岩溶注浆施工工法

岩溶注浆施工工法

1前言

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。客运专线设计时速350km，路基设计标准高，工后沉降要求严格，设计上采用岩溶注浆进行地基加固。而国内350km/h客运专线刚刚起步，为了确保岩溶地基加固效果，施工单位必须在借鉴已完成客运专线施工经验的基础上，结合当地特殊地质情况，不断总结及优化实践中遇到的技术问题。此工法即是在客运专线岩溶地基注浆加固处理施工经验的基础上，经总结形成，供类似工程参考。

2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)该工法在注浆前期可对地质情况进行复核，并不用另外再上地质钻机，选取钻孔总数的30%作为先导勘探孔复核该处的地质情况。

4)在先导勘探孔探明地质情况下，后续钻机可大量跟进，有利于大面积展开施工。

5)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以及确定浆液配制方法。

6)采用较大孔径的注浆孔，91mm～110mm，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。

7)采用面波、钻孔取信、压水试验对注浆前后进行对比，可以有效确定注浆加固地基效果。

8)料源广阔。浆液以水泥为主体。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。

3工法适用范围

1)适用于岩溶路基需进行地基加固处理的铁路、公路工程。

2)适用于地下水波动较大，对路基工后沉降控制严格的路基工程。

4工法原理

1)由于岩溶地区的地下水位随时间的变化会发生变化，而水位的改变会造成该地段地层的强度下降，从而导致路基基底的承载力下降，危及路基的安全，通过岩溶注浆，可以封闭土、石帷幕，阻隔上层滞水与岩溶水的联系，保持地下水位的稳定。

2)由于灰岩中溶沟、溶隙、溶洞发育，在上部地层受到较大压力时可能造成该段地层塌陷，从而严重危及路基的安全。施工时根据先导勘探孔揭示路基地层中的岩溶发育情况，加固深度由探灌结合孔确定，一般为岩土界面以下6m，对溶岩进行注浆加固，从而确保页岩灰岩地层的稳定。

3)路堤地段加固范围至路堤坡脚外约5.0m,路堑地段加固范围至侧沟平台或墙顶平台外边缘。

由以上几点可以看出，岩溶注浆的原理是形成隔水帷幕，加固地基、减小沉降、提高地基承载力满足线路运行要求。

5施工工艺流程及操作要点

5.1流程图

见图1。

图1 岩溶注浆工艺流程图

5.2施工方法及操作要点

5.2.1施工准备

1)熟悉本段路基岩溶注浆工点工程概况，提前作好施工技术交底等工作。

2)施工场地预先平整，并沿钻孔位置开挖沟槽和集水坑。

3)在每次注浆施工前，对钻机、注浆泵、拌浆机等机械进行检查、调试、维修，使其保持良好的状态。

4)根据岩溶注浆孔位平面布置图，对各孔位进行放样，并测量、记录对应的孔口地面高程。

5)接通施工用水、电，确保设备能正常开钻。

6)对现场操作人员进行技术交底、岗前培训。

7)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。

5.2.2重要参数的选定

浆液配合比：在注浆过程施工前与现场工程师和监理工程师根据压水和钻探的情况来确定，在施工中根据注浆检查情况来调整，遵循浆液由稀到浓的原则，可根据施工机械及施工现场地质情况对设计浆液1:1做出适当调整。

浓度检测方法：现场浆液浓度检测仪器采用泥浆三件套。

浆液拌合用水控制：现场设尺寸为1.5*Φ1.0的水箱，根据配合比将水箱里固定位置做一标记定为六袋（300kg）水泥的用水量。

5.2.3定孔位

根据设计要求由测量班准确放出注浆孔位置：一般地段采用正三角形布置，孔间距5.0m；对岩溶发育地段，采用正三角形布置，孔间距3.0m；对注浆量大的地段，应追加适当的补充注浆孔，设3-5%的注浆验证孔，验证孔主要布置在岩溶发育等薄弱部位。

