客运专线岩溶注浆加固地基施工工法.doc

-客运专线岩溶注浆加固地基施工工法 一、前言 武广铁路客运专线*标位于*地区，岩溶发育，地质情况复杂，而武广客运专线路基设计标准高，工后沉降控制严格，设计上采用岩溶注浆进行地基的加固处理。岩溶注浆加固地基在客运专线上的应用尚属首次，为了真正的保证其加固地基的效果，有很多的技术问题需要施工单位在实践中进行不断的总结与优化。本工法即是在武广铁路客运专线岩溶注浆加固地基施工经验的基础上，经总结形成此工法，供类似工程参考借鉴。 二、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，可在钻孔总数的30%中完全复核出该处的地质情况。 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，91mm130mm，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、采用物探、钻孔、注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。 三、适用范围 1、适用于岩溶路基需进行地基加固的铁路、公路工程。 2、适用于地基条件较差，对路基的工后沉降控制严格的路基工程。 四、工艺原理 覆盖型岩溶路基注浆利用惰性材料形成的浆液，在一定压力作用下注入岩溶裂隙、溶洞中以及软塑黏土体孔隙中，首先是填充岩溶溶洞及岩溶裂隙，其次是封闭土、石界面，形成隔水帷幕阻隔上层滞水与岩溶水的联系；如土体中存在着软弱夹层，再进行加固土体软弱夹层。通过注浆填充液凝固后具有的刚性和强度而改变岩层及土体的性状，使岩土的变形受到约束，强度得到提高，从而达到控制地基整体沉降、减少变形的效果。 五、施工工艺流程及操作要点 （一）施工工艺流程 根据武广客运专线的探索与实践，岩溶注浆加固地基施工工艺流程见图1。 1 1、施工准备 （1）场地平整：施工场地预先平整，并沿钻孔位置开挖沟槽和集水坑。 （2）施工测量：按基准点、施工图标定孔位，并进行复测。 （3）机械设备：在注浆施工前，对钻机、注浆泵、搅拌机等机械进行检查、调试、维修，使其保 2 持良好的状态。 （4）施工便道：根据施工总体安排及现场实际，作好施工便道的建设与维护，保证晴雨畅通，不影响施工。 （5）施工用电：根据实际情况采用自发电与接引地方电力线相结合的方式，保证施工用电的供应。 （6）施工用水：施工用水必须满足砼用水的要求，岩溶注浆施工用水量较大，必须保证供应，采用自打井、已有水井或临近河、渠为水源。 （7）施工排水：施工中产生的废水经沉淀、过滤，经检验达到排放标准后排入附近水沟。 （8）技术准备：取得详细的岩土工程勘察资料、注浆加固设计文件及图纸、施工现场平面图、控制桩点的测量资料；对水泥强度、安定性及其他必要的性能指标进行复试。 2、钻探工艺 （1）定孔位 根据设计要求标出注浆孔位置，并进行复测。注浆孔采用正方形或梅花型布置，布孔形式见图2。 注浆孔布置示意图（梅花形） 注浆孔布置示意图（正方形） 图2 孔位布置示意图 （2）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，完成钻机就位。 钻机就位后，用倾斜尺、水平尺等工具调整钻机角度，安装牢固，定位稳妥。 各类设备就近安装，注浆管线固定，不宜过长，一般为3050m，以防压力损失。 （3）钻进 将钻杆对准所标孔位，用108钻头开孔钻进，保证开孔直径110mm。开孔时要轻加压、慢速，防止将孔开斜。第四系土层采用干钻。 （4）下套管 第四系松散地层，边钻进边下套管；如成孔较好则钻入基岩0.5米后一次性下入套管。 （5）封套管 钻至基岩0.5米嵌入套管，用M7.5号水泥砂浆固结；孔口套管露出地面0.20.5米，孔口捣实密封。 （6）钻基岩 待水泥砂浆初凝后，继续基岩钻进，孔内一般采用清水循环钻进，非特殊情况不采用泥浆循环，如遇硅质灰岩或燧石团块即改用金刚石等钻进工艺。钻至溶洞充填物改用干钻并取样鉴定。 （7）终孔 钻孔应以实际钻探深度为准，加固厚度满足设计要求。加固深度为岩土界面以下5m，即孔深潜入基岩5m，若施工过程中遇溶洞，应至溶洞底板下1.0m。钻至设计孔深度，经专业工程师自检后，请监理工程师检查同意方可提钻，用清水洗孔直至返清水，如不返水，冲洗时间不少于30分钟。然后拧孔口盖准备压浆。 （8）记录 3 钻进过程中应注意观察地层变化，详细作好钻孔记录。 3、注浆工艺 注浆采用孔口封闭注浆法，即注浆孔成孔后用套管隔离岩层面，先注浆基岩后，起拔套管3.50m，再注岩层面与土层接触面。封孔示意图详见图3。 图3 孔口封闭注浆法封孔、注浆示意图 （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，进行清孔检查，在确认没有坍孔和探头石的情况下，方可下管。否则，必须用钻机进行扫孔。 在确定注浆管内无阻塞物后，即可进行注浆管安装。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，再用台车将管顶入孔内到要求深度，使麻丝栓塞与孔壁充分挤压紧实，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。