岩溶注浆配合比设计及路基工程中的应用

张元凯(中铁十一局五公司400037)［摘要］中铁十一局武广客运专线五公司项目部承建的路基工程长度4.5km，针对岩溶发育广泛的地质条件，施工图中设计采用岩溶注浆加固处理，工程量大，是本项目的重点工程之一，结合冻结加固法及路基加固建设的特点，从优化注浆的配合比、技术条件、施工经验及加固检验等以确保注浆成功，从而保证整个路基工程质量。［关键词］岩溶注浆水灰比双液浆体1注浆配合设计注浆配合比，必须考虑合理的岩溶地基处理相关参数和施工工艺，使用材料、施工机具等加以决定。根据设计要求中的规定，岩溶注浆的技术条件应符合下列规定：1、水泥浆液水灰比为0.8:1-1:1。2、注浆水泥采用PO32.5水泥。3、双液注浆采用水玻璃38-43Be，，模数2.4-3.0。4、拌合水：水质应符合《铁路砼及砌石工程施工规范》中的各项规定。1.1配合比设计1m3水泥浆（绝对体积）需要的材料按下式计算：1000=WPW-CPC+PiPP式中W——水的重量（kg），C——水泥重量（kg），Pi——缓凝剂重量（kg），P——各种材料比重则：1000=WPW-CPC设PW=1.0，PC=3.12则：1000=W+0.32C由W/C=1.0得1000=1.0C+0.32CC=757.6（kg）W=757.6（kg）Pi=757.6×0.0095=7.20（kg）水泥浆：水玻璃=1：0.5（体积比），水玻璃密度为1.38（g/cm3）。根据此配合设计双液浆体稠度为8.4s，水泥浆比重为1.52（g/cm3），满足施工要求。2施工工艺2.1岩溶注浆要遵循“探灌结合”原则，封闭土石界面，形成隔水帷幕。要求：岩溶注浆孔要求注浆厚度不小于8m，入基岩5m,注浆孔按设计要求采用梅花形或正方形布置，孔间距7.0×7.0m或5.0×5.0m；路堤地段加固范围至路堤坡脚外约5m，路堑地段加固范围至侧沟平台外边缘。另外，施工中如遇溶洞,孔深至溶洞底板下1m。2.1.1施工准备①调查地下管线分布情况，防止钻孔伤及地下管线和当地水井，防止污染水源；②将试验场地平整，设置必要的排水坡，防止地表水下渗；③完成工艺试验段全部孔位放样，并测量、记录孔口地面高程；④接通施工用水、电，钻机试运行，确保设备能正常开钻；⑤准备灌浆用的水泥、砂、水玻璃等，并对进场原材料进行检验；⑥检测所有注浆设备状态，确保设备能正常运转；⑦对现场操作人员进行技术交底、岗前培训。2.1.2钻孔①注浆孔钻进：土层、岩层均采用泥浆护壁钻进。土层钻孔：首先启动水泵，开动钻机钻进，当第一根钻杆钻进后,接长钻杆,继续钻进,直到钻至土石界限；土层钻孔过程中,若遇流塑土层,及时用φ108导管护孔,防止塌孔。岩层钻孔:土层钻孔结束后，清孔。然后采用φ91钻头钻进,直到钻至设计深度。②钻孔过程中,邀请监理工程师旁站记录地质变化情况,所有芯样摆放整齐。当遇岩溶时,应详细记录岩溶深度、填充情况等。2.1.3注浆方案本试验段采取了两种注浆方式，方案一为分层分段注浆，方案二为一次性注浆：①分层分段注浆工艺：分层分段注浆采用纯压注浆，自下而上进行,对土层帷幕注浆完毕后,再对岩层(或溶洞)孔进行注浆。A、土层帷幕注浆钻孔至土石界面后，在土层帷幕分界线3.5m上安装止水栓塞，进行压浆；当灌浆压力达到0.5MPa以上,且注浆压力呈直线上升或吸浆量不大于40L/min，持续10～30min,方可提塞清孔，清孔完毕后进入岩层钻孔。B、岩层注浆先完成土层帷幕注浆，钻机重新钻孔至设计深度后，提钻清孔，清孔完毕后视钻孔揭示的地质情况及溶洞大小，下注浆管，封闭孔口，最后加压注入纯水泥浆，直到达到注浆结束条件为止。②一次性注浆工艺：钻孔一次性成孔到设计深度，提钻清孔，下入注浆导管至孔底或溶洞底板上部1.0m处，采用水泥砂浆封闭孔口，封闭深度进入原生黏土层0.5m以上，待水泥砂浆凝固后，接通注浆管至注浆机，在0.1～0.5MPa压力下自下而上进行注浆，直至达到注浆终止条件后结束注浆。以上两种注浆方式均切实可行，通过试验检测，均满足设计和规范要求，但在保证质量的前提下，本着省时省力、节约成本、方便施工的原则，建议采用从下往上，一次性灌注的方式。注浆加固及嵌补的主要施工机械设备有钻机、注浆泵、搅拌机、挖掘机等。2.2、岩溶注浆施工要点2.2.1定孔位：按注浆工艺试验布孔图，现场测放注浆孔点。注浆钻孔孔位偏差不宜超过50cm，垂直度偏差不大于1%，开钻前必须保证机身平稳。