布孔的优点：路基宽度大，正三角形布置孔位可以使注浆范围扩散在整个路基基础，

并把岩石链接成一个整体，使得地基整体强度增加，在重压下不会形成不均匀沉降。

5.2.4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。

5.2.5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。

5.2.6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%，即0.24MPa。

5.2.7注浆施工

冲洗结束后，即可进行注浆。注浆水泥采用PO42.5水泥，水玻璃38－43°Be,模数2.4－3.0。水泥浆液水灰比为1:1。若遇空的岩溶通道、较大溶洞和裂隙时，视具体情况先灌注稀的水泥砂浆对溶蚀腔体进行填充，再采用粉煤灰水泥浆液或双液注浆。全填充溶洞一般采用单液注浆。注浆压力参数：灰岩中为0.1-0.3MPa，岩土界面附近逐步加大至0.3-0.5MPa。

5.2.8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0.5MPa左右、吸浆量不大于40L/min、维持30min。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。

5.3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。

注浆前压水试验和注浆后压水试验应进行对比，压水试验孔不少于3%，且每个工点压水试验孔不少于2孔。当注浆后吸水量小于注浆前吸水量的3%～5％，或注浆后岩土体单位吸水量w满足“路基岩土体注浆质量检测标准”表中要求视为合格。当为不合格时应补注浆。

5.4浆液配制

注浆孔遇到空洞时，采用中粗砂材料等回填至溶洞充填满后才能进行注浆。进场注浆材料必须符合要求，注浆用水应是可饮用的河水、井水或其他清洁水，水泥采用普通硅酸岩水泥，水泥标号为PO42.5；若地下水具溶出型弱侵蚀性，应采用P.S.A 32.5级及以上矿渣硅酸盐水泥或P.F32.5级及以上粉煤灰硅酸盐水泥，并符合相关施工规范要求。若遇空的岩溶通道、较大溶洞和裂隙处，视具体情况先灌注中粗砂或稀的水泥砂浆对溶蚀腔体进行充填，再采用水泥浆液或双液注浆，全充填溶洞一般采用单液注浆。水泥应保持新鲜，一般不应超过出厂日期三个月，受潮结块不得使用，水泥的各项指标由实验室现场抽样检验。施工用水泥浆液水灰比1：1。岩溶钻孔注浆整治施工中如有异常时及时上报并准备其它合理的岩溶地基处理相关参数和施工工艺，如下：

施工中采用的水玻璃波美度为38°～43°Be，模数2.4～3.0。

1）纯水泥浆：水灰比1:1的纯水泥浆用于全填充岩溶及岩溶孔土层部分注浆。

2）水泥砂浆：水：水泥：砂=0.6：1.0：1.0，用于无填充物的大溶洞。

3）水泥水玻璃浆：溶岩连续灌浆15t仍不见灌浆压力上升或吸浆量下降及地表冒浆等情况，采用提高浆液浓度或双液压浆措施。双液压浆时采用水泥浆与水玻璃之体积比1：0.08。

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。

5.5注浆压力及顺序

注浆管口径φ≥50mm，注浆工作压力，土层一般为0.1～0.3Mpa，基岩一般不小于0.3～0.5MPa。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。

注浆孔施工应自路基坡脚向线路中心的顺序进行，先两侧后中间，以保证注浆质量。

1)岩溶地基注浆应遵照"探灌结合"原则，分两步进行，先选取钻孔总数的30％作为先导勘探孔，对该段路基的工程地质条件进行核查进一步探明地层及岩溶发育情况，并通过先导孔进行试验性注浆，根据探明的岩溶发育情况和取得的注浆经验，确定合理的岩溶地基处理相关参数和施工工艺。综合分析现场先导勘探孔的勘探成果，若地层、岩溶发育程度等条件与设计不符时，应及时将勘探成果提供设计单位，以便核对、调整设计参数及设计范围、孔深。注浆数量由现场各方据实核定。

2)覆盖型岩溶路基注浆，原则上以封闭土、石界面，填充溶洞以及岩溶管道，形成隔水帷幕，一般注浆厚度不小于9m，伸入基岩面以下不小于6m，如在6m范围内岩溶顶板岩体破碎、或遇溶洞以及岩溶很发育时，应加大注浆厚度，应至溶洞底板下不小于1.0m。当路堑揭露出基岩面时，对于灰岩等硬质岩石或砾岩等软质岩石采用大路堤式路堑时，伸入侧沟平台以下不少于8m，对软质岩换填面较深且采用小路堤式路堑时，伸入侧沟平台以下不少于10m。遇溶洞后的处理原则等均同覆盖型岩溶。