注浆管外露的长度不小于3040cm，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 注浆前要选取代表性孔进行压水试验，以确定渗透系数、单位吸水量等参数。压水压力由小逐渐增大到预定注浆压力，并持续15min。 （4）浆液配制 注浆采用单液浆或双液浆。单液浆采用水泥浆液，水灰比为0.8:11:1。双液浆采用水泥水玻璃浆，水泥浆：水玻璃=1：0.11：0.05。 所用浆液随拌随用，采用搅拌机拌合，时间不少于2min。将配制好的浆液送入搅拌式储浆桶内备用。 （5）注浆 注浆管路系统的试运转：用1.52倍于注浆终压对系统进行吸水试验检查，并接好水、电；检查管路系统能否耐压，有无漏水；检查管路连接是否正确；检查设备机况是否正常；使设备充分热身。试运转时间为20min。 注浆顺序：遵循先边排，后内排跳孔注浆顺序；按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。 浆液控制：先稀后浓，依吸浆情况逐步加浓浆液，配比控制在1：10.8：1。 注浆压力控制：灰岩中为0.10.3MPa，岩土界附近逐步加大至0.30.5Mpa，最大应不超过 1.5Mpa。 灌浆压力的控制应当结合受灌地层的地质条件和渗透性，灌浆时的吸浆量，以及对浆液稠度的变换等一并考虑。一般情况下，当吸浆量较小时，可尽快地达到规定的灌浆压力；而在吸浆量较大时，则可 4 较缓慢的升到规定的灌浆压力。 灌浆过程中，灌浆压力的控制一般采用“一次升压法”和“分级升压法”两种方式。 地质条件允许时，优先采用“一次升压法”，就是在灌浆开始后，将压力尽快的升高到规定的压力，使整个灌浆过程尽量是在规定的压力下进行。其优点是裂隙不至于在低压下提前被堵塞，能较多地灌进一些浆液，使一些较小的裂隙也能得到充分地灌实。 如果吸浆量较大，就应采用“分级升压法”，就是将压力分为几个阶段，逐级升高到规定的压力，先使用最低一级的压力进行注浆，当吸浆量减少到一定限度（例如30L/min），则将压力升高一级，此时吸浆量将会增加，当吸浆量又达到上一限度再将压力升高一级，如此下去，直至升高到规定的压力，并在规定的压力下灌到符合灌浆结束标准时停止。注意的是，压力分级不要过多，两个或三个阶段为好。 注浆过程中需加灌砂或水泥砂浆的技术控制 a、根据钻探引孔地层情况，如资料反映地层中存在土洞或岩溶空洞，应首选填灌砂或水泥砂浆。 b、灌砂或水泥砂浆过程中，应根据空洞的大小，注浆孔吃砂量的大小及时调整水泥砂浆（灰砂重量比为1：31：6）的浓度，按照由稀稠稀的顺序进行。 c、在灌砂或水泥砂浆过程中，应适当控制灌砂速度和砂流量，避免注浆套管一次性堵塞，增加清孔工作量。 d、灌砂或水泥砂浆在孔内空洞大而灌砂量小的情况下，应该和单、双液注浆交替进行。 双液注浆的技术控制 a、双液注浆适用的情况 较大的土洞或岩溶空洞、裂隙，灌砂或水泥砂浆结束后，单液注浆量较大而又无法再灌砂时； 岩溶裂隙通道发育、浆液扩散较远时（施工过程中表现为单液注浆量较大而注浆无压力或压力上升较慢）； 注浆过程中注浆孔套管或附近地表出现冒浆时； b、双液注浆时应严格控制水泥浆与水玻璃的流量配比（水泥浆：水玻璃=1：0.11：0.05），以防止注浆套管被短时间内封死而达不到注浆质量要求。 c、双液注浆过程中，应根据注浆效果及时调整水泥浆与水玻璃的流量配比（与地层情况有关），及时总结经验，做到确保注浆质量又不浪费材料。 d、双液注浆应和单液注浆交替进行，严禁双液注浆一次封死注浆孔。 （6）注浆结束标准 当注浆达到下列标准之一时，可结束该孔注浆： 注浆孔口压力维持在0.20.5MPa左右，吸浆量不大于40L/min，维持30min。 冒浆点已出注浆范围外35m时。 单孔注浆量达到平均注浆量的1.52.0倍，且进浆量明显减少时。 注奖学金钻孔基岩完整，或多次注浆，孔口压力超过1.5MPa时。 当达不到上述标准时，应清孔再次注浆。 （7）提管、回填 注浆完成后应立即拔管，若拔管不及时，浆液会把注浆管凝固住而造成拔管困难。拔管时使用拔管机。每次上拔高度为500mm。拔出管后，及时刷洗注浆管，以便保持清洁、通畅。 （8）封孔 注浆结束拔出套管后，用M7.5号水泥砂浆封孔，封孔时必须边灌边插捣，确保孔内密实。严禁不封孔或假封孔，以致人为形成竖向水力通道，加重路基岩溶病害。 封孔完成后，在原孔位处标注注浆孔号，要求字迹工整、清晰。 （9）注浆原始记录整编 每个注浆作业工班在注浆施工过程中，都必须边施工边记录，当天的注浆施工记录必须当天整理完成，不得积压或遗漏。 注浆原始记录是竣工文件的重要组成部分，各记录人员应本着认真负责的态度，做到字迹工整、 5 资料整洁无误，填写规范齐全。 应及时按要求做好注浆资料的统计与汇总（包括注浆孔号、孔数及注浆量等）。 （三）监测与测试 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（水平位移、冒浆点位置、地面沉陷等）。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。 2、测试 （1）试验 施工进场落实浆材料源后，即进行不同水灰比的小样配比试验，确定0.8：11：1的材料用量，以及双液压浆时，水玻璃与不同水灰比的水泥浆配比，便于施工工艺控制。 