现场实践，注浆效果完全能够达到要求，并对地基加固及工后沉降控制起到了较好的效果，具有较好的社会效益、经济效益及推广价值。