场地平整并确保排水通畅，准确测量钻孔前原始地面高程。2.2.2钻进：将钻杆对准所标孔位（孔位偏差不超过0.5m），用φ110钻头开孔钻进，保证开孔直径≮110mm。注浆孔终孔直径≮91mm。开孔时轻加压、慢速、大水量钻进，防止将孔开斜。钻进至一定深度，采用套管护壁。直至进入岩土界面以下3-5m，基岩裸露地段保证注浆深度不小于8m。遇溶洞，加固深度为至溶洞底板下1.0m。基岩面下孔深5m范围内未遇见溶洞，即可结束钻进。2.2.3注浆加固施工①试泵：开泵前先将三通转芯阀调到回浆位置，待泵吸水正常时，将三通回浆口慢慢调小，泵压徐徐上升，当泵压达到预定注浆压力时，持续二、三分钟不出故障，即可结束。②安装注浆管和止浆塞：钻孔完毕，清孔检查，在确认没有坍孔和探头石的情况下，下注浆管。否则，采用钻机扫孔。确定注浆管内无阻塞物后，安装注浆管。为减少拔管时的阻力，在注浆管上可上防水板。用沾有CS胶泥的麻丝绳绕成不小于钻孔直径的纺锤形柱塞，把管子插入孔内，然后在麻丝与孔口空余部分，填充CS塑胶泥，使注浆管和止浆塞固定。注浆管外露长度30—40cm，以便连接孔口阀门和管路。注浆管安放好后，在注浆管管口加上孔口盖，以防止杂物进入。③压水试验：对注浆管路压水检查密封性，压力由小逐渐增大到预定注浆压力，并持续15min。④浆液配制,施工控制分以下三种：A．水灰比固定，水玻璃浓度不变，变换双浆比例。当水玻璃溶液所占比例由小到大，凝胶时间则由长到短，初、终凝由慢到快。B．水玻璃浓度不变，双液比例固定，变换水灰比。当水灰比由小到大，凝胶时间由短到长，初、终凝由快到慢。C．水灰比不变，双液比固定，变换水玻璃浓度。当水玻璃浓度由高到低，凝胶时间由短到长，初、终凝由快到慢。⑤注浆：根据现场情况及时调整双液浆的配合比，一般在注浆量较大，注浆压力较低时，浆液的浓度应调高，胶凝时间应缩短，以控制浆液扩散范围和注浆量；在注浆量较小，注浆压力高的场合，浆液的浓度应适当降低，胶凝时间也应适当延长，这样才能使浆液得到充分地扩散，保证注浆质量。发生漏浆时，通过调整浆液配合比使其浓度加大，胶凝时间缩短，并采取间隔注入的方法，便可有效地将其控制住。⑥注浆压力控制：灰岩中为0.1～0.3MPa，岩土界面附近逐步加大到0.3～0.5MPa。⑦结束注浆条件当注浆达到下列标准之一时，孔道停止注浆：A、注浆孔口压力维持在0.2MPa左右，吸浆量不大于40L/min，维持30min。B、注浆钻孔基岩完整，或多次注浆，孔口压力超过1.5Mpa时。C、冒浆点已出注浆范围外3～5m时。D、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。⑧未达结束条件处理：经检查达不到上述标准时，清孔后再次注浆。⑨注浆完成后立即拔管，以防浆液在注浆管中凝固。每次上拔高度为50cm。拔出管后，及时刷洗注浆管，保持清洁、通畅。拔出管后留下的孔洞，及时用C15混凝土封孔。3、监测与测试3.1监测为了对岩溶路基压浆施工的质量进行宏观控制，避免施工造成环境的影响，施工时安排专人进行质量、环境的监测。施工前，调查每段工地的周边环境特征，依据设计注浆孔的布置，影响半径及范围设立监测点、控制点，注浆过程加强地面观测记录。每个压浆工班的孔口压浆工负责当班的地表观察，一旦有异常即停止注浆，分析原因并调整压浆工艺。调查施工区的井、泉、坍坑以及民居的生活水源分布，定期或日常进行水量、水质的观测、访问，确保生活用水的质量，农田用水无污染3.2测试3.2.1试验对压浆中出现异常的压浆孔，采用注水试验，或水位传递、指示剂、气体传递等方法确定岩溶通道连通性和压浆质量。3.2.1工程效果测试①注水试验在注水试验前，量测孔内稳定水位后，进行孔内定量注水，观测单位长度吸水量变化幅度，压浆后试验的单位长度吸水量应小于压浆前吸水量的3%～5%，即可判定达到压浆效果。②钻孔检查，检查孔数为5%，根据取芯浆液充填情况直观判断注浆效果。③综合物探测试压浆完工后进行物探检测对比，物探检测按设计要求为工后物探，可以考虑用地质雷达或高密度电法进行检测。4、总结通过地面注浆加固，止水施工取得了圆满成功，起到了结构外部填充加固及止水帷幕的作用。路基注浆后密实情况经探测表明，注浆加固前地基土松散，构造不均匀。注浆加固后处理地段地基土体密实，结构均匀，使路基周围土体粘结强度大大增强，达到了预期效果，是今后客专路基工程施工中不可缺少的一种施工技术和方法。