5.6补充注浆孔

对岩溶发育、注浆量大的地段，应追加适当的补充注浆孔，设3～5%的注浆验证孔，验证孔主要布置在岩溶发育等薄弱部位，验证孔同样应作为补注浆孔进行注浆。

各补注浆孔采用机动钻机引孔，首先采用108mm口径钻具开孔，土层必须干钻，全程跟管钻进，套管护壁封至土石界面以下0.5～1.0m，套管底部采用止浆塞封闭使套管外壁与岩层结合紧密，不漏浆，然后改用89mm口径岩芯管钻至设计孔深；孔口采用法兰盘与套管对接封闭。

注浆施工按照岩溶注浆技术要求进行。

5.7注意事项

1)注浆钻孔采用钻机成孔，钻机须安装牢固，定位稳妥、固定。注浆孔应跳孔施钻，不应全部钻孔完后再注浆，以免孔位串浆，增加难度及清孔工作量。

2)各类设备应就近安装固定管线，不宜过长，以防压力和流量消耗。

3)钻机成孔插入注浆管后及时封堵孔口及附近的地面裂缝以防冒浆。

4)通过注浆前压水试验，调整材料配比和注浆压力等工艺技术参数。

5)注浆用的浆液应经过搅拌机充分搅拌均匀后才能开始注浆，并应在注浆过程中不停地缓慢搅拌，搅拌时间应小于浆液初凝时间。浆液在泵送前应经过筛网过滤。

6)注浆施工时，采用自动流量和压力记录表，并及时对资料进行整理分析。

7)开启或关闭注浆泵时必须先开启或关闭化学注浆泵，以免堵塞管路。

8)注浆过程中尽可能控制流量和压力，防止浆液流失。

9)孔位偏差不宜超过50cm，开钻前必须保证机身平稳、垂直。

10)施工前应向有关部门收集和调查地下设施、地下管线的具体位置。

11)注浆孔应跳孔施钻，不得全部钻孔完后再注浆，以免孔位串浆，增加难度及清孔工作量。注浆孔施工应自路基坡脚向线路中心的顺序进行，先两侧后中间，保证注浆质量。注浆孔有空洞时灌注中粗砂或水泥浆液(可含碎石)直至溶洞充填后才能进行注浆。

12)机电设备固定就位，不可乱堆放、搬动，电动部分设置网罩，电箱电线应悬挂。

13)不得将盛浆桶和注浆管路暴露于阳光下，以防浆液凝固。

14)注浆全过程应做好技术资料和基础数据记录、整理、分析工作。

15)注浆过程应加强地面观测记录（水平位移、冒浆点的位置、地面沉陷等）。

16)注浆全过程应做好技术资料和基础数据记录、整理、分析工作。

17)注浆过程注意环境保护，及时清理浆液污染物。一般整理好场坪后，应在注浆场坪四周修好临时排水设施；路堑地段岩溶注浆加固，应根据地层岩性、边坡岩土特性及稳定性、支挡加固防护工程等条件合理确定各类加固防护工程的先后施工顺序，合理选择注浆施工场坪标高，且施工场坪标高原则上不得低于侧沟平台标高，确保路堑边坡稳定以及附近构筑物不受影响。

18)岩溶注浆施工地段，除应加强地面观测外，还必须加强地表变形监测，一般应在线路中心、路基两侧路堤或路堑坡脚、以及坡脚外（或堑顶外）10m各设一排观测桩，纵向间距一般不大于50m，过渡段范围及非均质地区应加密观测剖面。施工期间必须每天进行地表变形监测，实测地表变形量，测量精度不大于1mm，并做好详细记录，