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。 （2）注浆效果测试 根据岩溶的复杂性，对岩溶注浆固地基效果的检测与评价采用综合物探、压水试验与钻孔取芯相结合的测试方法。 注浆前后，压水试验所得的单位长度吸水量对比，检查注浆效果，注浆后的单位吸水量应小于注浆前的单位吸水量的35%，且注浆后钻孔不存在明显漏水现象。 检查孔检查，检查孔数为5%，根据取芯浆液充填情况直观判断注浆效果。 注浆观察，冒浆点在路基范围之外35m时，可视路基范围岩溶通道堵塞完成。 注浆前后，物探成果资料对比，检查注浆效果。 六、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32.5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3843，模数2.43.0。 （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： 砂：其粒径小于2.5mm的中粗砂，含泥量及有机物含量小于3。 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。 七、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1 主要机械设备配置表（一套注浆设备） 6 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。 八、劳动组织 为了保证施工质量，安排专业施工队负责岩溶路基注浆加固处理施工。一套注浆设备配备人员情况见表2。 九、质量控制 1、施工时必须严格执行客运专线铁路路基及相关规范的标准。 2、通过注浆前压水试验，调整材料配合比和注浆压力等工艺技术参数。 3、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）直到溶洞充填后才能进行注浆。 4、注浆钻孔孔位移不宜超过0.5m。开钻前必须保证机身平稳，钻孔偏斜<1%。 5、注浆过程应加强地面观测记录（水平位置、冒浆点的位置、地面沉陷等）。 6、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。 7、注浆结束后及时用水泥砂浆封孔至孔口。 8、各孔注浆量依据具体地质情况有较大的差异，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、添加粉煤灰双液注浆。必要时间歇注浆。注浆量过大时，应提请有关四方会勘，采取适当的工程措施进行处理 9、加强过程控制和检查，确保孔深、孔径、注浆配比、注浆压力、注浆结束标准符合设计及规范要求。 10、做好监测与测试工作。 十、安全措施 1、施工机械要定期保养，保持其良好的工作性能，禁止带病作业。机械人员在工作中不得擅自离岗，不得操作与操作证不相符的机械，不得将机械设备交给无本机种操作证的人员操作。 2、操作人员必须按照本机说明书规定，严格执行工作前的检查制度和工作中注意观察及工作后的检查保养制度。 3、组装钻机时，基础必须平整坚实并设牢固支撑。操作人员必须按机械操作规程作业。 4、严禁酒后操作机械，严禁机械带故障运转或超负荷运转。 5、机械人员在工作中不得擅自离岗，不得操作与操作证不相符的机械，不得将机械设备交给无本 7 机种操作证的人员操作。 6、夜间施工现场要有足够的照明设施，施工区域不留照明死角，夜间施工队安全人员要加强检查，确保施工安全。 7、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。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。 8、司泵及孔口人员应随时注意注浆压力表变化，防止压力过大注浆管爆裂，水泥浆或水玻璃进入人眼伤人。 9、注浆完成卸压时，严禁注浆管口或混合筏门前站人。 10、规范用电施工、确保用电安全。 十一、环境措施 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。 十二、效益分析 本工法在武广铁路客运专线岩溶路基地基加固处理中取得了良好的效果。从现场实践来看，该工法具有灵活、机动，机械简单，可大量机械同时进行施工，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，并对地基加固及后期沉降控制起到了较好的效果，具有广泛的社会效益及经济效益。 十三、工程实例 武广客运专线*标承建的*车站为岩溶路基，设计上采用岩溶注浆进行地基加固。共有钻孔约 311万m，需注水泥浆约10.5万m，岩溶注浆加固段落及具体情况见表3。 表3 岩溶注浆加固一览表 我单位于2*年11月份进场组织岩溶注浆施工，投入地质钻机60台，注浆泵10台，截止到2007 3年5月，完成了岩溶注浆总量的65%，约注水泥浆（部分双液浆）6.5万m。通过钻芯取样、注水试验、 注浆前后物探成果资料对比等方法对注浆效果进行综合测试，质量均满足设计要求，合格率达到了100%。 8