根据观测数据控制注浆压力，以免影响堑坡的稳定或附近构筑物的安全。

19)工点同时需复合地基处理时，先注浆后再进行复合地基处理

20)成孔后经监理检查确认封孔套管封入基岩面以下0.5～1m，清孔干净，注浆采用自上而下的孔口式注浆，注浆过程中应采用多次清孔、多次注浆，直至满足结束标准要求，注浆孔的注浆量不应平均分配，严格执行“按需分配”的原则；遇空洞用砂浆一次性填满，充填性溶洞当连续注浆超过1小时，可采用双液注浆或间歇式注浆。岩层注浆完成后应将套管提升至土层帷幕顶（一般提升3m），进行清孔后再进行土层范围的注浆施工。

21)单孔注浆量依据具体地质情况确定，当连续注浆单孔超过15吨水泥不见升压时，应考虑提高浆液浓度、添加中粗砂或粉煤灰、或采用双液注浆，必要时间歇注浆。注浆量过大时，应上报有关单位，采取适当的工程措施进行处理。

5.8注浆效果检测

5.8.1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。

5.8.2检查孔钻探抽芯

各注浆段检查孔的抽取均按设计的5％确定，各孔位系监理现场指定，分别起于全段的起、中、末段。各检查孔均在岩土界面和基岩裂隙、溶洞间发现水泥充填。其中土层中水泥呈劈裂充填，岩芯中水泥呈条带状、碎块状；岩层中水泥呈柱状充填，岩芯中水泥呈柱状、块状，部分地段与充填物局部混合。抽芯完成后，各检查孔均不漏水。

5.8.3面波检测

利用SWS．2型多波仪对沪昆客运专线玉山南站进行了面波检测，面波检测间距为5m，偏移距为10 m，采用4Hz低频检波器。其完成瞬态面波检测点300个。面波检测主要是对比每一注浆点的面波速度和面波频散曲线，进而对注浆效果进行评价。对注浆效果的评价不能完全单一地以面波速度提高多少或单以频散比较结果为标准，需根据表1来综合评价。

表1 面波检测注浆效果评价表

由注浆前后的频散曲线形态描述可看出，基本上每一个注浆孔的注浆前后的频散曲线与速度都有不同程度的变化：注浆后频散曲线形态变得光滑，速度得到提高，说明注浆后浆液充填了土层和岩层中的洞穴和裂隙，固结了松散土层和较破碎的岩石，注浆达到了预期目的，注浆效果良好。

6材料与设备

6.1主要材料

1）注浆用的水泥采用普通硅酸盐水泥，水泥强度等级为42.5级，水泥保持新鲜，不超过出厂日期3个月，受潮结块者不得使用。水泥的各项指标符合国家标准，并附有水泥出厂报告。

2）水玻璃应符合国家质量要求，波美度为38°～43°，模数2.4~3.0。

3）注浆用水必须满足砼用水的要求，使用前需进行水质化验。

4）当采用中粗砂或稀的水泥砂浆对溶蚀腔体进行充填，采用粉煤灰水泥浆液注浆时，其砂、粉煤灰材料的要求为：

①砂：其粒径小于2.5mm的中粗砂，含泥量及有机物含量小于3％。

②粉煤灰：进行磨细，其细度不粗于同时使用的水泥，烧失量小于3％。

6.2机具设备

1)注浆设备：主要包括地质钻机、注浆泵、搅拌机、止浆塞、筛网、注浆管、孔口盖及配套仪表等。一套注浆设备配置情况见表1，施工中应根据工程任务配备机械设备。

表2 主要机械设备配置表（一套注浆设备）

2）辅助设备与机具：①机动小翻斗车、手推车、铁锹等生产用小型工具；②水准仪、经纬仪、倾斜尺、水平尺、测绳等检测工具。

7质量控制及预防

7.1质量控制要点

7.1.1孔位放样及测量

施工现场通过测量复核场地平整标高，孔位放样采用控制桩引测出具体孔位的办法，保证孔位放样的偏差小于50cm。

7.1.2钻机对位检查

钻机就位后,让钻头对准孔位中心,钻杆垂直度偏差不大于1%后开钻，孔位偏差不大于0.5m，确保成孔质量。

7.1.3钻孔深度控制

钻孔深度按钻至基岩面以下6米，遇到溶洞，则钻孔至溶洞底板下2m。

通过先导勘探孔对地质情况进行复核，当发现实际岩土界面与设计岩土界面高度不一致时，按以下方法进行办理：

1）一般注浆孔：当实际的岩土界面高于设计图岩土界面3m以上时，注浆孔入岩深度应比设计入岩深度加深2～3m；其余情况按设计说明中入基岩5～6m办理。

2）探灌结合孔：当实际岩土界面比设计图的岩土界面上提差别大于3m时，注浆入岩深度加深6m，即达到岩土界面下10m才能注浆。

7.1.4注浆

1）清孔：封孔砂浆凝固后，连接注浆机，泵压清水进行清孔，直到排浆管排出清水后，完成清孔。

2）注浆：当注浆达到下列标准之一时，结束该孔注浆：①注浆孔口压力维持在0.5MPa 左右，维持10min。②冒浆点已出注浆范围外3～5m时。

7.2质量问题的预防措施

在岩溶注浆施工中，针对出现注浆孔始终达不到注浆结束条件时，通过分析形成的原因，制定出如下的预防措施：

（1）在钻孔时，108mm钻头下钻至基岩以上0.5m后，再采用91mm钻头钻至设计深度，将注浆套管施打至基岩顶面，保证注浆时套管不上浮。

（2）钻孔时采取跳孔施钻，边钻边灌，防止出现串孔现象。

8安全措施

1）操作人员必须持证上岗。钻机操作工、注浆泵司泵人员应具有熟练的操作技能并了解施工的全过程。

2）机械、电气设备必须达到国家安全防护标准；施工中若发现设备运转异常，应立即关闭电源进行检修。

3）机电设备应固定就位，不可随意搬动，电动部分应设置网罩，电箱电线应悬挂。

4）注浆过程中应避免高压喷嘴接头断开或软管破裂导致浆液喷射、软管甩出引发安全事故。

5）施工中钻机应置于平整坚实的地面上，钻机移位时应平稳并保持挺杆垂直，防止倾斜倒塌。

9信息化管理措施

9.1信息的采集

信息采集内容：反映工程现场施工情况的数码照片、数码录像；施工图纸的电子化；工程施工方案图纸；设计变更图纸；电子文档签章；人力、材料、机械设备、资金等资源统计；进度、投资等统计报表；安全质量保证资料；天气气象资料；沉降观测数据分析；其他项目信息管理所需要的资料。

采集手段和时效：采用绘制、填写、拍摄、扫描等手段，对工程项目信息进行收集，对于静态消息要及时进行上报存储，对于动态消息要及时收集上报，及时更新，保证信息的准确性和时效性。

9.2信息的加工整理

对各方面收集到的数据和信息进行鉴别、选择、核对、合并、排序、更新、计算、汇总，生成不同形式的数据和信息，以提供给业主、监理及项目部各类管理人员。

9.3信息的传递

使用网络平台传输、共享数据，在项目部内部通过数据库、Intranet（局域网）实现数据的传送和共享；通过Internet与业主、监理进行数据和信息的交流和共享，并使用传真、电话等作为辅助手段。

9.4信息存储

处理后的项目信息按照统一编码、固定的格式进行存储，一般存储在服务器，使用移动硬盘和光盘（刻录）进行安全备份。

10环保措施

1）施工便道、施工场地等临时工程的规划和修建应符合要求。

2）岩溶注浆加固施工中，钻孔内溢出的浆液应回收集中处理，不得任意排放。

3）施工场坪修整完毕后，应在注浆场坪四周修好临时排水设施。

4）清洗施工机械和设备的废水、废油以及生活污水、废弃材料、垃圾等均应集中处

理，严禁随意摆放、丢弃防止污染环境。

5）工程用的粉末材料，应采用密封或袋装运输，不得散装散卸。

6）工程用的防潮材料，应搭设20~30cm储存场地，防止材料受潮结块。

7）工程完工后，必须进行施工场地清理。拆除钻机时，注意相互照应，拆除的机械部件，必须边拆、边清、边运、边码垛，严禁胡乱抛掷。

11效益分析

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。

12工程实例